CN105266257A - 基于全足压力信息获取的智能鞋 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于全足压力信息获取的智能鞋，包括有上、下底构成的鞋底，中底上贴合设置有薄膜式压力分布传感器，下底跟部设有凹槽，凹槽中设置有处理芯片、电池，处理芯片上集成有采集电路，薄膜式压力分布传感器与处理芯片上采集电路连接。本发明能够实时、完整地检测人体的足底压力分布。

Description

基于全足压力信息获取的智能鞋

技术领域

本发明涉及智能鞋领域，具体是一种基于全足压力信息获取的智能鞋结构及其独特的压力阵列传感器设计。

背景技术

基于压力传感器的智能鞋等穿戴设备也常有所见，如采用加速度传感器、陀螺仪、温湿度传感器、定位传感器、压力传感器实现人体运动信息的测量。如阿迪达斯国际经营管理有限公司的CN1839724A，该发明涉及一种供负重训练或健身应用的运动鞋，该运动鞋的鞋底部件具有凹部用于可拆卸的方式容纳电子装置，容纳电子计步器、加速计或速度传感器的罩壳，其中罩壳具有与鞋底中凹部形状相对应的形状。该发明不仅能以可拆卸的方式把传感器组装在鞋底内和鞋底做成一体，而且也能把全部电子装置，如计步器、加速计或速度传感器、MP3播放器或其它任何适用的电子装置组装在鞋底内和鞋底做成一体。新平衡运动鞋公司;CN103442607A本发明涉及用于监视使用者的一个或多个运动表现特征的装置和方法，一种示例设备包括：感测单元，适于可附连到使用者的鞋上，感测单元包括：第一传感器，适于在使用者运动时监视使用者的脚的移动，第一传感器包括陀螺传感器；处理器件，用于基于来自第一传感器的输出来确定使用者的第一表现特征，第一表现特征包括使用者的脚在撞击地面时的脚撞击位置；以及传送器件，用于将表示表现特征的数据包传送到远程接收器。CN203279897U公开了一种多功能智能鞋，包括鞋子本体、嵌入在鞋子本体内的发电组件及智能感应组件；发电组件包括一对气体/液体囊、一对导流管、叶轮、电池及微型发电机，一对气体/液体囊分别通过一对导流管连接在叶轮的两侧，一对气体/液体囊与一对导流管的连接处设有单向阀，叶轮的转轴与微型发电机的齿轮连接，电池与微型发电机连接，一对气体/液体囊分别位于前足及后足处，叶轮位于足弓处；智能感应组件包括四个压力感应器及集成电路板，四个压力感应器分别与集成电路板连接，四个压力感应器分布于足底。CN103142236A发明提供了一种测定行走步态的智能鞋垫及方法，该智能鞋垫包括鞋垫体、布置在鞋垫体上的压力传感器、控制中心、信号传输模块和分析模块，控制中心通过模拟开关与压力传感器的一端依次相连，压力传感器的另一端则与控制中心直接相连，控制中心和分析模块通过信号传输模块进行信息交互。CN104778647A发明公开了一种基于智能鞋实现运动健康管理和运动习惯分析的系统，该系统包括：智能鞋、用户终端与云端服务器；其中，所述智能鞋，用于采集用户的压力数据并传输至用户终端；所述用户终端，用于对压力数据进行分析来判定用户当前的运动状态，根据判定结果统计用户的运动情况，并传输至云端服务器；所述云端服务器，用于记录该用户的运动情况，并分析该用户的运动习惯，以及向该用户推荐运动习惯与其相似的其他用户。CN104434128A公开了一种基于足底压力分布信息的左右脚动态识别方法，CN104473650A公开了一种基于柔性力敏传感器的运动能耗监测鞋及其监测方法，通过采集足底压力分布信息获取用户的步频、步速等运动参数信息，结合性别、身高、下肢长度等人体属性参数，利用多元线性回归分析方法建立运动能耗模型，实现运动能耗的实时监测。运动能耗监测鞋包括安装有柔性力敏传感鞋垫的运动鞋和腕表。CN203914881U公开了一种智能鞋，包括鞋底和鞋帮，还包括用于采集鞋内的温度信号的微型温度传感器；用于采集鞋内的湿度信号的微型湿度传感器；用于采集运动时鞋底的压力信号的微型压力传感器；用于采集运动时鞋底的三维加速度信号的微型三维加速度传感器；用于接收所述温度信号、湿度信号、压力信号和三维加速度信号并发送出去的发射器；和用于向微型温度传感器、微型湿度传感器、微型压力传感器、微型三维加速度传感器和发射器供电的电源。CN204048279U公开了一种多功能智能鞋垫，包括：下鞋垫面(1)、上鞋垫面(2)、前脚掌第一跖骨压力传感器(3)、前脚掌第五跖骨压力传感器(4)、后脚掌压力传感器(8)，集成三轴加速传感器、三轴陀螺仪、温湿度传感器、信息处理模块、无线通信模块的PCB电路板(5)、可充电电源(6)；前脚掌第一跖骨压力传感器(3)、前脚掌第五跖骨压力传感器(4)、后脚掌压力传感器(8)、PCB电路板(5)和可充电电源(6)嵌于由上下鞋垫面组成的鞋垫体之中。CN103799618A发明公开了一种智能鞋垫，包括与足底相接触的表层和与鞋内底相抵的底层，所述表层和底层之间设置电路板，所述电路板上设置有微处理器和受控于微处理器的蓝牙模块，所述表层下方还分布设置有至少三个电性连接微处理器的压力感应器，所述蓝牙模块与智能手机或平板电脑无线通信。CN104146712A发明提供一种穿戴式足底压力检测设备，包括鞋垫，其特征在于：该设备包括压力传感模块，中央处理控制模块，无线通讯模块，上位机，陀螺仪，加速度计和信号提示模块。耐克公司、亚瑟斯公司也在部分产品中采用4－12独立的压力传感器用于智能鞋的开发。

上述智能鞋的设计大部分专利权利要求主要侧重于整体设备的结构、电路、数据方法实现，测试对象把穿戴智能鞋或鞋垫的人视作一个多刚体模型，仅仅需要一个压力值的触发和判断方法实现。没有对足部的细化特征进行量化，对智能鞋所需的采用单个或多个压力传感器的数据采集实现而已，压力传感器结构设计也没有具体描述。

也有一些专利涉及了压力分布传感器而非单独压力传感器组合的描述，主要描述了压力分布传感器的电路采集及其数据实现。CN103720115A发明公开了一种智能鞋，包括鞋底和鞋面，所述的鞋底内设有将压力转换为电信号输出的压力传感器和控制单元，所述的控制单元包括无线通信模块和控制模块，所述的无线通信模块与控制模块数据连接；控制模块与压力传感器数据连接。CN101524196A发明公布了一种基于压力传感器的数字鞋，其特征在于包括信号转换电路、微处理器、射频发射芯片、射频接收芯片、射频阅读器、数据采集卡、终端处理器和设置于鞋底表面的众多压力传感器，其中压力传感器的输出端依次串接信号转换电路、微处理器、射频发射芯片，射频接收芯片的输出端依次串接射频阅读器、数据采集卡、终端处理器，射频发射芯片与射频接收芯片无线连接。CN101116561A本发明涉及基于柔性阵列压力传感器的数字跑鞋，其中电子器件为带有压力传感器的鞋垫和与其电连接的接口，鞋垫的前端、前掌两侧和后端处分别置有一只以上的压力传感器，压力传感器与接口电连接，用于将来自脚底的不同部位处的压力转换成电信号；信息采集传输部件包含左信息采集部件、右信息采集部件和信息中转部件，用于收集来自左、右跑鞋中电子器件的压力电信号，并对其进行中转发送；手持终端部件用于对来自信息采集传输部件的信号进行处理，以获得柔性阵列压力传感器的数字跑鞋于使用中的动态的步伐特征，该方法分无线实时监测实时分析或有线实时监测离线分析两种情况。CN104161529A发明公开一种足底压力分布检测系统，包括：检测层，被构造为检测足底压力信号，并将检测到的足底压力信号转换成电信号；处理发送模块，被构造为接收所述检测层转换成的电信号，对接收到的电信号进行处理，且将经处理后的电信号发送到外界的接收设备。

少数专利则强调了不同材料和结构的压力分布传感器的实现。CN103900741A公开了一种可穿戴式智能测定系统，包括压电传感器和数据处理模块，所述压电传感器的输出端与所述数据处理模块的输入端连接，所述压电传感器采用压电驻极体薄膜材料制备而成。CN104207409A发明公开了一种压力自感知、自发电的智能鞋垫，它由上、下鞋垫体、鞋垫夹层、电热片、压电叠堆、蓝牙模块、功能选择开关、处理及控制模块、蓄电池、mini-USB接口等部分组成，可通过蓝牙与智能手机上的应用软件通信；本发明使用了压电叠堆，可不用外接传感器就可测量脚部的压力和计算行走时的步数，以监测用户的活动水平、行走健康等问题。CN102564657A发明涉及一种基于石墨烯的阵列式柔性压力分布传感器，其包括柔性衬底，所述柔性衬底上设有石墨烯薄膜阵列，所述石墨烯薄膜阵列内包括至少一个石墨烯导电体，所述石墨烯导电体与柔性衬底上的行电极及列电极电连接。CN104535229A发明涉及一种基于压阻压电柔性传感器复合的压力检测装置和方法，利用压阻传感器组检测压力分布情况，经过数据采集与处理模块后变为数字信号，通过无线通讯模块发送给压力计算模块，并在显示模块进行实时显示。利用压电信号判断是否处于压力变化状态，切换单片机的睡眠和激活状态；在长时间睡眠状态下，对压阻传感器零点进行校正；在激活状态下，进行压力传感信号频率动态追踪，当处于高频响应时，利用压电传感器信号对压阻传感器的信号进行修正，改善其高频性能。CN101281066A新田株式会社发明的压力分布传感器系统具有：在薄膜基材(1)内具有相互独立的2～8个压敏导电性元件(4)以及分别从其延伸的布线(2)以及端子(3)的(在1条行电极与2～8条列电极的交叉点具有压敏导电性元件的)压力分布传感器S；处理电路，具有应分别测量各所述压敏导电性元件(4)的电阻变化的与各端子(3)连接的放大器；用于进行来自所述处理电路的信号的运算与测量结果的显示、记录、分析的软件，其中，使所述薄膜基材(1)的俯视形状以及薄膜基材(1)内的压敏导电性元件(4)的位置适合于用途。CN102539035A发明涉及一种点阵型柔性压力分布传感器及其制备方法，其包括第一柔性衬底及第二柔性衬底，第一柔性衬底上设置行电极，行电极上覆盖有电连接的行电极力敏油墨，第一柔性衬底上对应于设置行电极的另一端设有行引出电极；第二柔性衬底上设置列电极，列电极上覆盖有电连接的列电极力敏油墨，第二柔性衬底对应于设置列电极的另一端设有列引出电极；第一柔性衬底对应设置行引出电极的一端与第二柔性衬底对应设置列引出电极的一端绝缘后粘结固定，且使得行电极与列电极间呈纵横交错分布，行电极通过行电极力敏油墨与列电极的列电极力敏油墨相接触。

上述专利的权利保护主要是压力分布传感器的电路采集设计及其数据传输，没有单独的压力分布传感器结构实现描述，所述的传感器是同一标准的尺寸和量程、均匀分布的结构，难以满足个体化足部压力分布的检测和评估（每个人的足部特征在静态和动态特征是独特的：足型（足长、足宽，希腊脚／罗马脚，扁平／正常／高弓，外翻／内翻，不能完全通过简单的放置和平均化设计得到实现。

自2007年来我们一直在探索各种压力分布传感器的结构设计和数据实现，以提高传感器的一致性、稳定性、个性化匹配等。如CN101201279A本发明是提供一种压力分布测量装置及其测量方法，压力分布测试装置由柔性阵列传感器(1)、嵌入式信号驱动采集单元(2)和计算机分析处理软件(3)组成。嵌入式信号驱动采集单元(2)具有阵列的行列扫描驱动和阵列点的压力信号采集功能，通过USB2.0接口与计算机连接；计算机分析处理软及包括通信接口模块、数据存取模块、数据分析模块、档案管理模块以及打印驱动模块。计算机通过采集力传感器输出的力信息，通过分析软件获得作用力信息、作用力的分布信息、压力中心、以及功率谱信息等，其中包括鞋垫结构。CN104207792A发明公开了一种基于力平衡的床体压力分布测试系统，包括有床体，床体上叠置有测力台、床垫、薄膜式压力分布传感器，床体中设置有采集电路，薄膜式压力分布传感器中压力传感器分布密度不同，相当于采用多传感器互相验证目标和数据的可靠性设计。CN104083175A发明公开了一种基于区域力效验的压力分布平台，包括有测力台、叠置在测力台顶部的薄膜式压力分布传感器，在测力台下方支撑测力台的不稳定架构的支撑机构，并且设计了不同区域的压力分布传感器的实现方法，以尽可能符合测量和评估的现实需求。CN102930133A发明公开了一体化平衡与步态快速评估系统及评估方法，系统由压力检测板、上位机操作终端、网络交换机构成，压力检测板检测到的信号通过网络交换机传输至上位机操作终端，经过上位机操作终端处理最后生成评估报告。CN102921162A发明公开了一种自助式平衡与步态训练系统及方法，系统由训练感测板、上位机操作终端、网络交换机、无线九轴姿态测量组件、无线网络摄像机构成，训练感测板检测到的信号，以及无线九轴姿态测量组件、无线网络摄像机得到的信号分别通过网络交换机传输至上位机操作终端，受训对象根据操作终端软件（训练游戏）的引导完成平衡功能和步态的训练，最后生成训练报告。

但传统的基于压力分布传感器的仪器、系统常常在科研领域和医疗康复应用，对数据的精确度要求较高，但对样本数据的实时处理、存储、功耗基本要求很低甚至没有。平板结构的压力分布传感器系统相对稳定，不易损坏；但放置在鞋体内部，由于每双鞋、每个足、每个人的基本特征和运动习惯不同，易发生折损和疲劳现象，产品的稳定性就显得至关重要。

传统的等分压力分布传感器是指所有的压力分布传感器在其它任意区域，单个压力分布传感器都是同一种形状、尺寸、额定满量程。不论区域的面积怎样变化，单个压力分布传感器都是相同的形状、尺寸、额定满量程、只是分布数量的不同。其中单个压力分布传感器可以是长方形、正方形或者是异型。不论单个压力分布传感器是长方形、正方形或者是异型，在后端都是统一采集、同步完成。每个区域的传感器的额定满量程、尺寸、形状一致，采集电路行列固化。不同区域、点阵密度、尺寸形状、额定满量程的压力分布传感器是通过多个采集器单元同步实现，相应的组件较多，成本高、标定调试工作量巨大，系统容错率低。

作为穿戴设备的智能鞋必须在压力分布传感器的结构分布、电路采集结构、鞋体结构匹配、个体化特征表达、大数据存储、低功耗设计、环境适应可靠性、低成本材料和工艺上做大量系统改进设计，才能满足日益增长的个性化智能终端需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠的基于全足压力信息获取的智能鞋，以解决现有技术存在的问题，实现实时检测人体的个性化足底压力分布。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：包括有下底和贴合设置在下底上的中底构成的鞋底，以及贴合设置在中底上的薄膜式压力分布传感器，所述薄膜式压力分布传感器由呈阵列分布的多个薄膜式压力传感器构成，所述下底跟部设有凹槽，凹槽中设置有处理芯片及供电至处理芯片的电池，所述处理芯片上集成有采集电路，所述薄膜式压力分布传感器与处理芯片上采集电路连接；

所述采集电路包括UNIX嵌入式系统、可扩充行列扫描电路、信号放大调理电路、选通电路、信号放大电路、信号输出模块、振子、电源管理模块、无线模块，所述电源管理模块接入嵌入式系统的电源端口，电池通过电源管理模块接入嵌入式系统，所述可扩充行列扫描电路的控制端、选通电路的控制端分别接入嵌入式系统的控制端口，所述薄膜式压力分布传感器接入可扩充行列扫描电路的输入端，可扩充行列扫描电路的输出端与信号放大调理电路的输入端连接，信号放大调理电路的输出端与选通电路的输入端连接，选通电路的输出端接入嵌入式系统的采集端口，其他传感器（包括加速度传感器、温湿度传感器、力传感器、定位传感器等）接入信号放大电路的输入端，信号放大电路的输出端接入嵌入式系统的采集端口，所述信号输出模块的输入端接入嵌入式系统的输出端口，信号输出模块的输入端与无线模块连接，嵌入式系统通过信号输出模块与外部显示终端交互通讯连接；震子接入嵌入式系统的输出端；

所述薄膜式压力分布传感器采集使用者足部的坐、站、走、跑各个姿态及其转移相的特征信息，并将采集的信息依次通过可扩充行列扫描电路、信号放大调理电路、选通电路送入UNIX嵌入式系统，嵌入式系统通过固定分区和自由分区方法，结合长时间的累计准确量化使用者的个体足部和身体姿态生物信息特征；

所述薄膜式压力分布传感器中的多个压力传感器呈阵列式分区域非等分压力分布，即薄膜式压力分布传感器可设计为任意区域位置、任意的压力传感器形状、尺寸，任意的额定满量程压力，不同区域内的多个压力传感器的形状、尺寸面积及额定满量程压力亦不同，但采用同一的采集电路和程序化标定方案，以适应足底个性化的压力分布检测；

中底中任意位置开有引线过孔，薄膜式压力分布传感器通过从引线过孔穿过的信号线与处理芯片上采集电路连接，由于是中间引出线，需要最大限度减少压力传感器的数量、尺寸、质量影响，中间区域的压力传感器信息可由边缘压力传感器计算推导；或者，薄膜式压力分布传感器与处理芯片之间信号线从边缘引出，以避免损失最多区域和面积的传感器信息；

所述薄膜式压力分布传感器通过在聚酯薄膜、聚亚酰胺薄膜等材料上印制低温绝缘材料和粘合材料，形成压力阵列传感器步行方向上的空腔网络，不仅可以提高传感器的一致性和稳定性，步行方向上的空腔网络可以在长期使用中排气，减少压力传感器的折损和环境影响；绝缘层隔绝了导体、电阻与外在环境的接触，保护了传感器的稳定性；同时在传感器的上基面的下部、传感器下基面的上部，微观结构下由导体层、电阻层、绝缘层形成高出基面的厚度，排气孔设在压力传感器内部的前段和后端，并且从鞋底材料的上端引出。

所述的基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：所述下底侧面开有下充电接口卡槽，中底侧部对应下充电接口卡槽位置开有上充电接口卡槽，由上、下充电接口卡槽对合构成充电接口卡槽，充电接口卡槽中通过虚拟接口端子固定有充电接口，所述下底中还开有连通下充电接口卡槽和凹槽的导线槽，所述充电接口通过沿导线槽延伸的导线与凹槽中电池连接。

所述的基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：所述下底上边缘位置设置有多个定位点，以便实现压力分布传感器的工艺安装和尺寸匹配。

所述的基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：在薄膜式压力分布传感器中选择一行或一列压力传感器作为单独的信息回路，或者独立印制一组由多个压力传感器沿环形串联构成的压力传感器序列作为单独的信息回路，以判断足底是否受压或到一定压力阈值；当全部阈值以下或0，设定一定时间段和时间长短，整体的采集电路进入休眠状态，当超过了一定阈值，则立即启动工作模式，以降低了电池的功耗。这种电路与传感器的同步结构不仅限于薄膜结构压力传感器（含模拟量、数字量、开关量信息），也可适应于压电薄膜、导电橡胶、电容结构的压力传感器（含模拟量、数字量、开关量信息）。

所述的基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：集成有采集电路的处理芯片封装在外壳中，外壳在跟部作为足跟部和足中部的固定支撑结构，所述振子接收采集电路中UNIX嵌入式系统的指令发生振动，令使用者感知、识别、规定信息和指令。

所述的基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：薄膜式压力分布传感器除了形成标准几何行列序次的采集行列，还可形成不以几何尺寸为行列的采集行列，薄膜式压力分布传感器上对应各个垂直结构的压力传感器行列回路印制有平面结构的限流电阻、调压电阻、接地电阻，将电压、电流控制在一定范围内，以降低功耗，提高产品的一致性，减少后端采集电路的元器件、复杂性、体积、成本。

所述的基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：所述下底底面贴合设置有橡胶底及合适的图形结构，既可保持合适硬度用于足底支撑，又可以耐磨、防滑。

本发明为统一实时采集、基于反馈校验的压力分布传感器采集结构，所采用的薄膜式压力分布传感器中压力传感器分布点阵不同于传统的均布分布（正方形），可采用统一行列呈不等分切割，也可采用不同点阵密度组合，一次成型，同一调理。

同时本发明基于压力印迹的空间分布，可个性化获取足部的足长、足宽、足部印迹、各区域压力中心、几何中心、步频、步行周期等数据，推荐合适的活动方式和健康方案。

同时本发明可进行坐站转移、站位平衡、站走转移、步行平衡、跑步的评估和训练，

同时本发明基于压力分布信息的长时段检测和累计，可进行糖尿病评估、运动损伤、后期康复效果的提醒。

附图说明

图1为本发明结构爆炸图。

图2为本发明采集电路结构原理框图，其中：

图2a为结构框图，图2b为原理框图。

图3为本发明薄膜式压力分布传感器区域分布图，其中：

图3a为行列数相同所有传感器等分排列时区域分布图。

图3b为行列数相同、位置相同、面积不同时区域分布图。

图3c为行列数相同、位置不同、面积不同时区域分布图。

图3d为本发明中压力传感器结构和电子管脚示意图（左足示意图）。

图5为本发明选取压力触发传感器的信息回路示意图。

图6为本发明中压力传感器引线过孔位置示意图。

图7为本发明压力分布传感器的限流电阻

图8为本发明压力分布传感器的分压接地电阻图。

具体实施方式

如图1所示，基于全足压力信息获取的智能鞋，包括有下底1和贴合设置在下底上的中底2构成的鞋底，以及贴合设置在中底2上的薄膜式压力分布传感器3，薄膜式压力分布传感器3由呈阵列分布的多个薄膜式压力传感器构成，下底1跟部设有凹槽4，凹槽4中设置有处理芯片5及供电至处理芯片5的电池6，处理芯片5上集成有采集电路，薄膜式压力分布传感器3与处理芯片5上采集电路连接；

如图2所示，采集电路包括UNIX嵌入式系统、可扩充行列扫描电路、信号放大调理电路、选通电路、信号放大电路、信号输出模块、振子、电源管理模块、无线模块，电源管理模块接入嵌入式系统的电源端口，电池6通过电源管理模块接入嵌入式系统，所述可扩充行列扫描电路的控制端、选通电路的控制端分别接入嵌入式系统的控制端口，薄膜式压力分布传感器3接入可扩充行列扫描电路的输入端，可扩充行列扫描电路的输出端与信号放大调理电路的输入端连接，信号放大调理电路的输出端与选通电路的输入端连接，选通电路的输出端接入嵌入式系统的采集端口，其他传感器（加速度传感器、温湿度传感器、力传感器、定位传感器等）接入信号放大电路的输入端，信号放大电路的输出端接入嵌入式系统的采集端口，所述信号输出模块的输入端接入嵌入式系统的输出端口，信号输出模块的输入端与无线模块连接，嵌入式系统通过信号输出模块与外部显示终端交互通讯连接；震子接入嵌入式系统的输出端。

薄膜式压力分布传感器3采集使用者足部的坐、站、走、跑各个姿态及其转移相的特征信息，并将采集的信息通过依次通过可扩充行列扫描电路、信号放大调理电路、选通电路送入嵌入式系统，嵌入式系统通过固定分区和自由分区方法，结合长时间的累计准确量化使用者的个体足部和身体姿态生物信息特征。

下底1侧面开有下充电接口卡槽7，中底2侧部对应下充电接口卡槽位置7开有上充电接口卡槽8，由上、下充电接口卡槽7、8对合构成充电接口卡槽，充电接口卡槽中通过虚拟接口端子9固定有充电接口10，下底1中还开有连通下充电接口卡槽8和凹槽4的导线槽11，充电接口10通过沿导线槽11延伸的导线12与凹槽4中电池6连接。

下底1上边缘位置设置有多个定位点13。

下底1底面贴合设置有橡胶底14。

压力分布传感器的结构描述和变形已在我司的专利（如CN101201279A、CN104207792A、CN104083175A、CN102930133A、CN102921162A有所描述，本专利图在此基础上进一步继承、保护、延伸。所述薄膜式压力分布传感器中的多个压力传感器呈阵列式分区域非等分压力分布，即薄膜式压力分布传感器可设计为任意区域位置、任意的压力传感器形状、尺寸，任意的额定满量程压力，不同区域内的多个压力传感器的形状、尺寸面积及额定满量程压力亦不同，但采用同一的采集电路和程序化标定方案，以适应足底个性化的压力分布检测。图3a为常规的行列数相同所有传感器等分排列时区域分布图。图3b为行列数相同、位置相同、面积不同时区域分布图。图3c为行列数相同、位置不同、面积不同时区域分布图。

不同的薄膜式压力分布传感器4中具有呈阵列分布的多个压力传感器，如图3a所示。分区域等分压力分布是指在不同区域的压力分布传感器，尺寸、形状不同。在同一区域内（同一区域可以根据要求划分）单个压力分布传感器都是同一种形状、尺寸、额定满量程，不论区域的面积怎样变化，单个压力分布传感器都是相同的形状、尺寸、额定满量程，只是分布数量的不同；其中单个压力分布传感器可以是长方形、正方形或者是异型。

不同的是图3b、图3c在不同区域位置、尺寸大小的单个压力分布传感器的形状、尺寸、额定满量程不同，但可以统在后端一采集、同步完成（而非不同点阵密度的传感器通过多个分布式采集器同步实现），以便节约材料、加工、标定、调试、安装成本。相应的行扫描采集处理方案也可采用列采集处理方案，每个单个压力分布传感器的额定满量程设计可以不一致，以满足丰富的应用需求，可以是鞋垫、坐垫、床垫、平板、异型结构尺寸要求的应用场合。

图3d为本发明中压力传感器结构和管脚示意图（左足的鞋实例示意图）比较完整地体现了不同尺寸、区域位置、面积的压力分布传感器分布图，并且给出了管脚的出线图（上基面1－10管脚分别代表传感器的行电路组成，下基面11－20的管脚分别代表传感器的列电路组成，21,22为环形串联触发电阻电路管脚和引线）。

图4所述传感器通过在聚酯薄膜、聚亚酰胺薄膜等材料上印制低温绝缘材料和粘合材料，形成压力阵列传感器步行方向上的空腔网络，不仅可以提高传感器的一致性和稳定性，步行方向上的空腔网络可以在长期使用中排气，减少压力传感器的折损和环境影响。绝缘层（粘合材料、绝缘材料）隔绝了导体、电阻与外在环境的接触，保护了传感器的稳定性。同时在传感器的上基面的下部、传感器下基面的上部，微观结构下由导体层、电阻层、绝缘层（粘接材料）形成高出基面的厚度，排气孔设在压力传感器内部的前段和后端，并且从鞋底材料的上端引出。

图5所示，在薄膜式压力分布传感器3中选择一行或一列压力传感器作为单独的信息回路，或者独立印制一组由多个压力传感器沿环形串联构成的压力传感器序列作为单独的信息回路（上下电路的导体、电阻串联），以判断足底是否受压或到一定压力阈值；当全部阈值以下或0，设定一定时间段和时间长短，整体的采集电路进入休眠状态，当超过了一定阈值，则立即启动工作模式，以降低了电池的功耗。这种电路与传感器的同步结构不仅限于薄膜结构压力传感器（含模拟量、数字量、开关量信息），也可适应于压电薄膜、导电橡胶、电容结构的压力传感器（含模拟量、数字量、开关量信息）。

如图6所示，中底2中任意位置开有引线过孔15，薄膜式压力分布传感器3通过从引线过孔穿过的信号线16与处理芯片5上采集电路连接，由于是中间引出线，需要最大限度减少压力传感器的数量、尺寸、质量影响，中间区域的压力传感器信息可由边缘压力传感器计算推导，或者，薄膜式压力分布传感器3与处理芯片5之间信号线从边缘引出，以避免损失最多区域和面积的传感器信息。

图1的下半部表征：集成有采集电路的处理芯片封装在外壳中，外壳在跟部作为足跟的固定支撑结构，震子接收采集电路中UNIX嵌入式系统的指令发生振动，令使用者感知、识别、规定信息和指令（图1的1、2、4、13、15、16组成）。

薄膜式压力分布传感器除了形成标准几何行列序次的采集行列，还可形成不以几何尺寸为行列的采集行列，薄膜式压力分布传感器上对应各个压力传感器行列回路印制有限流电阻（图7）、调压／接地电阻（图8），在垂直方向的压力传感器行/列方向串联平面方向的厚膜电阻，从而可稳定压力阵列传感器行/列方向电流输出值，以达到限流作用，并使电路功耗下降。每一压力阵列传感器回路上串联的限流电阻，必须匹配相应比例关系的并联电阻，以稳定供应电压幅值，达到分压作用并减少对地的干扰。并提高产品的一致性，减少后端采集电路的元器件、复杂性、体积。

下底底面贴合设置有橡胶底及合适的图形结构，既可保持一定的硬度用于足底支撑，又可以耐磨、防滑。

应当指出的是替代实施例和/或在实施例或替代实施例的构造中的材料可适用于本文所描述的所有其它实施例。

在不偏离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其它具体形式来实施。因此前文的描述在所有方面被认为是说明性的而不限制本文所描述的本发明。本发明的范围因此由所附权利要求而非前文的描述指示，并且属于权利要求的等效物的意义和范围内的所有变化中。

Claims (7)

1.基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：包括有下底和贴合设置在下底上的中底构成的鞋底，以及贴合设置在中底上的薄膜式压力分布传感器，所述薄膜式压力分布传感器由呈阵列分布的多个薄膜式压力传感器构成，所述下底跟部设有凹槽，凹槽中设置有处理芯片及供电至处理芯片的电池，所述处理芯片上集成有采集电路，所述薄膜式压力分布传感器与处理芯片上采集电路连接；

所述采集电路包括UNIX嵌入式系统、可扩充行列扫描电路、信号放大调理电路、选通电路、信号放大电路、信号输出模块、振子、电源管理模块、无线模块，所述电源管理模块接入嵌入式系统的电源端口，电池通过电源管理模块接入嵌入式系统，所述可扩充行列扫描电路的控制端、选通电路的控制端分别接入嵌入式系统的控制端口，所述薄膜式压力分布传感器接入可扩充行列扫描电路的输入端，可扩充行列扫描电路的输出端与信号放大调理电路的输入端连接，信号放大调理电路的输出端与选通电路的输入端连接，选通电路的输出端接入嵌入式系统的采集端口，其他传感器接入信号放大电路的输入端，信号放大电路的输出端接入嵌入式系统的采集端口，所述信号输出模块的输入端接入嵌入式系统的输出端口，信号输出模块的输入端与无线模块连接，嵌入式系统通过信号输出模块与外部显示终端交互通讯连接；震子接入嵌入式系统的输出端；

所述薄膜式压力分布传感器采集使用者足部的坐、站、走、跑各个姿态及其转移相的特征信息，并将采集的信息依次通过可扩充行列扫描电路、信号放大调理电路、选通电路送入UNIX嵌入式系统，嵌入式系统通过固定分区和自由分区方法，结合长时间的累计准确量化使用者的个体足部和身体姿态生物信息特征；

所述薄膜式压力分布传感器中的多个压力传感器呈阵列式分区域非等分压力分布，即薄膜式压力分布传感器可设计为任意区域位置、任意的压力传感器形状、尺寸，任意的额定满量程压力，不同区域内的多个压力传感器的形状、尺寸面积及额定满量程压力亦不同，但采用同一的采集电路和程序化标定方案，以适应足底个性化的压力分布检测；

中底中任意位置开有引线过孔，薄膜式压力分布传感器通过从引线过孔穿过的信号线与处理芯片上采集电路连接，由于是中间引出线，需要最大限度减少压力传感器的数量、尺寸、质量影响，中间区域的压力传感器信息可由边缘压力传感器计算推导；或者，薄膜式压力分布传感器与处理芯片之间信号线从边缘引出，以避免损失最多区域和面积的传感器信息；

所述薄膜式压力分布传感器通过在聚酯薄膜、聚亚酰胺薄膜等材料上印制低温绝缘材料和粘合材料，形成压力阵列传感器步行方向上的空腔网络，不仅可以提高传感器的一致性和稳定性，步行方向上的空腔网络可以在长期使用中排气，减少压力传感器的折损和环境影响；绝缘层隔绝了导体、电阻与外在环境的接触，保护了传感器的稳定性；同时在传感器的上基面的下部、传感器下基面的上部，微观结构下由导体层、电阻层、绝缘层形成高出基面的厚度，排气孔设在压力传感器内部的前段和后端，并且从鞋底材料的上端引出。

2.根据权利要求1所述的基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：所述下底侧面开有下充电接口卡槽，中底侧部对应下充电接口卡槽位置开有上充电接口卡槽，由上、下充电接口卡槽对合构成充电接口卡槽，充电接口卡槽中通过虚拟接口端子固定有充电接口，所述下底中还开有连通下充电接口卡槽和凹槽的导线槽，所述充电接口通过沿导线槽延伸的导线与凹槽中电池连接。

3.根据权利要求1所述的基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：所述下底上边缘位置设置有多个定位点。

4.根据权利要求1所述的基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：在薄膜式压力分布传感器中选择一行或一列压力传感器作为单独的信息回路，或者独立印制一组由多个压力传感器沿环形串联构成的压力传感器序列作为单独的信息回路，以判断足底是否受压或到一定压力阈值；当全部阈值以下或0，设定一定时间段和时间长短，整体的采集电路进入休眠状态，当超过了一定阈值，则立即启动工作模式，以降低了电池的功耗。

5.根据权利要求1所述的基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：集成有采集电路的处理芯片封装在外壳中，外壳在跟部作为足跟部和足中部的固定支撑结构，所述振子接收采集电路中UNIX嵌入式系统的指令发生振动，令使用者感知、识别、规定信息和指令。

6.根据权利要求1所述的基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：薄膜式压力分布传感器除了形成标准几何行列序次的采集行列，还可形成不以几何尺寸为行列的采集行列，薄膜式压力分布传感器上对应各个垂直结构的压力传感器行列回路印制有平面结构的限流电阻、调压电阻、接地电阻，将电压、电流控制在一定范围内，以降低功耗，提高产品的一致性，减少后端采集电路的元器件、复杂性、体积、成本。

7.根据权利要求1所述的基于全足压力信息获取的智能鞋，其特征在于：所述下底底面贴合设置有橡胶底及合适的图形结构，既可保持合适硬度用于足底支撑，又可以耐磨、防滑。