本发明涉及平衡鞋领域，具体地，涉及一种老人安全防摔平衡鞋及控制方法。
背景技术：
随着人口的老龄化，老年人越来越多。近年来发生老年人跌倒的现象越来越多，跌倒时老年人容易发生骨折，骨折之后所致的并发症会使很多老年人终生残疾。跌倒给老年人带来极大的心理创伤，对再次跌倒产生惧怕心理，因这种恐惧而避免活动，会陷入丧失信心，身体衰弱，更易跌倒的恶性循环，甚至卧床不起。此外，老年人跌倒后很久不能站起来者，其病死率的风险将会非常高。跌倒造成的意外损伤是老年人死亡的主要原因之一。
技术实现要素：
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种老人安全防摔平衡鞋及控制方法，以实现防跌倒、安全性高和平衡性好的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种老人安全防摔平衡鞋，主要包括：鞋体、电源电路、主控电路、姿态检测电路、电机驱动电路、第一电机、第二电机、第一防滑轮和第二防滑轮；
所述电源电路、主控电路、姿态检测电路、电机驱动电路、第一电机、第二电机均设置于鞋体内部；
所述第一防滑轮和第二防滑轮分别设置于所述鞋体左、右两侧；
所述电源电路分别与所述主控电路、姿态检测电路、电机驱动电路、第一电机和第二电机相连接；
所述主控电路分别与所述姿态检测电路和电机驱动电路相连接；
所述电机驱动电路分别与所述第一电机、第二电机相连接。
进一步地，所述电源电路包括：升压芯片u3，所述升压芯片u3的3脚分别连接电感l1的一端以及二极管d1的正极，所述电感l1的另一端分别连接电容c12的正极、电容c10的一端以及vdd，所述电容c12的负极和电容c10的另一端均接地；所述二极管d1的负极分别连接电容c13的正极、电容c11的一端以及vout，所述升压芯片u3的1脚、电容c13的负极、电容c11的另一端均接地。
进一步地，所述主控电路包括主控芯片u1a，所述主控芯片u1a的引脚5、6之间串联晶振y1，所述晶振y1与依次连接的电容c5、gnd和c6并联；所述主控芯片u1a的引脚7分别连接与电容c7的一端、按键s1的一端以及电阻r1的一端相连接，所述电容c7的另一端、按键s1的另一端均接gnd，所述电阻r1的另一端接vdd；所述主控芯片u1a的引脚44连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端连接排针h1的2脚，所述排针h1的1脚接vdd，所述排针h1的3脚接gnd；所述主控芯片u1a的引脚30接排针h2的2脚，所述主控芯片u1a的引脚31接排针h2的1脚；所述主控芯片u1a的引脚20通过串联电阻r2接gnd；所述主控芯片u1a的引脚10、11、12、13分别连接电机驱动电路电机1的2脚、电机驱动电路电机1的3脚、电机驱动电路电机2的2脚、电机驱动电路电机2的3脚；所述主控芯片u1a的引脚42、43分别连接所述姿态检测电路的引脚23、24；所述主控芯片u1a的引脚21、22、25、26、27、28分别连接电机驱动电路电机驱动芯片u4的引脚23、22、21、17、16、15；电源引脚u1b的引脚1、24、36、48、9均接vdd，电源引脚u1b的引脚8、47、35、23均接gnd；vdd分别通过串联电容c1、c2、c3、c4接gnd。
进一步地，所述姿态检测电路包括：姿态检测芯片u2，所述姿态检测芯片u2的引脚20通过串联电容c9接gnd，所述姿态检测芯片u2的引脚23、24分别通过串联电阻r3、r4接vdd，所述姿态检测芯片u2的引脚1、11、18均接gnd，所述姿态检测芯片u2的引脚8接vdd，所述姿态检测芯片u2的引脚9、10分别通过串联电阻r2、电容c7接gnd，所述姿态检测芯片u2的引脚13分别连接vdd、电容c8的一端，所述电容c8的另一端接gnd。
进一步地，所述电机驱动电路包括：电机驱动芯片u4，所述电机驱动芯片u4的引脚1、2接电机1的引脚5，所述电机驱动芯片u4的引脚5、6接电机1的引脚6，所述电机驱动芯片u4的引脚7、8接电机2的引脚5，所述电机驱动芯片u4的引脚11、12接电机2的引脚6，所述电机驱动芯片u4的引脚3、4、、9、10、18均接gnd，所述电机驱动芯片u4的引脚19、20接vdd，所述电机驱动芯片u4的引脚13、14、24接vout，所述电机1的引脚1和电机2的引脚1均接vdd，所述电机1的引脚4和电机2的引脚4均接gnd。
进一步地，一种老人安全防摔平衡鞋控制方法，主要包括：
步骤100：主控电路初始化，并读取姿态检测电路采集数据；
步骤200：若人体发生倾斜，主控电路对采集的数据进行运算并发送命令至电机驱动电路，来驱动电机抵消倾斜；
步骤300：若人体未发生倾斜，主控电路继续读取姿态检测电路采集数据。
进一步地，步骤100中所述采集数据包括人体行动倾斜角度和电机运行状态数据。
进一步地，步骤200中所述电机抵消倾斜具体包括：电机驱动防滑轮运动，防滑轮向倾斜的相同方向运动，抵消倾斜产生的作用力。
本发明的有益技术效果：
一种老人安全防摔平衡鞋及控制方法，主要包括：鞋体、电源电路、主控电路、姿态检测电路、电机驱动电路、第一电机、第二电机、第一防滑轮和第二防滑轮。本发明主要靠姿态测量芯片mpu6050与电机驱动电路互相配合，利用mpu6050感应身体重心的变化，来调整电机驱动电路，从而调整轮子的方向和转速，身体前倾则前进，身体后倾则后退，从而保持平衡，防止摔倒。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明所述一种老人安全防摔平衡鞋及控制方法的原理结构示意图；
图2为本发明所述一种老人安全防摔平衡鞋及控制方法的电源电路原理图；
图3为本发明所述一种老人安全防摔平衡鞋及控制方法的主控电路原理图；
图4为发明所述一种老人安全防摔平衡鞋及控制方法的姿态检测电路的原理图；
图5为发明所述一种老人安全防摔平衡鞋及控制方法的电机驱动电路原理图；
图6为本发明所述一种老人安全防摔平衡鞋及控制方法的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种老人安全防摔平衡鞋，主要包括：鞋体、电源电路、主控电路、姿态检测电路、电机驱动电路、第一电机、第二电机、第一防滑轮和第二防滑轮；
所述电源电路、主控电路、姿态检测电路、电机驱动电路、第一电机、第二电机均设置于鞋体内部；
所述第一防滑轮和第二防滑轮分别设置于所述鞋体左、右两侧；
所述电源电路分别与所述主控电路、姿态检测电路、电机驱动电路、第一电机和第二电机相连接；
所述主控电路分别与所述姿态检测电路和电机驱动电路相连接；
所述电机驱动电路分别与所述第一电机、第二电机相连接。
如图2所示，所述电源电路包括：升压芯片u3，所述升压芯片u3的3脚分别连接电感l1的一端以及二极管d1的正极，所述电感l1的另一端分别连接电容c12的正极、电容c10的一端以及vdd，所述电容c12的负极和电容c10的另一端均接地；所述二极管d1的负极分别连接电容c13的正极、电容c11的一端以及vout，所述升压芯片u3的1脚、电容c13的负极、电容c11的另一端均接地。
图中元件说明如下：
vdd是采用纽扣3.3v电池的电压。
u3是升压芯片，拟采用bl8530芯片。
电容c10，c11是无极性电容，滤除高频干扰。
电容c12，c13是有极性电容，滤除低频干扰。
电感l1能把电能转化成磁能，并加以储存，等释放的时候，又能够将储存好的磁能转化成为电能，达到升压的目的。
二极管d1的作用是使电感的储能过程不影响输出端的供电。
该电路的作用是把电池3.3v的电压升高至5v，以备后续电路使用。vout的电压值是5v。
如图3所示，所述主控电路包括主控芯片u1a，所述主控芯片u1a的引脚5、6之间串联晶振y1，所述晶振y1与依次连接的电容c5、gnd和c6并联；所述主控芯片u1a的引脚7分别连接与电容c7的一端、按键s1的一端以及电阻r1的一端相连接，所述电容c7的另一端、按键s1的另一端均接gnd，所述电阻r1的另一端接vdd；所述主控芯片u1a的引脚44连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端连接排针h1的2脚，所述排针h1的1脚接vdd，所述排针h1的3脚接gnd；所述主控芯片u1a的引脚30接排针h2的2脚，所述主控芯片u1a的引脚31接排针h2的1脚；所述主控芯片u1a的引脚20通过串联电阻r2接gnd；所述主控芯片u1a的引脚10、11、12、13分别连接电机驱动电路电机1的2脚、电机驱动电路电机1的3脚、电机驱动电路电机2的2脚、电机驱动电路电机2的3脚；所述主控芯片u1a的引脚42、43分别连接所述姿态检测电路的引脚23、24；所述主控芯片u1a的引脚21、22、25、26、27、28分别连接电机驱动电路电机驱动芯片u4的引脚23、22、21、17、16、15；电源引脚u1b的引脚1、24、36、48、9均接vdd，电源引脚u1b的引脚8、47、35、23均接gnd；vdd分别通过串联电容c1、c2、c3、c4接gnd。
图中元件说明如下：
u1a为主控芯片，本专利拟用stm32f100c8t6芯片。
u1b是stm32芯片的电源引脚，vbat给内部实时时钟等供电，vdd是芯片电压，vss是公共接地电压。
电容c1～c4，起退耦作用，使得供电更加稳定。
h1、h2是2个排针，引出串口线，供下载代码。
c5，c6还有晶振y1，为主控芯片提供时钟。
电阻r1，电容c7还有按键s1，构成复位电路。
boot1引脚通过电阻r2下拉。
boot0引脚通过排针引出。
主控电路，当上电时，电容c7两端电位差为0，即nrst引脚与gnd等电位，为低电平。主控电路开始复位，随着充电时间推移，电容两端的电位差逐渐达到最大vdd，即为高电平，主控电路运行。通过串口下载代码时，用跳线帽链接boot0和vdd，使得boot0拉高。下载完后，跳线帽拔出，按下复位键，主控电路开始工作。
如图4所示，所述姿态检测电路包括：姿态检测芯片u2，所述姿态检测芯片u2的引脚20通过串联电容c9接gnd，所述姿态检测芯片u2的引脚23、24分别通过串联电阻r3、r4接vdd，所述姿态检测芯片u2的引脚1、11、18均接gnd，所述姿态检测芯片u2的引脚8接vdd，所述姿态检测芯片u2的引脚9、10分别通过串联电阻r2、电容c7接gnd，所述姿态检测芯片u2的引脚13分别连接vdd、电容c8的一端，所述电容c8的另一端接gnd。
图中元件说明如下：
u2是姿态检测芯片，选用mpu6050芯片。
c7，c8和c9都是去耦电容。
ad0引脚通过r2下来接地。
r3和r4把信号线scl和sda拉高，并和主控芯片stm32连接。
mpu6050可以将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。通过i2c总线sda和scl读取到mpu6050的六个数据，三轴加速度值、三轴角速度值，经过姿态融合后就可以得到俯仰角、滚转角、偏航角。从而就可以得到具体的姿态信息。
如图5所示，所述电机驱动电路包括：电机驱动芯片u4，所述电机驱动芯片u4的引脚1、2接电机1的引脚5，所述电机驱动芯片u4的引脚5、6接电机1的引脚6，所述电机驱动芯片u4的引脚7、8接电机2的引脚5，所述电机驱动芯片u4的引脚11、12接电机2的引脚6，所述电机驱动芯片u4的引脚3、4、、9、10、18均接gnd，所述电机驱动芯片u4的引脚19、20接vdd，所述电机驱动芯片u4的引脚13、14、24接vout，所述电机1的引脚1和电机2的引脚1均接vdd，所述电机1的引脚4和电机2的引脚4均接gnd。
u4是电机驱动芯片tb6612。电机1和电机2采用同样的电机371，该电机自带编码器。电机1和电机2区别驱动2个轮子。图中的kong_a1，kong_a2接电机1的控制端，kong_b1和kong_b2接电机2的控制端。驱动芯片的zhuan_a1，zhuan_a2，zhuan_b1，zhuan_b2连接stm32，那么stm32通过这4根信号线，可以控制电机1和电机2的正转、反转、制动以及停止。驱动芯片的su_a，su_b连接stm32，stm32可以通过这2个信号线，控制电机1和2的转速。电机1的bian_a1、bian_a2和电机2的bian_b1、bian_b2直接与stm32连接，stm32通过这4根信号线可以探测电机的速度和转向。
如图6所示，一种老人安全防摔平衡鞋控制方法，主要包括：
步骤100：主控电路初始化，并读取姿态检测电路采集数据；
步骤200：若人体发生倾斜，主控电路对采集的数据进行运算并发送命令至电机驱动电路，来驱动电机抵消倾斜；
步骤300：若人体未发生倾斜，主控电路继续读取姿态检测电路采集数据。
步骤100中所述采集数据包括人体行动倾斜角度和电机运行状态数据。
步骤200中所述电机抵消倾斜具体包括：电机驱动防滑轮运动，防滑轮向倾斜的相同方向运动，抵消倾斜产生的作用力。
本专利的应用尽量减少跌倒发生的危险，有利于预防跌倒的发生。本专利是在鞋子的后侧安装两个小轮子，鞋根处放置小电路板，时刻检查人的行走姿态，一旦发现有大的倾斜姿态，立刻放下轮子，向倾斜的方向运动，达到平衡。
至少可以达到以下有益效果：
一种老人安全防摔平衡鞋及控制方法，主要包括：鞋体、电源电路、主控电路、姿态检测电路、电机驱动电路、第一电机、第二电机、第一防滑轮和第二防滑轮。本发明主要靠姿态测量芯片mpu6050与电机驱动电路互相配合，利用mpu6050感应身体重心的变化，来调整电机驱动电路，从而调整轮子的方向和转速，身体前倾则前进，身体后倾则后退，从而保持平衡，防止摔倒。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。