一种无线智能袜子及足部监测系统的制作方法

本发明涉及人体足部姿态与足底压力监测技术领域，特别是涉及一种无线智能袜子及足部监测系统。

背景技术：

人体在不同运动状态下，如久站久坐、运动、弯腰、上楼、爬山等活动时，足底压力和足弓弯曲度会直接或间接发生变化。如跳高落地的瞬间足弓处关节会发生移位来缓解人体落下的冲击力，因此对人体足部姿态与足底压力实时监测具有广泛的应用前景，包括娱乐、体育、军事协同、医疗诊断等等，目前的监测方法尚有很多不足之处如复杂、成本高、使用不便、传感器重复用率低等问题，迫切需要低成本、简单易行的传感器技术实现人体足部姿态与足底压力的实时监测。

目前，关于人体足部姿态与足底压力的监测主要通过各种类型的光电传感器如加速度传感器、压力传感器、角度或者磁力传感器捕捉人体足部各关节的运动状态和足底压力，如专利CN105495707A通过在袜子上放置微震动器实现按摩功能的智能袜子，专利号CN205281737U提出了监测到老人或小朋友起床信息。以上的监测手段或智能袜子存在一些需要完善之处，采集系统复杂、采集结果误差大的缺点、传感器价格昂贵、只针对一些特定人群使用，应用范围十分有限。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种无线智能袜子及足部监测系统，对人体足弓的弯曲状态和足底压力进行实时监测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种无线智能袜子，包括袜子本体、传感器无线采集系统、Flex弯曲传感器和薄膜压力传感器，所述Flex弯曲传感器封装在所述袜子本体对应的足弓位置；所述薄膜压力传感器封装在所述袜子本体底部；所述Flex弯曲传感器和薄膜压力传感器通过线缆与位于袜子本体上的传感器无线采集系统相连，用于检测弯曲数据和压力数据以判断足弓处的弯曲状态和足底压力变化。

所述Flex弯曲传感器有三个，分别封装在所述袜子本体对应的横足弓位置、内侧纵足弓位置和外侧纵足弓位置。

所述薄膜压力传感器有三个，分别封装在所述袜子本体底部对应的第一跖骨处、第五跖骨处和足跟处。

所述传感器无线采集系统包括相互连接的蓝牙装置以及锂电池。

所述Flex弯曲传感器、薄膜压力传感器和线缆通过绗缝的方式与所述袜子本体结合在一起。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种足部监测系统，包括上述无线智能袜子和无线智能信号收集终端，所述无线智能信号收集终端与传感器无线采集系统相连，所述传感器无线采集系统将Flex弯曲传感器和薄膜压力传感器采集到的弯曲数据和压力数据传输给所述无线智能信号收集终端，所述无线智能信号收集终端用于对每个Flex弯曲传感器和压力传感器示数的变化换算出对应监测点的弯曲角度和压力变化，实现对足部姿态和足底压力进行实时监测。

所述所述无线智能信号收集终端根据Flex弯曲传感器和薄膜压力传感器示数变化，利用标定实验分别得出的示数与角度和压力的关系，按照Flex弯曲传感器和薄膜压力传感器监测部位的数据，分别做出监测部位的角度和压力随时间变化实时图。

所述无线智能信号收集终端通过Flex弯曲传感器标定实验测得传感器示数与角度间的线性关系K1，标定过程中通过将Flex弯曲传感器弯曲不同角度时，对传感器的示数进行记录，获得传感器示数与角度之间的标定关系，Flex弯曲传感器示数与角度间具有线性关系，获取直线斜率K1数值，将Flex弯曲传感器封装在袜子本体内部以后，记录Flex弯曲传感器初始示数为D1；当监测部位的关节达到一定的角度时，由于Flex弯曲传感器受到相同角度的弯曲，此时示数变为D2；则Flex弯曲传感器的弯曲角度变化值为ΔD＝D2-D1，则其中，ΔD为Flex弯曲传感器的数据变化值，θ为袜子本体中的Flex弯曲传感器的弯曲角度。

所述无线智能信号收集终端通过薄膜压力传感器标定实验测得传感器示数与压力间的线性关系K2，标定过程中对薄膜压力传感器施加压力时，对薄膜压力传感器的示数进行记录，获得薄膜压力传感器示数与压力之间的标定关系，薄膜压力传感器示数与压力间具有线性关系，获取直线斜率K2数值，将薄膜压力传感器封装在袜子本体内部以后，记录薄膜压力传感器初始示数为P1；当监测部位的压力增加时，薄膜压力传感器示数也增加，此时示数变为P2；则薄膜压力传感器的压力变化值为ΔP＝P2-P1，则其中，ΔP为薄膜压力传感器的压力变化值，P为袜子本体中的薄膜压力传感器的所受压力。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过FLEX传感器和FORCE SENSING RESISTORS薄膜压力传感器与袜子相结合，能够有效降低智能袜子的成本，获得更好的经济效益。FLEX弯曲传感器和FORCE SENSING RESISTORS薄膜压力传感器具有准确度较高、重复用能力强、重量轻、尺寸小、无线传输，十分方便将数据的采集、分析与后处理。

附图说明

图1是本发明传感器无线采集系统实施方案的示意图；

图2是本发明智能袜子足底监测部位示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种足部监测系统，如图1所示，包括无线智能袜子和无线智能信号收集终端1，所述无线智能信号收集终端1与传感器无线采集系统2相连，所述传感器无线采集系统2将Flex弯曲传感器3-5和薄膜压力传感器6-8采集到的弯曲数据和压力数据传输给所述无线智能信号收集终端1，所述无线智能信号收集终端1用于对每个Flex弯曲传感器和压力传感器示数的变化换算出对应监测点的弯曲角度和压力变化，实现对足部姿态和足底压力进行实时监测。其中，所述传感器无线采集系统2包括相互连接的蓝牙装置以及锂电池.

所述无线智能袜子包括袜子本体10、传感器无线采集系统2、Flex弯曲传感器3-5和薄膜压力传感器6-8，所述Flex弯曲传感器3-5封装在所述袜子本体对应的足弓位置；所述薄膜压力传感器6-8封装在所述袜子本体底部；所述Flex弯曲传感器3-5和薄膜压力传感器6-8通过线缆9与位于袜子本体10上的传感器无线采集系统2相连，用于检测弯曲数据和压力数据以判断足弓处的弯曲状态和足底压力变化。

如图2所示，所述Flex弯曲传感器有三个，第一个Flex弯曲传感器3封装在所述袜子本体对应的横足弓AB位置，第二个Flex弯曲传感器4封装在袜子本体对应的内侧纵足弓AC位置，第三个Flex弯曲传感器5封装在袜子本体对应的外侧纵足弓BC位置。所述薄膜压力传感器有三个，第一个薄膜压力传感器6封装在所述袜子本体底部对应的第一跖骨A处，第二个薄膜压力传感器7封装在袜子本体底部对应的第五跖骨B处，第三个薄膜压力传感器8封装在袜子本体底部对应的足跟C处。

该足部监测系统的使用方法包括以下步骤：

步骤1：首先让测试对象穿着袜子本体10，检查每个传感器的位置是否需要调整，保证三个FLEX弯曲传感器3-5对应足部横足弓、内侧纵足弓、外侧纵足弓处，三个FORCE SENSING RESISTORS薄膜压力传感器6-8，对应足底第一跖骨、第五跖骨和足跟处；

步骤2：待调整好所有传感器的位置后，将所有传感器和传感器线缆通过绗缝的方式与袜子结合在一起，并将FLEX弯曲传感器和FORCE SENSINGRESISTORS薄膜压力传感器的线缆逐个插入到传感器无线采集系统2，即完成传感部分组装；打开传感器无线采集系统2中的蓝牙装置，保证传感器示数能稳定在APP无线智能信号收集终端1上显示；

步骤3：开始监测后，通过连接的APP无线智能信号收集终端1，连续记录传感器示数的变化；

步骤4：根据传感器示数变化，利用标定实验分别得出的传感器示数与角度和压力的关系，按照Flex弯曲传感器和FORCE SENSINGRESISTORS薄膜压力传感器监测部位的数据，分别做出监测部位的角度和压力随时间变化实时图，即实现对人体足部运动状态实时监测的目的。

利用监测部位的Flex弯曲传感器示数计算弯曲角度的方法如下：

1、通过Flex弯曲传感器标定实验测得传感器示数与角度间的线性关系K1。标定过程中通过将Flex传感器弯曲不同角度时，对Flex传感器的示数进行记录，获得Flex传感器示数与角度之间的标定关系，Flex弯曲传感器示数与角度间具有线性关系，获取直线斜率K1数值；

2、将Flex弯曲传感器封装在袜子本体内部以后，记录Flex弯曲传感器初始示数为D1；当监测部位的关节达到一定的角度时，由于Flex弯曲传感器受到相同角度的弯曲，此时示数变为D2；则Flex弯曲传感器的弯曲角度变化值如下：

ΔD＝D2-D1，则

式中：ΔD为Flex弯曲传感器的数据变化值；当传感器因人体足部关节部位发生弯曲时，传感器内电阻改变，该示数产生变化；θ为袜子本体中的Flex弯曲传感器的弯曲角度。

利用监测部位的薄膜压力传感器示数计算压力的方法如下：

1、通过薄膜压力传感器标定实验测得传感器示数与压力间的线性关系K2。标定过程中对FORCE SENSINGRESISTORS薄膜压力传感器施加压力时，对薄膜压力传感器的示数进行记录，获得传感器示数与压力之间的标定关系，ORCE SENSING RESISTORS薄膜压力传感器示数与压力间具有线性关系，获取直线斜率K2数值；

2、将FORCE SENSINGRESISTORS薄膜压力传感器封装在袜子本体内部以后，记录FORCE SENSING RESISTORS薄膜压力传感器初始示数为P1；当监测部位的压力增加时，FORCE SENSING RESISTORS薄膜压力传感器示数也增加，此时示数变为P2；则薄膜压力传感器的压力变化值如下：

ΔP＝P2-P1，则

式中：ΔP为薄膜压力传感器的压力变化值；当传感器因所受压力变化时，传感器内电阻改变，该示数产生变化；P为袜子本体中的薄膜压力传感器的所受压力。

该角度和压力数据通过蓝牙传输到智能终端(如手机等)，通过手机上的角度和压力数据实现对人体关节的弯曲状态实时监测。

不难发现，本发明通过布置在人体足部各部位的弯曲传感器和压力传感器可以进行角度和压力计算，实时的提供角度和压力变化信息给传感器无线采集系统，进而可以全面了解人体足部静止或运动状态下的足弓弯曲状态和足底压力，该智能袜子用于体育、军事协同、医疗诊断等方面。