CN105865671B - 足压监测鞋垫及其监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种足压监测鞋垫，包括鞋垫本体，鞋垫本体包括电路层以及覆盖于所述电路层上的保护层，所述电路层包括传感器模块、中央控制模块及定位模块，所述传感器模块及所述定位模块均信号连接于所述中央控制模块，本发明以鞋垫为载体，内置上传感器模块、中央控制模块及定位模块，通过传感器模块来采集人体足部的压力信号，中央控制模块根据压力信号判断人体是否跌倒，再通过定位模块对人体跌倒位置进行准确定位，使用方便，适应范围广。此外，本发明还提供了一种足压监测系统，上述足压监测系统能够获快速取人体跌倒信息以及跌倒位置，从而能够对跌倒者快速进行救治，不仅节约了监护人人工照顾的成本，也能实现更好的实时监护。

Description

足压监测鞋垫及其监测系统
技术领域
本发明属于健康鞋垫技术领域，尤其涉及一种足压监测鞋垫及其监测系统。
背景技术
随着社会老龄化的加速演进，老年人的身心健康问题得到人们更多的关注，而跌倒是导致老年人伤残甚至死亡的重要因素之一。人体跌倒是指突发、不自主的、非故意的体位改变，倒在地上或者更低的平面上。老年人因身体虚弱、平衡能力差，发生意外跌倒的概率非常高，这给老年人造成了心理上的压力和恐惧感。跌倒往往会对老年人的身体带来巨大的损害，有时造成的后果对老年人来说甚至是致命的。据相关的资料显示，很多因跌倒造成的死亡并非直接缘于跌倒本身，而是因为跌倒后没有得到及时的救治造成的，因此研究开发人体跌倒报警设备具有重要意义。
专利CN 201210025498.8公开了一种地毯形式的跌倒检测系统，该系统包括：具有接口的可拼接的跌倒检测地毯和连接所述接口的跌倒判断装置。具有接口的可拼接的跌倒检测地毯包括：两层导电层和其中的绝缘填充体以及集线器。其中第一导电层上贴有具有开孔的多个绝缘填充体，绝缘体把第一导电层分割为多个区域，还有具有与外部设备连接接口的集线器，它与每个区域导线连接起来，以便能获取当一个区域所对应的第一导电层部分与第二导电层部分接触时产生的电信号。但是此办法只能在室内或者小范围的地方才能实施跌倒监测，实用性不强；专利CN200980135397.2提出了一种腰带或者脖挂形式的跌倒报警器，它包括一个连续测量用户运动的传感器和将测得的信号与预定阈值比较以便检测跌倒的处理器。通过由加速度计测得的加速度对比上加速度计根据重力加速度的方向变化检测出取向变化来判断用户是否发生跌倒。但是该方法必须要外接传感器，并且对传感器的位置有严格的要求，传感器在腰间的准确度较高，但是针对诸如女性等不系腰带的用户来说要额外系上一个腰带确实不太美观，也会给基本的日常起居造成一定的影响。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种使用方便、适应范围广的足压监测鞋垫。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种足压监测鞋垫，包括鞋垫本体，所述鞋垫本体包括电路层以及覆盖于所述电路层上的保护层；
所述电路层包括传感器模块、中央控制模块及定位模块，所述传感器模块及所述定位模块均信号连接于所述中央控制模块；
所述传感器模块由7个传感器单元组成，所述7个传感器单元分别分布于所述鞋垫本体且位于足跟内侧、足跟外侧、第一跖骨、第三趾骨、第四趾骨、第五趾骨和足弓处，所述7个传感器单元用于采集对应位置的压力信号；
所述中央控制模块用于获取所述7个传感器单元采集的对应位置的压力信号，并根据所述压力信号判断人体是否跌倒；
所述定位模块用于对人体的位置信息进行定位。
在一些实施例中，所述传感器单元由高分子聚合物薄膜组成，所述传感器单元用于将采集的足底压力引起的FSR电阻的变化转换为压力信号。
在一些实施例中，所述传感器单元的长度为53mm，直径为7.6mm，厚度为0.3mm。
在一些实施例中，所述中央控制模块用于获取所述7个传感器单元采集的对应位置的压力信号，且当所述压力信号其中任意两个或者三个点低于阈值并且在接下来的两个步态周期内的压力信号降为0，则判断为出现跌倒；当人体在行走状态时，如果出现某一只脚的压力信号向某一侧急剧增大超过特定阈值，并且在接下来的两个步态周期压力信号降为0，则判断为已经发生跌倒，所述阈值为佩戴者重力的12％～18％，所述特定阈值为佩戴者重力的35％～40％。
在一些实施例中，所述中央控制模块采用MSP430F249单片机。
在一些实施例中，所述定位模块为GPS定位模块。
在一些实施例中，所述GPS定位模块可以外接SIM卡，通过所述SIM卡把使用者跌倒发生的时间地点发送到外设移动终端上。
在一些实施例中，所述GPS定位模块的通讯芯片采用联发科公司的MT6261D，GPS芯片采用联发科的MT3337。
此外，本发明还提供了一种足压监测系统，包括：足压监测鞋垫及信号连接于足压监测鞋垫的移动终端，所述监测鞋垫包括鞋垫本体,
所述鞋垫本体包括电路层以及覆盖于所述电路层上的保护层；
所述电路层包括传感器模块、中央控制模块及定位模块，所述传感器模块及所述定位模块均信号连接于所述中央控制模块；
所述传感器模块由7个传感器单元组成，所述7个传感器单元分别分布于所述鞋垫本体且位于足跟内侧、足跟外侧、第一跖骨、第三趾骨、第四趾骨、第五趾骨和足弓处，所述7个传感器单元用于采集对应位置的压力信号；
所述中央控制模块用于获取所述7个传感器单元采集的对应位置的压力信号，并根据所述压力信号判断人体是否跌倒；
所述定位模块用于对人体的位置信息进行定位；
所述移动终端信号连接于所述中央控制模块和定位模块，所述移动终端用于或者人体是否跌倒的信息及位置信息。
在一些实施例中，所述移动终端为平板电脑或者智能手机。
上述足压监测鞋垫，包括鞋垫本体，鞋垫本体包括电路层以及覆盖于所述电路层上的保护层，所述电路层包括传感器模块、中央控制模块及定位模块，所述传感器模块及所述定位模块均信号连接于所述中央控制模块，本发明以鞋垫为载体，内置上传感器模块、中央控制模块及定位模块，通过传感器模块来采集人体足部的压力信号，中央控制模块根据压力信号判断人体是否跌倒，再通过定位模块对人体跌倒位置进行准确定位，使用方便，适应范围广。
此外，本发明还提供了一种足压监测系统，上述足压监测系统能够获快速取人体跌倒信息以及跌倒位置，从而能够对跌倒者快速进行救治，不仅节约了监护人人工照顾的成本，也能实现更好的实时监护。
附图说明
图1为本发明提供的足压监测鞋垫的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1为本发明提供的足压监测鞋垫，包括：鞋垫本体100，所述鞋垫本体100包括电路层110以及覆盖于所述电路层110上的保护层。
鞋垫采用PU(polyurethane)型材料，PU是一种高分子聚氨脂合成材料，具有重量轻、缓冲能力强、不易被压扁等特点。
所述电路层110包括传感器模块111、中央控制模块112及定位模块113，所述传感器模块111及所述定位模块113均信号连接于所述中央控制模块112。
所述传感器模块111由7个传感器单元组成，所述7个传感器单元分别分布于所述鞋垫本体110且位于足跟内侧、足跟外侧、第一跖骨、第三趾骨、第四趾骨、第五趾骨和足弓处，所述7个传感器单元用于采集对应位置的压力信号。可以理解，由于人体足跟内侧、足跟外侧、第一跖骨、第三趾骨、第四趾骨、第五趾骨和足弓的足底压力最大的7个位置，非常有代表性，效率高节约成本且反映的人体动力学参数多，因此，本申请将7个传感器单元分别设置于上述足底位置。
优选地，所述传感器单元由高分子聚合物薄膜组成，所述传感器单元用于将采集的足底压力引起的FSR电阻的变化转换为压力信号。
可以理解，传感器单元由高分子聚合物薄膜组成，例如为薄片式的FSR402，该传感器单元由高分子聚合物薄膜构成，长度为53mm，敏感部位的直径为7.6mm，厚度为0.3mm，上述传感器单元具有纤薄、轻柔、小巧等特点，适合足底压力的检测。
可以理解，随着表面压力的增加，FSR的电阻值减小，并具有较好的灵敏度。传感器单元将足底压力引起的FSR电阻的变化转换为电压信号，输出到中央控制模块112完成数据采集。
所述中央控制模块112用于获取所述7个传感器单元采集的对应位置的压力信号，且当所述压力信号其中任意两个或者三个点低于阈值并且在接下来的两个步态周期内的压力信号降为0，则判断为出现跌倒；当人体在行走状态时，如果出现某一只脚的压力信号向某一侧急剧增大超过特定阈值，并且在接下来的两个步态周期压力信号降为0，则判断为已经发生跌倒，所述阈值为佩戴者重力的12％～18％，所述特定阈值为佩戴者重力的35％～40％。
可以理解，人体一个完整的步态周期可从参照腿的足跟着地作为开始，到同一参考腿的足跟离地作为结束。在一个完整的步态周期中，有一个特殊的双支撑相，双支撑相是指步态周期中双肢触地的阶段，其持续时间与步行速度有关。步行速度越快持续时间则越短，大约占步态周期的20％-27％。根据实验数据我们可以设定一个阈值来判断人体是处于正常走路、跑步或是静止站立的状态。
由于人体不同的运动状态，其检测跌倒的方法也不尽相同。当人体处于静止站立时，如果压力数据只是其中某两三个点低于阈值并且在接下来的两个步态周期内足压数据都降为0，则此时可判断为出现跌倒。当人体在行走状态时，如果出现某一只脚的足压数据突然向某一侧急剧增大超过特定阈值，并且在接下来的两个步态周期内足压数据都降为0，则可以判断为已经发生跌倒。
优选地，所述中央控制模块采用MSP430F249单片机。
可以理解，本申请考虑了穿戴式检测工具的携带方便和低功耗要求，选用了功耗低和尺寸小的芯片，上述中央控制模块112采用MSP430F249单片机，其突出的低功耗和小尺寸特性，特别适合便携式设备的应用，压力测量电路亦采用低功耗的MCP6004运放，其供电电压可低至1.8V。
所述定位模块113为GPS定位模块。可以理解，一旦使用者有跌倒发生，通过GPS定位模块可以定位到跌倒发生的位置。
优选地，所述GPS定位模块可以外接SIM卡，通过所述SIM卡把使用者跌倒发生的时间地点发送到外设移动终端上。
可以理解，由于GSM定位模块可以插上SIM卡，在设定了紧急联系人之后系统自动会把使用者跌倒发生的时间地点发送到器紧急联系人手机上；如有需要也可以直接向120急救中心寻求急救帮助；还可以提供查询功能，在监护人手机端可以查询到当前佩带者的位置和健康监测数据。
进一步地，GSM定位模块中的GSM通讯芯片采用联发科公司的MT6261D，GPS芯片采用联发科的MT3337。
上述足压监测鞋垫，包括鞋垫本体，鞋垫本体包括电路层以及覆盖于所述电路层上的保护层，所述电路层包括传感器模块、中央控制模块及定位模块，所述传感器模块及所述定位模块均信号连接于所述中央控制模块，本发明以鞋垫为载体，内置上传感器模块、中央控制模块及定位模块，通过传感器模块来采集人体足部的压力信号，中央控制模块根据压力信号判断人体是否跌倒，再通过定位模块对人体跌倒位置进行准确定位，使用方便，适应范围广。
此外，本申请还提供了一种足压监测系统，上述足压监测系统包括前述的足压监测鞋垫以及信号连接于足压监测鞋垫的移动终端。
所述移动终端信号连接于所述中央控制模块112和定位模块113，所述移动终端用于或者人体是否跌倒的信息及位置信息。
优选地，所述移动终端为平板电脑或者智能手机。
进一步地，本发明提供的足压监测鞋垫，还可以包括光电式心率传感器和血氧传感器，分别用来监测人体心率和血氧含量，为人体当前或一段时间内健康状况提供精准的数据依据。在跌倒发生时，可以把当前的人体健康数据发送到监护人的移动终端，及时监控使用者的健康状态。
上述足压监测系统能够获快速取人体跌倒信息以及跌倒位置，从而能够对跌倒者快速进行救治，不仅节约了监护人人工照顾的成本，也能实现更好的实时监护。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种足压监测鞋垫，包括鞋垫本体，其特征在于，所述鞋垫本体包括电路层以及覆盖于所述电路层上的保护层；
所述电路层包括传感器模块、中央控制模块及定位模块，所述传感器模块及所述定位模块均信号连接于所述中央控制模块；
所述传感器模块由7个传感器单元组成，所述7个传感器单元分别分布于所述鞋垫本体且位于足跟内侧、足跟外侧、第一跖骨、第三趾骨、第四趾骨、第五趾骨和足弓处，所述7个传感器单元用于采集对应位置的压力信号；
所述中央控制模块用于获取所述7个传感器单元采集的对应位置的压力信号，并根据所述压力信号判断人体是否跌倒；
所述定位模块用于对人体的位置信息进行定位；
所述中央控制模块用于获取所述7个传感器单元采集的对应位置的压力信号，当人体处于静止站立时，如果所述压力信号其中任意两个或者三个点低于阈值并且在接下来的两个步态周期内的压力信号降为0，则判断为出现跌倒；
当人体在行走状态时，如果出现某一只脚的压力信号向某一侧急剧增大超过特定阈值，并且在接下来的两个步态周期压力信号降为0，则判断为已经发生跌倒，所述阈值为佩戴者重力的12％～18％，所述特定阈值为佩戴者重力的35％～40％。
2.如权利要求1所述的足压监测鞋垫，其特征在于，所述传感器单元由高分子聚合物薄膜组成，所述传感器单元用于将采集的足底压力引起的FSR电阻的变化转换为压力信号。
3.如权利要求2所述的足压监测鞋垫，其特征在于，所述传感器单元的长度为53mm，直径为7.6mm，厚度为0.3mm。
4.如权利要求1所述的足压监测鞋垫，其特征在于，所述中央控制模块采用MSP430F249单片机。
5.如权利要求1所述的足压监测鞋垫，其特征在于，所述定位模块为GPS定位模块。
6.如权利要求5所述的足压监测鞋垫，其特征在于，所述GPS定位模块可以外接SIM卡，通过所述SIM卡把使用者跌倒发生的时间地点发送到外设移动终端上。
7.如权利要求6所述的足压监测鞋垫，其特征在于，所述GPS定位模块的通讯芯片采用的型号为MT6261D，GPS芯片采用的型号为MT3337。
8.一种足压监测系统，其特征在于，包括：足压监测鞋垫及信号连接于足压监测鞋垫的移动终端，所述监测鞋垫包括鞋垫本体,
所述鞋垫本体包括电路层以及覆盖于所述电路层上的保护层；
所述电路层包括传感器模块、中央控制模块及定位模块，所述传感器模块及所述定位模块均信号连接于所述中央控制模块；
所述传感器模块由7个传感器单元组成，所述7个传感器单元分别分布于所述鞋垫本体且位于足跟内侧、足跟外侧、第一跖骨、第三趾骨、第四趾骨、第五趾骨和足弓处，所述7个传感器单元用于采集对应位置的压力信号；
所述中央控制模块用于获取所述7个传感器单元采集的对应位置的压力信号，并根据所述压力信号判断人体是否跌倒；
所述定位模块用于对人体的位置信息进行定位；
所述移动终端信号连接于所述中央控制模块和定位模块，所述移动终端用于获取人体是否跌倒的信息及位置信息；
所述中央控制模块用于获取所述7个传感器单元采集的对应位置的压力信号，当人体处于静止站立时，如果所述压力信号其中任意两个或者三个点低于阈值并且在接下来的两个步态周期内的压力信号降为0，则判断为出现跌倒；当人体在行走状态时，如果出现某一只脚的压力信号向某一侧急剧增大超过特定阈值，并且在接下来的两个步态周期压力信号降为0，则判断为已经发生跌倒，所述阈值为佩戴者重力的12％～18％，所述特定阈值为佩戴者重力的35％～40％。
9.如权利要求8所述的足压监测系统，其特征在于，所述移动终端为平板电脑或者智能手机。
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