[发明专利]一种鞋垫式足底压力测量系统及方法

权利要求书

1.一种鞋垫式足底压力测量系统，其特征在于，包括：鞋垫、布置在所述鞋垫表面不同区域的若干个压力传感器、信号调理电路、下位机MCU最小系统、蓝牙通信模块、电源和上位机；压力传感器、信号调理电路、下位机MCU最小系统依次连接；下位机MCU最小系统连接无线通信模块，无线通信模块与上位机无线连接；电源与下位机MCU最小系统连接；所述下位机MCU最小系统内设置数据采集程序和蓝牙串口通信程序，数据采集程序负责将压力传感器采集的模拟电压型号转换为数字信号；所述上位机内设置数据后处理显示程序，负责将足底压力数据图形化显示并通过算法计算出压力比数据进行站立和行走姿态的分辨；

所述鞋垫划分为七个区域，包括脚趾区域、前足内侧、前足中部、前足外侧、足弓区域、脚跟内侧、脚跟外侧；前足内侧、前足中部、前足外侧、脚跟内侧、脚跟外侧分别布置两个压力传感器，其余区域分别布置一个压力传感器；

所述压力比公式为：

所述压力比公式中的α∈(MH,LH)，β∈(MFF,CFF,LFF)，和是α和β区域在不同时刻下的足底压力，MH,LH,MFF,CFF,LFF分别表示脚跟内侧、脚跟外侧、前足内侧、前足中部、前足外侧。

2.根据权利要求1所述的一种鞋垫式足底压力测量系统，其特征在于，所述压力传感器采用薄膜压阻式传感器FSR402，其量程为0-20N。

3.根据权利要求1所述的一种鞋垫式足底压力测量系统，其特征在于，所述下位机MCU采用Cortex-M3内核的stm32f103RCT6主控芯片，所述主控芯片最高主频72MHz，供电电压2.0-3.6V，工作温度-40℃-85℃，自带48Kbytes SRAM，256Kbytes Flash和3个12位模数转换器；所述主控芯片外围连接电源稳压电路、时钟电路、复位电路、程序下载电路构成下位机MCU最小系统；所述电源稳压电路由低压差线性稳压器将所述电源的5V转换为3.3V给所述下位机MCU最小系统供电；所述时钟电路采用8MHz和32KHz外部晶振为所述下位机MCU最小系统提供系统时钟；所述复位电路通过硬件按键为所述下位机MCU最小系统提供低电平复位；所述程序下载电路采用SWD模式为所述下位机MCU最小系统提供所述数据采集程序和所述蓝牙串口通信程序的下载与调试。

4.根据权利要求1所述的一种鞋垫式足底压力测量系统，其特征在于，所述蓝牙通信模块采用HC-05蓝牙转串口集成芯片，其供电电压3.3V-6.0V；所述蓝牙通信模块通过TX、RX引脚与所述下位机MCU最小系统的串口RX、TX引脚连接，并将数据信息通过无线方式传输给所述上位机。

5.根据权利要求1所述的一种鞋垫式足底压力测量系统，其特征在于，所述下位机MCU最小系统的数据采集程序负责对所述下位机MCU最小系统的MCU片内模数转换器的I/O端口进行初始化操作，对所述MCU片内模数转换器配置成多通道DMA读取方式；所述压力传感器测得的压力经过所述信号调理电路输出的电压由所述模数转换器读取并通过DMA方式直接存入所述下位机MCU最小系统的SRAM中。

6.根据权利要求1所述的一种鞋垫式足底压力测量系统，其特征在于，所述蓝牙串口通信程序负责配置所述下位机MCU的中断控制器NVIC，配置串口的工作参数完成串口的初始化配置，使能串口接收中断，使能串口；所述下位机MCU的SRAM里的电压数据通过串口传输到所述蓝牙通信模块并发送。

7.根据权利要求1所述的一种鞋垫式足底压力测量系统，其特征在于，所述上位机数据后处理显示程序通过Labview软件编写，通过所述Labview软件里的VISA控件读取所述上位机蓝牙接收到的串口电压数据；所述串口电压数据经过压力标定得到对应足底压力数据，所述足底压力数据以压力云图方式显示在所述Labview的前面板上。

8.基于权利要求1所述的鞋垫式足底压力测量系统的足底压力测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：采集站立和行走时鞋垫不同区域的足底压力，计算压力比，经过统计学双因素重复测量方差分析得到不同区域站立和行走姿态的压力比取值范围；

步骤2：上位机获取不同区域的足底压力，计算压力比，通过判定压力比数值落于哪个压力比取值范围得出此时人体处于站立或行走姿态。