便攜式鞋底舒適性檢測系統

 

胡劍鋒 岳博 武艷

(北京恒圖科技有限公司 北京 100070

摘要:便攜式鞋底舒適性檢測系統是測試人在站立和行走時,足底和鞋底之間壓力的可視化工具。本系統由兩部分組成:第一部分屬于系統硬件部分,包括鞋墊陣列式壓力傳感器、接口電路、數據采集控制及數據處理模塊、無線數據傳輸模塊、充電電源供電模塊;第二部分屬于系統軟件部分,包括實時數據采集顯示模塊、數據保存模塊、數據回放模塊、實時測試錄像模塊。本系統是采用無線通信,可以對人行走中的步態錄像,以2D3D圖像直觀的顯示足底壓力數據,并且可以回放數據打印數據報告以供研究分析。

關鍵字:鞋底舒適性 便攜式 壓力傳感器 足底壓力

Portable sole comfortable test system

HuJianFeng YueBo WuYan

 (Beijing Hengtu Technology Co., Ltd  Beijing 100070)

Abstract: Portable sole comfortable test system is a visualization tools, when standing and walking, testing pressure between sole and plantar. This system is composed of two parts: part  one is the hardware part, it includes insole array type pressure sensor, interface circuit, data acquisition control and data processing module, a wireless data transmission module, charging power supply module; part two is the software part, it includes Real-time data collection and display module, data storage module, data playback module, real-time test video recording module. The system is to use wireless communication, people walking gait in the video, can be displayed in a 2d and 3d image intuitive plantar pressure data, and can play back the data to print data for analysis.

Key words: sole comfortable; Portable; pressure sensor; plantar pressure

一、引言

行走是人類的基本活動之一,行走的過程中,足底局部的高受壓會引起腳部的不適和病痛。足底壓力分布相對分散則會減緩腳步的不適[1]。舒適性鞋底設計的理念在于將人體的重量平均分布于鞋底上,避免體重集中于腳尖的位置,并將重量的分布向腳后方向移動,降低穿高跟鞋的不適感[34]。本系統可以提供給兩種用戶使用,一是鞋設計者,應用本系統可以很直觀的看到足底的壓力分布,從而更快更好的設計出舒適的鞋子;一種是鞋子的客戶,應用本系統可以很方便的挑選出適合自己穿的鞋子。

二、系統結構

()系統硬件部分

1.鞋墊陣列式壓力傳感器的原理與結構

鞋墊陣列式壓力傳感器是一個由960個壓力傳感器組成的106mm×305mm的鞋墊陣列式電阻式壓力傳感器,其工作原理與普通電阻式傳感器基本相同。即接觸力作用在力敏電阻元件上,力敏電阻元件將物理量轉化為電阻變化,通過放大電路又轉換成電壓變化從而得到相關的力信息。此柔性陣列式壓力傳感器是由2片很薄的聚酯薄膜組成,一片薄膜的內表面鋪設若干行的帶狀導體,另一片內表面鋪設若干列的帶狀導體,當兩片薄膜合為一體時,大量的橫向導體和縱向導體的交叉點就形成了壓力感應點陣列[2]。如圖1。當外力作用到這些感應點上時,半導體的阻值會隨外力的變化而成比列變化,由此來反映感應點的壓力值。


陣列式壓力傳感器結構

2.接口電路

傳感器和數據采集系統是通過接口電路連接起來的,兩個平行排線插頭對應插到平行的插槽里。此接口電路是針對傳感器接口的特殊性而設計,封裝在鋁盒中,為方便行走中測試足底壓力分布,可以綁在測試者腿上。如圖2所示。


接口電路

3.數據采集控制及數據處理模塊

數據采集控制及數據處理模塊是通過基于STM32微處理器技術,實現對整個系統的控制,以及對采集到的數據的采集、處理和發送。主要是由STM32主控電路,74HC4051選擇電路和模擬放大電路三部分。整個系統的示意圖如圖3所示。STM32主要功能是控制傳感器通道的選擇、數據采集以及無線傳輸等。74HC4051選擇電路是通過STM32來控制的,即可以對傳感器通道進行選擇又節省了IO口。傳感器信號經過模擬放大電路轉換成放大的電壓信號,由STM32采集輸出給無線模塊。


PC

74HC4051選擇電路(橫排36路)

74HC4051選擇電路(縱排39路)

STM32主控電路

模擬放大電路

無線數據傳輸模塊


數據采集系統

4.無線通信部分

通過SPI接口,STM32與無線數據傳輸模塊進行數據交換,無線數據傳輸模塊與PC機通過TCP/IP協議傳輸數據。

5.充電電源供電模塊

供電部分是兩節鋰電池(規格:8.4V 2200mA)供給檢測系統±5V的電壓。為了方便檢測系統的應用,加入了充電電路。3702具有恒流和恒壓充電模式,非常適合鋰電池的充電。各指示燈如圖4所示。

指示燈標識

()系統軟件部分

1.實時數據采集顯示模塊

實時數據是通過無線數據傳輸模塊發送過來,PC機接收,通過2D3D圖像顯示。2D圖像顯示,用于顯示足底受壓狀況,利用輔助線顯示足底受壓長度曲線、(重力)中心部位曲線、后腳跟最大壓力點、前腳掌最大壓力點、趾關節曲線、足底受壓壓力中心線等。3D圖像將足底受壓大小模擬成3D受力等高圖,利用模擬的高度表示受力大小。使足底受力情況比2D圖形更加直觀。在統計信息區域內,可以得到相應測試結果的特征值。如圖5所示。

 

軟件界面

2.數據保存模塊

數據的圖形顯示是實時的,為了方便分析研究數據,可以點擊保存按鈕,那么測試的數據即可保存到用戶指定路徑和名稱的文件中。

3.數據回放模塊

    設計者需要看曾經測得的鞋底舒適性數據時,即可打開先前保存的數據,就可以看到數據的2D3D圖形,此過程中也可以暫停,快進,倒退等。設計者可以方便的看到自己想知道的數據。

4.實時測試錄像模塊

    通過USB攝像頭自動監控測試者腳步及鞋子的狀態,可以使設計者在操作軟件里更好的觀察被測對象的動作。

三、系統的應用

    目前鞋業制造設計中,仍然是依靠設計者的經驗來完成設計,然后由測試者依據經驗來體驗舒適度,其缺點可想而知。舒適性檢測系統用于鞋子的設計行業,為鞋設計者提供了數字化、形象化的參考數據,提高設計的目的性,減少重復設計,減少設計成本,并有效提高鞋制造的舒適度。也可以用于鞋制造過程中的檢測,減少廢品,降低制造成本。

 

參考文獻:

[1]Sacco,I.C.N.;Amadio,A.C.,A study of biomechanical parameters in gait analysis and sensitive cronaxie of diabetic neuropathic patients.Clinical Biomechanics,Volume:15,Issur:3,March,2000,pp.196-202

[2]楊敏,陳洪,李明海。柔性陣列式壓力傳感器的發展現狀簡介【J】。航天器環境工程學報,2009,26z1):112-114.

[3]韋啟航,陸文蓮,傅祖蕓,盧世璧。人體步態分析系統——足底壓力測量系統的研制【J】。中國生物醫學工程學報,2000,191):32-40.

[4]袁剛,張木勛,張建華,足底壓力分布測量系統及臨床應用【J】。中國健康,2003,181):22-25.                                


2014年02月28日

雙刀頭數控皮革切割機控制系統的研究
恒圖在國內推出攝像頭高速抄版系統

上一篇

下一篇

便攜式鞋底舒適性檢測系統的研究

本網站由阿里云提供云計算及安全服務
篮球比分大小算加时吗