一种用于步态分析的智能鞋垫制造技术

本发明专利技术公开了一种用于步态分析的智能鞋垫，包括柔性印刷电路板、接口电路、ADC转换电路和无线微控制器；柔性印刷电路板上设置有9个力传感器，每个力传感器均通过接口电路与ADC转换电路连接，ADC转换电路和接口电路均与无线微控制器连接。本发明专利技术提供的用于步态分析的智能鞋垫详细描述了其中的模拟电路部分，提供了允许优化电子元器件数量和低功耗的信道多路复用电路，提高了智能鞋垫采集的信号数据的准确性，为对用户的步态分析提供了更加准确的数据支撑。

An intelligent insole for gait analysis

【技术实现步骤摘要】
一种用于步态分析的智能鞋垫
本专利技术属于智能穿戴设备设计
，具体涉及一种用于步态分析的智能鞋垫。
技术介绍
行走步态或步姿是反映人的健康的一个重要指标，往往与多种疾病相关联，如物理运动障碍、骨骼畸形、肌肉健康、神经或精神疾病和心理疾病等等。这些疾病或障碍均可能影响步行的属性(如：步幅、步长、速度、行走频率、周期性、稳定性以及膝关节、脚踝、臀部、大腿等部位的摆动和旋转等)。对于步态进行多维度或者多角度的时空分析能更好的了解和跟踪发展的状况；而基于分析结果对步态进行持续矫正和康复能改善或治疗某些疾病(如：物理行为治疗)。此外，对比步态的分析也能从不同的角度反映出一个人的运动能力，对于专业运动员的肌体能力和训练分析有很大的帮助。为了获得更加丰富的步态信息，人们越来越关注智能化鞋垫在运动和医学领域中的应用。目前尽管有大量专门用于智能鞋底的设计研究工作，但是这些研究工作中，对优化电子模块设计的方法依旧缺乏研究。因此，在保持可靠的动力学数据采集的同时，需要设计一种方法来获得较少的电子元器件数量，以达到优化电子模块的目的。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的用于步态分析的智能鞋垫解决了现有的智能鞋垫中采集的步态数据不准确的问题。为了解决上述问题，本专利技术提供的技术方案为：一种用于步态分析的智能鞋垫，包括柔性印刷电路板、接口电路、ADC转换电路和无线微控制器；所述柔性印刷电路板上设置有9个力传感器，每个所述力传感器均通过接口电路与ADC转换电路连接，所述ADC转换电路和接口电路均与无线微控制器连接。进一步地，所述柔性印刷电路板为鞋垫形状，所述9个力传感器分别设置于柔性印刷电路板上与脚底部对应的大脚趾处、五个跖骨头处、中足外侧处、内侧脚跟处和外侧脚跟处；所述柔性印刷电路板包括第一柔性聚氯乙烯板和第二柔性聚氯乙烯板，所述第一柔性聚氯乙烯板设置于第二柔性聚氯乙烯板上方；所述第一柔性聚氯乙烯板为厚度为0.8mm的软质柔性聚氯乙烯板；所述第二柔性聚氯乙烯板为厚度为0.5mm的硬质柔性聚氯乙烯板。进一步地，所述无线微控制器包括型号为nRF52832主控芯片U4及其外围电路；所述主控芯片U4的外围电路包括振荡器电路、电源电路、跨阻放大器电路、程序下载电路、环境传感器电路和惯性传感器电路；所述电源电路还与跨阻放大器电路、程序下载电路、环境传感器电路和惯性传感器电路连接；所述跨阻放大器电路还与接口电路和ADC转换电路连接。进一步地，所述电源电路包括相互连接的供电子电路和电压转换子电路；所述供电子电路包括电池X5；所述电池X5的正极作为外部电源VDD分别与接地电容C24和接地电容C10连接，电池X5的负极接地。所述电压转换子电路包括型号为REF3025的芯片U9；所述芯片U9的第1引脚分别与电容C2的一端、电源AN_PWR和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与外部电源VDD连接；所述芯片U9的第2引脚作为电压转换电路的输出端与ADC转换电路连接；所述芯片U9的第3引脚与电容C2的另一端和接地电阻R13连接并接地；其中，所述电压转换电路的输出端输出稳压电源ADC_PWR。进一步地，所述主控芯片U4的第1引脚与接地电容C41连接；所述主控芯片U4的第2引脚和芯片U4的第3引脚均与振荡器电路连接；所述主控芯片U4的第4引脚与跨阻放大器电路连接；所述主控芯片U4的第5引脚、主控芯片U4的第6引脚和主控芯片U4的第10引脚均与ADC转换电路连接；所述主控芯片U4的第12引脚与2孔接插件X6连接；所述主控芯片U4的第13引脚与接地电容C45连接，且与外部电源VDD连接；所述主控芯片U4的第15引脚、主控芯片U4的第16引脚和主控芯片U4的第17引脚均与惯性传感器电路连接所述主控芯片U4的第18引脚、主控芯片U4的第19引脚和主控芯片U4的20引脚均与惯性传感器电路及环境传感器电路连接；所述主控芯片U4的第23引脚与环境传感器电路连接；所述主控芯片U4的第21引脚、主控芯片U4的第24引脚、主控芯片U4的第25引脚和主控芯片U4的第26引脚均与程序下载电路连接；所述主控芯片U4的第27引脚、主控芯片U4的第28引脚、主控芯片U4的第37引脚、主控芯片U4的第38引脚、主控芯片U4的第39引脚、主控芯片U4的第40引脚、主控芯片U4的第41引脚、主控芯片U4的第42引脚和主控芯片U4的第43引脚均与接口电路连接；所述主控芯片U4的第30引脚与分别与接地电容C43和电感L6的一端连接，电感L6的另一端与接地电容C44连接；所述主控芯片U4的第31引脚接地；所述主控芯片U4的第33引脚与接地电容C42连接；所述主控芯片U4的第34引脚和主控芯片U4的第35引脚均与振荡器电路连接；所述主控芯片U4的第36引脚分别与外部电源VDD和接地电容C39连接；所述主控芯片U4的第45引脚接地；所述主控芯片U4的第46引脚分别与接地电容C21和电感L4的一端连接，电感L4的另一端通过电感L5与主控芯片U4的第47引脚连接；所述主控芯片U4的第48引脚分别与外部电源VDD和接地电容C26连接。进一步地，所述接口电路包括型号为MCP6001的运算放大器U7；所述运算放大器U7的第1引脚与运算放大器U7的第4引脚连接；所述运算放大器U7的第2引脚接地；所述运算放大器U7的第3引脚与参考电压输入电路连接；所述运算放大器U7的第5引脚分别与接地电容C48连接，并通过磁珠FB1与电源AN_PWR连接；所述运算放大器U7的第1引脚还分别与电容C31的一端、电阻R4的一端、电容C35的一端、电阻R9的一端、电容C33的一端、电阻R5的一端、电容C36的一端、电阻R7的一端、电容C32的一端、电阻R2的一端、电容C37的一端、电阻R10的一端、电容C40的一端、电阻R8的一端、电容C38的一端、电阻R11的一端、电容C34的一端和电阻R12的一端连接；所述电容C31的另一端和电阻R4的另一端均与主控芯片U4的第40引脚及10孔接插件X1的第10引脚连接；所述电容C35的另一端和电阻R9的另一端均与主控芯片U4的第41引脚及10孔接插件X1的第9引脚连接；所述电容C33的另一端和电阻R5的另一端均与主控芯片U4的第39引脚及10孔接插件X1的第8引脚连接；所述电容C36的另一端和电阻R7的另一端均与主控芯片U4的第42引脚及10孔接插件X1的第7引脚连接；所述电容C32的另一端和电阻R2的另一端均与主控芯片U4的第43引脚及10孔接插件X1的第5引脚连接；所述电容C37的另一端和电阻R10的另一端均与主控芯片U4的第38引脚及10孔接插件X1的第4引脚连接；所述电容C40的另一端和电阻R8的另一端均与主控芯片U4的第27引脚及10孔接插件X1的第3引脚连接；所述电容C38的另一端和电阻R11的另一端均与主控芯片U4的第37引脚及10孔接插件X1的第2引脚连接；所述电容C34的另一端和电阻R12的另一端均与主控芯片U4的第28引脚及10孔接插件X1的第1引脚连接；所述10孔接插件X1的第6引脚与跨阻放大器电路连接；所述参考电压输入电路包括电阻R3；所述电阻R3的一端与芯片U9的第2引脚连接，电阻R3的另一端分别与运算放大器U7的第3引脚、接地电阻R7和接地电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于步态分析的智能鞋垫，其特征在于，包括柔性印刷电路板、接口电路、ADC转换电路和无线微控制器；所述柔性印刷电路板上设置有9个力传感器，每个所述力传感器均通过接口电路与ADC转换电路连接，所述ADC转换电路和接口电路均与无线微控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于步态分析的智能鞋垫，其特征在于，包括柔性印刷电路板、接口电路、ADC转换电路和无线微控制器；所述柔性印刷电路板上设置有9个力传感器，每个所述力传感器均通过接口电路与ADC转换电路连接，所述ADC转换电路和接口电路均与无线微控制器连接。2.根据权利要求1所述的用于步态分析的智能鞋垫，其特征在于，所述柔性印刷电路板为鞋垫形状，所述9个力传感器分别设置于柔性印刷电路板上与脚底部对应的大脚趾处、五个跖骨头处、中足外侧处、内侧脚跟处和外侧脚跟处；所述柔性印刷电路板包括第一柔性聚氯乙烯板和第二柔性聚氯乙烯板，所述第一柔性聚氯乙烯板设置于第二柔性聚氯乙烯板上方；所述第一柔性聚氯乙烯板为厚度为0.8mm的软质柔性聚氯乙烯板；所述第二柔性聚氯乙烯板为厚度为0.5mm的硬质柔性聚氯乙烯板。3.根据权利要求1所述的用于步态分析的智能鞋垫，其特征在于，所述无线微控制器包括型号为nRF52832主控芯片U4及其外围电路；所述主控芯片U4的外围电路包括振荡器电路、电源电路、跨阻放大器电路、程序下载电路、环境传感器电路和惯性传感器电路；所述电源电路还与跨阻放大器电路、程序下载电路、环境传感器电路和惯性传感器电路连接；所述跨阻放大器电路还与接口电路和ADC转换电路连接。4.根据权利要求3所述的用于步态分析的智能鞋垫，其特征在于，所述电源电路包括相互连接的供电子电路和电压转换子电路；所述供电子电路包括电池X5；所述电池X5的正极作为外部电源VDD分别与接地电容C24和接地电容C10连接，电池X5的负极接地。所述电压转换子电路包括型号为REF3025的芯片U9；所述芯片U9的第1引脚分别与电容C2的一端、电源AN_PWR和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与外部电源VDD连接；所述芯片U9的第2引脚作为电压转换电路的输出端与ADC转换电路连接；所述芯片U9的第3引脚与电容C2的另一端和接地电阻R13连接并接地；其中，所述电压转换电路的输出端输出稳压电源ADC_PWR。5.根据权利要求4所述的用于步态分析的智能鞋垫，其特征在于，所述主控芯片U4的第1引脚与接地电容C41连接；所述主控芯片U4的第2引脚和芯片U4的第3引脚均与振荡器电路连接；所述主控芯片U4的第4引脚与跨阻放大器电路连接；所述主控芯片U4的第5引脚、主控芯片U4的第6引脚和主控芯片U4的第10引脚均与ADC转换电路连接；所述主控芯片U4的第12引脚与2孔接插件X6连接；所述主控芯片U4的第13引脚与接地电容C45连接，且与外部电源VDD连接；所述主控芯片U4的第15引脚、主控芯片U4的第16引脚和主控芯片U4的第17引脚均与惯性传感器电路连接所述主控芯片U4的第18引脚、主控芯片U4的第19引脚和主控芯片U4的20引脚均与惯性传感器电路及环境传感器电路连接；所述主控芯片U4的第23引脚与环境传感器电路连接；所述主控芯片U4的第21引脚、主控芯片U4的第24引脚、主控芯片U4的第25引脚和主控芯片U4的第26引脚均与程序下载电路连接；所述主控芯片U4的第27引脚、主控芯片U4的第28引脚、主控芯片U4的第37引脚、主控芯片U4的第38引脚、主控芯片U4的第39引脚、主控芯片U4的第40引脚、主控芯片U4的第41引脚、主控芯片U4的第42引脚和主控芯片U4的第43引脚均与接口电路连接；所述主控芯片U4的第30引脚与分别与接地电容C43和电感L6的一端连接，电感L6的另一端与接地电容C44连接；所述主控芯片U4的第31引脚接地；所述主控芯片U4的第33引脚与接地电容C42连接；所述主控芯片U4的第34引脚和主控芯片U4的第35引脚均与振荡器电路连接；所述主控芯片U4的第36引脚分别与外部电源VDD和接地电容C39连接；所述主控芯片U4的第45引脚接地；所述主控芯片U4的第46引脚分别与接地电容C21和电感L4的一端连接，电感L4的另一端通过电感L5与主控芯片U4的第47引脚连接；所述主控芯片U4的第48引脚分别与外部电源VDD和接地电容C26连接。6.根据权利要求5所述的用于步态分析的智能鞋垫，其特征在于，所述接口电路包括型号为MCP6001的运算放大器U7；所述运算放大器U7的第1引脚与运算放大器U7的第4引脚连接；所述运算放大器U7的第2引脚接地；所述运算放大器U7的第3引脚与参考电压输入电路连接；所述运算放大器U7的第5引脚分别与接地电容C48连接，并通过磁珠FB1与电源AN_PWR连接；所述运算放大器U7的第1引脚还分别与电容C31的一端、电阻R4的一端、电容C35的一端、电阻R9的一端、电容C33的一端、电阻R5的一端、电容C36的一端、电阻R7的一端、电容C32的一端、电阻R2的一端、电容C37的一端、电阻R10的一端、电容C40的一端、电阻R8的一端、电容C38的一端、电阻R11的一端、电容C34的一端和电阻R12的一端连接；所述电容C31的另一端和电阻R4的另一端均与主控芯片U4的第40引脚及10孔接插件X1的第10引脚连接；所述电容C35的另一端和电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅占勇，卡门瓦连京诺夫伊万诺夫，吴旭，赵欣欣，郑佳文，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51