专利名称：基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋及其健康监测的方法
技术领域：
本发明涉及体育锻炼、健康监测自动化领域，尤其是基于柔性阵列压力传感 器的健康监测运动鞋及其健康监测的方法。
背景技术：
随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们进行体育训练不仅仅是为了增 强体能，还需要通过了解自己在体育训练过程中的一些技术参数来提高自己的运 动成绩，这就涉及到对步姿、步态的控制，对步频、步速的了解，对腾空时间的 掌握，对着地点的选择，以往这些参数信息都是通过针对专业的田径训练的装置 来获取，这些装置价格高昂、操作复杂。还有当今社会一种被称为"文明病"一 "三高"在中老年群体中发病率非常高，而"三高"与日常活动量、身体能量消 耗、心率有着很大的关系，而预防"三高"比较有效的办法是长期坚持中长跑运 动，以前人们在中长跑中只需要一般意义上的跑鞋就可以了，但是一般意义上的 跑鞋不能对日常活动量、能量消耗、心率进行监测，这就需要有一种能进行健康 监测的、简单实用的运动装备来对人体的健康进行监测。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋及其 健康监测的方法，以达到实现提高人们体育训练成绩，以及对人体健康进行实时 监测的目的。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为-
基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋，其特征在于包括基于柔性阵 列压力传感器的健康监测运动鞋(O、多功能腕表(3);
所述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋(1)由运动鞋及嵌入在 运动鞋鞋底(2)里的防水盒(4)、柔性阵列压力传感器(6)组成；所述防水盒 (4)装有信号采集模块，所述的信号采集模块由相互电连接的A/D转换器、单 片机、无线发射器、电池构成，所述柔性阵列压力传感器(6)由分布于运动鞋
内脚底受力区域的多个传感器组成，用于获取人体在跑歩或行走过程中的足底压力信息，并通过接口与信号采集模块实行电连接，将采集、预处理后的数据通过 无线发射器发送到多功能腕表(3);
所述的多功能腕表(3)包括液晶显示器、无线接收器、压力传感器、温度
传感器、播放模块、USB接口和电池分别与单片机连接而成，并能够通过USB 总线和计算机连接，实现与计算机进行数据交换。
所述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋，其特征在于还包括有
数据处理模块和健康评测模块，所述数据处理模块和健康评测模块是装入计算机
中运行的软件，包括计算机客户端软件和主服务器端软件；计算机客户端软件能 够存储产品用户的个人信息，包括个人基本信息、疾病状况、运动信息，并能够 与主服务器端软件进行数据交换，将主服务器端软件给出的健康状况诊断和运动 调整方案及时反馈给产品用户；主服务器端软件包括数据库、健康状况诊断、运 动效果评测、个体运动方案设计专家系统，根据客户端软件上传的个人信息和运 动信息，给出综合的评价及调整方案并传给计算机客户端数据库，主服务器端软 件通过记录心率、体温、运动参数进行健康监测，并将监测结果周期的反馈给用 户。
所述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋，其特征在于柔性阵列 压力传感器(6)的传感器型号为ZLA0302。
所述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋，其特征在于健康监测
包括对成人健康进行跟踪监测和对儿童进行健康成长监测。
基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋进行健康监测的方法，其特征在
于用户穿上所述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋(1)时，足底
挤压柔性阵列压力传感器(6)，信号采集模块中的单片机开始工作，信号采集模 块将采集到的柔性阵列压力传感器(6)的压力信号经过A/D转换、单片机预处 理后通过无线发射器发送到多功能腕表(3)，多功能腕表(3)中的单片机对传 送过来的信号进行再处理，得到包括歩频、歩速、能量消耗在内的信息，用户根 据具体需要对上述信息进行选择显示，运动结束关闭信号采集模块，信号采集模 块中的单片机停止工作；
运动结束，多功能腕表(3)可以通过USB连接到计算机，将存储的数据传 递到计算机上，计算机客户端软件能够对多功能腕表中的数据进行存储、再分析，
5并且将数据传递到主服务器端，主服务器端软件根据客户端上传的个人信息和运 动数据，通过专家系统给出综合的评价、设计调整方案并回传到计算机客户端数 据库；
用户只要将多功能腕表(3)佩戴在的手臂上，就能够从显示屏观察到包括
心率、体温在内的信息，主服务器端软件通过记录的体温参数、能量消耗对用户 进行短期的健康监测，主服务器端软件长期记录用户的心率、运动参数，通过挖 掘心率与每次运动速度、运动距离、能量消耗等运动参数的关系对用户进行长期 的健康监测。
基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋对儿童进行健康成长监测的方
法,其特征在于儿童穿上健康监测运动鞋在父母周围活动，其运动信息通过无 线发射模块发送到父母佩戴的多功能腕表上，多功能腕表中为儿童用户单独增加 监护按键功能，父母佩戴的多功能腕表在设定的一段时间内如果没有接收到儿童 健康监测鞋发出的信号，则判定儿童离父母较远或者儿童已经摔倒，多功能腕表 会发出滴滴嗒嗒声来警示父母，实现对儿童的健康成长进行监测。 相比于现有的技术本发明的有益效果是
采集到的信号通过无线发射器发送到多功能腕表，多功能腕表中的单片机对 传送过来的信号进行再处理，得到包括歩频、步速、能量消耗在内的运动学和动 力学信息并进行显示、存储，通过长期地观察步速、歩频、能量消耗等这些参数
的微弱变化可以对用户的健康状况进行监测；多功能腕表中的压力传感器得到用 户的心率信息，通过把这些信息传送到计算机客户端上可以对用户进行长期的健
康监测；通过从多功能腕表中的温度传感器可以检测到用户的体温信息，用户可 以根据自己的体温信息了解自己当天的身体状况，从而起到了短期的健康监测作 用；这样本发明能对用户进行短期和长期的健康监测作用。
本发明中的信号采集模块功耗极低，使用寿命可以达到iooo小时以上，电 池具有充电功能，产品用户可以通过电池充电，进一歩延长本发明的使用寿命； 信号采集模块装在防水盒中，防水盒一次性嵌在运动鞋鞋底，在外观上与普通鞋 上是完全一样的。
本发明可以实现无线实时分析和离线分析，既可以进行短期的参数对比，也 可以进行更深入的数据挖掘实现长期的数据分析；无线实时分析能够将运动鞋中的信号采集的模块采集到的信号通过无线传输方式传递到多功能腕表进行处理， 得到包括步频、步速、能量消耗在内的运动学和动力学信息并进行显示；离线分 析是用户在运动之后将数据传送给计算机得到更为详细的运动参数信息，帮助用 户认识自己较长一段时间以来的运动情况，并可以通过主服务器端的专家系统的 分析，帮助用户掌握自身的健康状态和运动效果，并给出科学的运动方案，使普 通群体享受到健康专家的个性化指导，提高自身的健康水平，专家系统能够通过
长时间的运动数据、心率信息、体温信息对用户进行健康监测，全面推广本发明 可以推动全民健身运动的发展；
本发明使用基于多参数的能耗模型和步长模型对用户的能量消耗和步长进 行精确的计算。
本发明应用范围广，可以开发成用于监测特殊群体的运动状况的数字运动 鞋，多功能腕表中为儿童用户单独增加监护按键功能，父母佩戴的多功能腕表在 设定的一段时间内如果没有接收到儿童健康监测鞋发出的信号，则判定儿童离父 母较远或者儿童已经摔倒，多功能腕表会发出滴滴嗒嗒声来警示父母。甚至可以 进一步推广本产品，开发出具有网游模式的竞赛游戏，从而可以将目前沉湎于有 害身心健康的平面网游中的广大青少年吸引到这种集娱乐性、对抗性、实战时效 性、健身性于一体的健康游戏中来，为我们民族素质的提高做出贡献。
图1基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋结构图。
图2运动鞋鞋底剖面俯视图。
图3运动鞋鞋底剖面仰视图。
图4多功能腕表外观图。
图5是多功能腕表的工作过程方框图。
图6基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋工作过程流程图。
具体实施例方式
基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋，包括用户脚上穿的基于柔性阵
列压力传感器的健康监测运动鞋l、多功能腕表3;
基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋1由运动鞋及嵌入在运动鞋鞋
底2里的防水盒4、柔性阵列压力传感器6组成，柔性阵列压力传感器6的传感器型号为ZLA0302;防水盒4装有信号采集模块，信号采集模块由相互电连接 的A/D转换器、单片机、无线发射器、电池构成，柔性阵列压力传感器6由分 布于运动鞋内脚底受力区域的多个传感器组成，用于获取人体在跑步或行走过程 中的足底压力信息，并通过接口与信号采集模块实行电连接，将采集、预处理后 的数据通过无线发射器发送到多功能腕表3;
多功能腕表3包括液晶显示器、无线接收器、压力传感器、温度传感器、播 放模块、USB接口和电池分别与单片机连接而成，并能够通过USB总线和计算 机连接，实现与计算机进行数据交换。
基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋，还包括有数据处理模块和健康 评测模块，数据处理模块和健康评测模块是装入计算机中运行的软件，包括计算 机客户端软件和主服务器端软件；计算机客户端软件能够存储产品用户的个人信 息，包括个人基本信息、疾病状况、运动信息，并能够与主服务器端软件进行数 据交换，将主服务器端软件给出的健康状况诊断和运动调整方案及时反馈给产品 用户；主服务器端软件包括数据库、健康状况诊断、运动效果评测、个体运动方 案设计专家系统，根据客户端软件上传的个人信息和运动信息，给出综合的评价 及调整方案并传给计算机客户端数据库，主服务器端软件通过记录心率、体温、 运动参数进行健康监测，并将监测结果定期反馈给用户。
健康监测包括对成人健康进行跟踪监测和对儿竜进行健康成长监测。
基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋对成人健康进行跟踪监测的方 法为用户穿上所述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋1时，足底挤 压柔性阵列压力传感器6，信号采集模块中的单片机开始工作，信号采集模块将 采集到的柔性阵列压力传感器6的压力信号经过A/D转换、单片机预处理后通 过无线发射器发送到多功能腕表3，多功能腕表3中的单片机对传送过来的信号 进行再处理，得到包括歩频、歩速、能量消耗在内的信息，用户根据具体需要对 上述信息进行选择显示，运动结束自动关闭信号采集模块，信号采集模块中的单 片机停止工作；
运动结束，多功能腕表3可以通过USB连接到计算机，将存储的数据传递 到计算机上，计算机客户端软件能够对多功能腕表中的数据进行存储、再分析， 并且将数据传递到主服务器端，主服务器端软件根据客户端上传的个人信息和运动数据，通过专家系统给出综合的评价、设计调整方案并回传到计算机客户端数 据库；
用户只要将多功能腕表3佩戴在的手臂上，就能够从显示屏观察到包括心 率、体温在内的信息，主服务器端软件通过记录的体温参数、能量消耗对用户进 行短期的健康监测，主服务器端软件长期记录用户的心率、运动参数，通过挖掘 心率与每次运动速度、运动距离、能量消耗等运动参数的关系对用户进行长期的
健康监测。
基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋对儿童进行健康成长监测的方 法为儿童穿上健康监测运动鞋在父母周围活动，其运动信息通过无线发射模块 发送到父母佩戴的多功能腕表上，多功能腕表中为儿童用户单独增加监护按键功 能，父母佩戴的多功能腕表在设定的一段时间内如果没有接收到儿童健康监测鞋 发出的信号，则判定儿童离父母较远或者儿童已经摔倒，多功能腕表会发出滴滴 嗒嗒声来警示父母，实现对儿童的健康成长进行监测。
具体实施例h
参照图l、图2、图3、图4，儿童穿上基于柔性阵列压力传感器的健康监测
运动鞋l练习行走时，触发信号采集模块，信号采集模块中的单片机开始工作，
信号采集模块将采集到的信号经过A/D转换、单片机预处理后并通过无线发射 器发送到父母佩戴的多功能腕表3，多功能腕表3中的单片机对传送过来的信号 进行存储、再处理，得到包括歩频、歩速、能量消耗在内的信息，父母根据这些 信息了解孩子走路学习的情况，儿童行走练习结束，关闭信号采集模块，信号采 集模块中的单片机停止工作；
当父母临时有事，可以按下其佩戴的多功能腕表3监护功能键，开启儿童监 测健康鞋的信号采集模块，设定监护时间，在这段时间内多功能腕表3如果没有 接收到健康监测鞋的信号，则判定孩子现在离自己比较远或者已经摔倒，多功能 腕表则发出滴滴嗒嗒的声音警示父母，从而起到监护孩子作用，增大无线通信距 离还能够阻止人贩拐卖儿童事件的发生。
具体实施例2:
成年人穿上所述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋，佩戴多功能 腕表3，脚底的信号按照图6描述的过程传递到多功能腕表3，用户能够从显示
9屏观察到包括心率、体温、运动参数在内的信息，用户通过显示的体温信息来判 断自己当天的健康状况，主服务器端软件通过记录心率、体温、运动参数对用户 进行长时间健康监测；
运动结束，多功能腕表3可以通过USB连接到计算机，将存储的数据传递 到计算机上，计算机客户端软件能够对多功能腕表中的数据进行存储、再分析， 并且将数据传递到主服务器端，主服务器端软件根据客户端上传的个人信息和运 动数据，通过专家系统给出综合的评价、设计调整方案并回传到计算机客户端数 据库。
权利要求
1、基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋，其特征在于包括用户脚上穿的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋(1)、多功能腕表(3)；所述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋(1)由运动鞋及嵌入在运动鞋鞋底(2)里的防水盒(4)、柔性阵列压力传感器(6)组成；所述防水盒(4)装有信号采集模块，所述的信号采集模块由相互电连接的A/D转换器、单片机、无线发射器、电池构成，所述柔性阵列压力传感器(6)由分布于运动鞋内脚底受力区域的多个传感器组成，用于获取人体在跑步或行走过程中的足底压力信息，并通过接口与信号采集模块实行电连接，将采集、预处理后的数据通过无线发射器发送到多功能腕表(3)；所述的多功能腕表(3)包括液晶显示器、无线接收器、压力传感器、温度传感器、播放模块、USB接口和电池分别与单片机连接而成，并能够通过USB总线和计算机连接，实现与计算机进行数据交换。
2、 根据权利要求1所述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋，其特征在于还包括有数据处理模块和健康评测模块，所述数据处理模块和健康评测模块是装入计算机中运行的软件，包括计算机客户端软件和主服务器端软件； 计算机客户端软件能够存储产品用户的个人信息，包括个人基本信息、疾病状况、运动信息，并能够与主服务器端软件进行数据交换，将主服务器端软件给出的健 康状况诊断和运动调整方案及时反馈给产品用户；主服务器端软件包括数据库、 健康状况诊断、运动效果评测、个体运动方案设计专家系统，根据客户端软件上 传的个人信息和运动信息，给出综合的评价及调整方案并传给计算机客户端数据 库，主服务器端软件通过记录心率、体温、运动参数进行健康监测，并将监测结 果定期反馈给用户。
3、 根据权利要求1所述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋，其 特征在于柔性阵列压力传感器(6)的传感器型号为ZLA0302。
4、 使用权利要求1所述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋，其 特征在于健康监测包括对成人健康进行跟踪监测和对儿童进行健康成长监测。
5、 根据权利4描述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋对成人健 康进行跟踪监测的方法，其特征在于用户穿上所述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋(1)时，足底挤压柔性阵列压力传感器(6)，信号采集模块 中的单片机开始工作，信号采集模块将采集到的柔性阵列压力传感器(6)的压 力信号经过A/D转换、单片机预处理后通过无线发射器发送到多功能腕表(3)， 多功能腕表(3)中的单片机对传送过来的信号进行再处理，得到包括步频、歩 速、能量消耗在内的信息，用户根据具体需要对上述信息进行选择显示，运动结 束自动关闭信号采集模块，信号采集模块中的单片机停止工作；运动结束，多功能腕表(3)可以通过USB连接到计算机，将存储的数据传 递到计算机上，计算机客户端软件能够对多功能腕表中的数据进行存储、再分析， 并且将数据传递到主服务器端，主服务器端软件根据客户端上传的个人信息和运 动数据，通过专家系统给出综合的评价、设计调整方案并回传到计算机客户端数 据库；用户只要将多功能腕表(3)佩戴在的手臂上，就能够从显示屏观察到包括 心率、体温在内的信息，主服务器端软件通过记录的体温参数、能量消耗对用户 进行短期的健康监测，主服务器端软件长期记录用户的心率、运动参数，通过挖 掘心率与每次运动速度、运动距离、能量消耗等运动参数的关系对用户进行长期 的健康监测。
6、根据权利4描述的基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋对儿童进 行健康成长监测的方法，其特征在于儿童穿上健康监测运动鞋在父母周围活动，其运动信息通过无线发射模块发 送到父母佩戴的多功能腕表上，多功能腕表中为儿童用户单独增加监护按键功 能，父母佩戴的多功能腕表在设定的一段时间内如果没有接收到儿童健康监测鞋 发出的信号，则判定儿童离父母较远或者儿童已经摔倒，多功能腕表会发出滴滴 嗒嗒声来警示父母，实现对儿童的健康成长进行监测。
全文摘要
本发明涉及基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋及其健康监测的方法，通过获取行走过程中足底压力信息而得到使用者包括步行距离、步速、步频、能量消耗在内的参数；足底压力信息通过无线通讯方式传送到多功能腕表中处理、存储、显示，多功能腕表还具有脉搏检测、体温检测、儿童安全监护的功能，多功能腕表存储的数据通过USB传递到计算机客户端上，计算机客户端软件能够与主服务器端软件进行数据交换，使用者能够得到锻炼效果评测、锻炼规划，本发明通过包括脉搏、体温、运动参数在内的信息对用户进行健康监测。
文档编号G06F19/00GK101589860SQ20091011711
公开日2009年12月2日 申请日期2009年6月23日 优先权日2009年6月23日
发明者志 刘, 旭 周, 孙怡宁, 张晓翟, 戚功美, 杨先军, 杨新刚, 王昌喜, 马祖长 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院