一种多路足底压力监测系统

1.本发明涉及健康监测技术领域，特别涉及一种多路足底压力监测系统。


背景技术：

2.人站立或步行时，由于自身重力的原因，就产生了足底压力。足底压力检测技术是以集成化电路和压力传感器来实时采集足底压力数据的一项技术。足底压力检测技术的研发涵盖了多个领域，需要在生物力学、纺织、电子、无线传输等学科的基础上对其进行研究分析。可以运用足底压力技术来实现：医疗辅助、跌倒检测和步态识别等。
3.依据现代医学研究，足底压力的变化往往伴随的疾病的产生，在过去的几十年间，足底压力的分析已经从理论变为诊断疾病的工具。当足部患有疾病或者自身的运动状态改变时，足底压力都会因此而改变。因此研究人体不同状态下(正常人与病人之间、站立和步行之间)的足底压力的变化，可以进一步分析并获得人体各部位的受力变化情况和生理、病理学参数，从而可以与病史以及其他检查联合使用，对人体健康程度进行诊断。
4.现阶段足底压力检测技术多为单脚或者双脚未独立分开的检测系统，不利于进行科学研究。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种多路足底压力监测系统，用以解决现有技术中单脚检测或双脚未独立分开检测存在的问题。
6.一方面，本发明实施例提供了一种多路足底压力监测系统，包括：
7.第一数据采集装置，用于采集被测对象一只脚的足底压力数据，第一数据采集装置包括：
8.第一传感器电路，用于采集被测对象一只脚的足底压力信号；
9.第一主控电路，与第一传感器电路电连接，用于对第一传感器电路采集的信号进行调理和模数转换，获得相应的数字信号；
10.无线发送电路，与第一主控电路电连接，用于将第一主控电路输出的数字信号以无线信号的方式发送；
11.第二数据采集装置，用于采集被测对象另一只脚的足底压力数据，第二数据采集装置包括：
12.第二传感器电路，用于采集被测对象另一只脚的足底压力信号；
13.第二主控电路，与第二传感器电路电连接，用于对第二传感器电路采集的信号进行调理和模数转换，获得相应的数字信号；
14.数据发送电路，与第二主控电路电连接，用于接收无线发送电路发送的信号和第二主控电路输出的数字信号，并发送给数据接收装置。
15.本发明中的一种多路足底压力监测系统，具有以下优点：
16.与现有技术相比，双脚独立检测的装置能够满足专业人士分析时所需要的实时足
底压力数据，且在成本问题上做到了低成本，高效率的数据采集，实用性非常强，可利于推广。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的一种多路足底压力监测系统的组成示意图；
19.图2为本发明实施例提供的传感器电路的示意图；
20.图3为本发明实施例提供的无线发送电路的示意图；
21.图4为本发明实施例提供的电源电路的示意图；
22.图5为本发明实施例提供的电压转换电路的示意图；
23.图6为本发明实施例提供的滤波电路的示意图；
24.图7为本发明实施例提供的数据接入电路的示意图；
25.图8为本发明实施例提供的主控电路的示意图；
26.图9为本发明实施例提供的晶振电路的示意图；
27.图10为本发明实施例提供的数据发送电路的示意图；
28.图11为本发明实施例提供的复位电路的示意图；
29.图12为本发明实施例提供的模式选择电路的示意图；
30.图13为本发明实施例提供的电源指示电路的示意图；
31.图14为本发明实施例提供的程序下载电路的示意图；
32.图15为本发明实施例提供的一种多路足底压力监测系统的工作流程示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.图1为本发明实施例提供的一种多路足底压力监测系统的组成示意图。本发明实施例提供了一种多路足底压力监测系统，包括：
35.第一数据采集装置，用于采集被测对象一只脚的足底压力数据，第一数据采集装置包括：
36.第一传感器电路，用于采集被测对象一只脚的足底压力信号；
37.第一主控电路，与第一传感器电路电连接，用于对第一传感器电路采集的信号进行调理和模数转换，获得相应的数字信号；
38.无线发送电路，与第一主控电路电连接，用于将第一主控电路输出的数字信号以无线信号的方式发送；
39.第二数据采集装置，用于采集被测对象另一只脚的足底压力数据，第二数据采集
装置包括：
40.第二传感器电路，用于采集被测对象另一只脚的足底压力信号；
41.第二主控电路，与第二传感器电路电连接，用于对第二传感器电路采集的信号进行调理和模数转换，获得相应的数字信号；
42.数据发送电路，与第二主控电路电连接，用于接收无线发送电路发送的信号和第二主控电路输出的数字信号，并发送给数据接收装置。
43.示例性地，第一传感器电路和第二传感器电路均包括多个数据采集传感器，多个数据采集传感器分别用于采集被测对象足底不同位置的压力信号。在本发明的实施例中，如图2-14所示，第一传感器电路和第二传感器电路中的数据采集传感器数量均为8个，且均可以采用薄膜压力传感器，8个薄膜压力传感器采用分压电阻的方式检测被测对象足底拇指区域、第二至第五脚趾区域、第一个第二跖趾关节区域、第三和第四跖趾关节区域、第五跖趾关节区域、中足内外侧、足跟内侧和足跟外侧的压力信号，而主控电路可以采用阵列扫描的方式获取传感器电路的信号。
44.进一步地，第一数据单元和第二数据采集单元，第一传感器电路和第二传感器电路分别设置在第一数据单元和第二数据采集单元内部。第一数据单元和第二数据采集单元均为鞋垫，鞋垫为三层结构，从下至上依次为发泡层、粘接层和棉布纱线层，第一传感器电路和第二传感器电路分别设置在第一数据单元和第二数据采集单元的粘接层中。除传感器电路以外的电子器件均可以焊接在电路板上，并且电路板可以设置在形如鞋等结构的装置中。
45.在本发明的实施例中，第一主控电路和第二主控电路均包括主控芯片，该主控芯片的型号为stm32f103c8t6，该控制芯片可以对第一传感器电路和第二传感器电路输入的模拟信号进行滤波和放大等调理处理，并对调理后的模拟信号转换为数字信号。
46.在本发明的实施例中，每一个薄膜压力传感器上均串联有一个10kω的分压电阻，使得主控电路(包括第一主控电路和第二主控电路)的引脚能够接收到薄膜压力传感器输出的电压大小。主控芯片的pa0～pa7引脚与分别与8个薄膜压力传感器电连接，以接收薄膜压力传感器采集到的模拟信号，该模拟信号经过主控芯片内部的调理模块和adc模块的转换，输出数字信号。无线发送电路将一只脚的足底数据发送给设置在另一脚足底的数据发送电路，数据发送电路接收第二主控电路输出的数字信号后，对数据打包并通过无线的方式进行发送，由诸如手机或pc机等数据接收装置接收数据。
47.无线发送电路可以采用nrf24l01芯片，其引脚1、2、3、4、5和6分别接主控芯片的引脚pb12、pb14、pb15、pb13、pa10和pa8，引脚7和8分别接vcc3v3和gnd。而数据发送电路包括esp8066芯片和蓝牙芯片，其中蓝牙芯片可以采用hc-05。esp8266芯片具有板载pcb天线，用于接收数据发送电路发送的数字信号，esp8266芯片可以实现最低的功耗，满足了移动设备和可穿戴电子产品的功耗要求，同时，它可以通过编码的方式降低输出功率，从而降低整体产品的功耗，解决现阶段智能可穿戴要求低功耗的问题。esp8266芯片的引脚1和5分别与主控芯片的引脚txd2、rxd2连接，以接收无线发送电路发送的数字信号。
48.在一种可能的实现方式中，第一主控电路和第二主控电路均电连接有电源电路，电源电路用于向第一主控电路和第二主控电路供电。
49.示例性地，本发明的检测系统可以采用锂电池供电，并且可以通过电源电路向锂
电池充电，锂电池可以5v 1500mah的电池。该电源电路可以采用type-c接口，方便与充电设备连接。
50.进一步地，锂电池输出电压为5v，而系统中的传感器电路、无线发送电路、主控电路、数据发送电路等电路需要3.3v的电源，因此需要电压转换电路将5v电源转换为3.3v电源。
51.在一种可能的实现方式中，第一主控电路和第二主控电路均电连接有晶振电路，晶振电路用于向第一主控电路和第二主控电路提供时钟信号。
52.示例性地，主控芯片需要外接8m的晶振，晶振电路的引脚xtala和xtalb分别接入主控芯片的引脚osc_in/pd0和osc_out/pd1。
53.在一种可能的实现方式中，第一主控电路和第二主控电路均电连接有电源指示电路，电源指示电路用于检测并指示第一主控电路和第二主控电路的电源状态。
54.示例性地，当电源电路正常接入后，电源指示电路中的红色led即点亮，以指示电源状态。
55.在一种可能的实现方式中，第一主控电路和第二主控电路均电连接有程序下载电路，程序下载电路用于与外部写入设备连接，以向第一主控电路和第二主控电路写入数据。
56.示例性地，程序下载电路可以采用异步串行接口(uart1)和串行调试接口(swd)分别用来外部写入设备进行通信和软件代码的写入。
57.在本发明的实施例中，当采用keil uvision5编写好控制程序后，可以利用程序下载器j-link连接外部写入设备和程序下载电路接口端进行程序的烧录。
58.除此之外，还包括滤波电路、数据接入电路、复位电路和模式选择电路。其中滤波电路包括多个滤波电容，其用于对电压转换电路输出的电压进行滤波处理，形成稳定的直流电压，其工作原理是整流电压高于电容电压时电容充电，当整流电压低于电容电压时电容放电，在充放电的过程中，使输出电压基本稳定。
59.数据接入电路为预留的管脚，用于在需要扩展数据采集传感器的数量时，将扩展的数据采集传感器与主控电路连接。复位电路是用来使电路恢复到起始状态的电路设备。模式选择电路可以通过对boot0和boot1的状态设置，改变电路的程序写入状态。
60.本发明的多个电子器件均焊接在印刷电路板上，该印刷电路板采用altium designer的设计过程如下：
61.第一步，把原理图更新到pcb中。pcb是对理论到实际的转换，原理图描述的是各个器件引脚之间的网络关系，而pcb描述的是实物的大小尺寸，以及线的排布。
62.第二步，定义工作区，也就是定义电路板的大小尺寸。如果需要其他尺寸结构的就必须调整电路板的尺寸大小，以适应需求。如果没有其他结构和尺寸要求的话，点击机械一层(mechanical 1)，然后按快捷键pl，使得器件外围形成一个封闭的图形。按eos设置左下角为坐标原点，接下来按shift多选选中线条，执行快捷键dsd，就可以完成对工作区的设置。有时候为了防止割伤手指，要进行倒角，边角用圆弧画。
63.第三步，放置定位孔，定位孔起固定作用在pcb生产和贴片当中。定位孔一般为直径3mm的非金属化过孔或者是星月孔。
64.第四步，整个环节最重要的部分，进行布局操作。布局是为了更好的走线，提高产品的性能。具体方法是：首先在上方pcb文件旁边右键单击选择垂直分割和原理图进行交
互，把错乱的器件按照模块化进行摆放，化整体为模块。经过规划和思考再对模块内的器件进行摆放。
65.第五步，进行叠层(plane)设置和压合制作。系统默认两层板。按快捷键dk进入层叠管理器，在第一层那里右键单击选择再下方添加plane(负片层)，默认添加两层，可以对层名字进行修改，方便识别，点击保存。
66.第六步，也就是布线问题，这是非常重要的一环。快捷键pt走线，走线不能出现锐角，最好是135
°
角。注意线与线之间间距，尽量满足3w原则(线距满足线宽的3倍)避免信号窜扰。尽量缩短走线距离和环路面积，减少回流路径，走不通时可以通过打孔换层。层与层之间走线尽量垂直避免平行。电源线要加粗增大载流能力，或者通过铺铜连接。散热焊盘多打地孔散热。
67.第七步，接下来在顶层和底层整体进行铺铜，执行快捷键pr照着板框描绘铺铜区域，为铜皮选择gnd网络属性。系统会自动的避让非gnd的焊盘，在空白区域放置铜皮。大面积铺铜可以减少地回流路径，增加抗干扰的能力。可以在空白处多打过孔增加表层和底层的连接。
68.第八步，接下来对丝印进行调整。丝印是会印制在电路板上的白色油墨，包含器件的位号如c11、r12、u6以及器件的外形，版本号等标记。
69.第九步，最后最重要的是进行设计规则检查(design rule checking)，可以检查出存在的一些错误，比如短路，开路，丝印重叠。快捷键td进入设计规则检查器，点左下角的运行drc，消除报告中的错误。
70.如图15所示，本发明采用软件来控制主控芯片的工作，具体操作流程如下：
71.开始；
72.连接锂电池进行通电，并打开开关；
73.系统进入自检；
74.主控芯片初始化；
75.擦除扇区并开始写入数据到扇区；
76.延迟20ms；
77.采集传感器信号，编码；
78.延迟40ms；
79.主控芯片将adc通道转换的数字信号通过数据发送电路进行转发；
80.结束。
81.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
82.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。