CN110285897A - 一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置，包括运算主板及若干小运算板与识别传感器。运算主板包含运算芯片及显示模块，最终根据场景需求，将小运算板传递给运算主板的信号，运算显示为场景所需的数值。识别传感器由若干压敏传感器组成识别矩阵，压敏传感器为压力敏感识别传感器，而非电压压敏识别传感器。每组压敏传感器矩阵由一个小运算板识别运算，将物理接触信号，转换为电信号，再根据接触信号变化，运算出接触力度、位置等数值，传递给运算主板。小运算板与传感器矩阵组成一定位置和面积的识别区域，若干小运算板与传感器矩阵构成更大面积和位置的识别范围，最终将识别运算后的信号传送给运算主板。

Description

一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置

技术领域

本发明涉传感识别技术领域，特别是涉及一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置。

背景技术

随着科技的发展与运动应用场景的需求，目前现有关同类产品中，要么技术存在诸多缺陷和不足，要么根本没有能实现本发明完成的技术和功能的产品。主要体现如下：

一、对物理接触信息识别的缺陷：

1、缺少面积范围性的识别方式和方法，当有接触信息时，未完成或实现接触面积性的识别和运算模式。

2、缺少物理接触信息监测的实用性，在物理接触信息采集方式中，要么采集设备过大、过重，要么不能满足环境的防水、防潮性能，要么采集设备缺少重复采集能力，如物理接触采集配件易碎、易损现象。

3、在物理接触信息采集，因采集面积而增设诸多采集点时，而产生信号扫描采集的速度下降，由采集和运算的延迟而最终导致信号采集空漏现象，不能按场景采集速率完成任务。

4、在物理接触信息采集更多面积而增设诸多采集点时，因信号交叉干扰及外部干扰，而导致信号采集准确率受到影响问题。

5、在物理接触信息采集更多面积而增设诸多采集点时，采集位置与控制主板位置的信号传输距离与信号干扰问题。

6、因物理接触信息的面积、力度、时长、频次及采集装置信号恢复期等问题的综合，而产生未能实现和完成本发明所完成的功能。

二、物理接触信息运算与应用场景需求的缺陷有：

1、物理接触信息运算输出显示内容，缺少或根本没有应用场景所需的显示内容。如物理接触力度、频次、时长等显示功能。

2、物理接触信息运算程序功能，缺少或根本没有应用场景所需的运算功能。如物理接触面积、力度、频次、时长等适应场景需求的运算程序功能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置：包括运算主板及若干小运算板与识别传感器。运算主板包含运算芯片及显示模块，最终根据场景需求，将小运算板传递给主板的信号，运算显示为场景所需的数值。如运动对抗活动中，被击打的位置、力度、时长、频次等，通过显示模块显示出来。小运算板由单片机及附属电子元件组成，用以识别和运算与其相连的传感器矩阵的信号。识别传感器由若干柔性薄膜压敏传感器组成识别矩阵，压敏传感器为压力敏感识别传感器，而非电压压敏识别传感器。每组压敏传感器矩阵由一个小运算板识别运算，将物理接触信号，转换为电信号，再根据接触信号变化，运算出接触力度、位置、时长、频次等数值，传递给运算主板。小运算板与传感器矩阵组成一定位置和面积的识别区域，若干小运算板与传感器矩阵构成更大面积和位置的识别范围，最终将识别运算后的信号传送给运算主板。

本发明的实施例是这样实现的：

提供一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置，包括主控制板和柔性薄膜压敏传感器运算识别模组，其特征在于：所述主控主板包括运算集成芯片、显示运算芯片、显示屏及外接接口；

所述柔性薄膜压敏传感器运算识别模组包括一个柔性薄膜压敏传感器运算控制板及其对应的多个柔性薄膜压敏传感器排列连接组成的柔性薄膜压敏传感器阵列。

在本发明的一些实施例中，所述柔性薄膜压敏传感器阵列为多个柔性薄膜模压敏传感器组成的传感器阵列。

在本发明的一些实施例中，所述柔性薄膜压敏传感器运算控制板带有其唯一对应的独立标识，作为传感器运算控制板的归属判定。

在本发明的一些实施例中，芯片的独立标识码为 027E2C00E1EF3C03B1E10F00，通过应用程序捆绑或定义为某个特定位置或功能特性的标识，当主控制板收到相应标识的数据，即可以判定为位置或功能特性的物理接触性质。

在本发明的一些实施例中，所述主控制板包括多个485总线接口，分别连接所设置的每一个柔性薄膜压敏传感器运算识别模组，处理柔性薄膜压敏传感器运算识别模组检测出的柔性薄膜压敏传感器数据。

在本发明的一些实施例中，所述柔性薄膜压敏传感器运算控制板包括运算集成芯片、柔性薄膜压敏传感器接口和485总线接口，485总线接口用于多个柔性薄膜压敏传感器运算控制板之间的连接，和柔性薄膜压敏传感器运算控制板与主控制板之间的连接。

所述的控制装置其控制包括如下方式：

所述柔性薄膜压敏传感器，柔性薄膜压敏传感器运算小板，组成一定面积的物理接触识别阵列的运算模组，运算模组将该面积物理接触力度、面积范围、时长、频次信号识别转换成相对应的电信号，再将该电信号转换成相对应的数字信号和运算模组标识，传输给运算主板；

由一个柔性薄膜压敏传感器矩阵与一个柔性薄膜压敏传感器运算小板组成一个一定面积的物理接触识别、运算模组，由若干个物理接触识别、运算模组组成大面积的物理接触识别运算范围；

运算主板接收到物理识别运算模组传递过来的数字信号和运算模组标识，根据运算模组标识判定该运算模组所处的物理位置，根据数字信号内容，判定本次物理接触的面积、力度、时长、频次等信息，再根据应用场景需求，运算设定相应场景的运算规则进行运算，并通过显示屏将相应场景运算数值显示给数值需求者。

在本发明的一些实施例中，所述柔性薄膜压敏传感器的采集根据外部物理接触变化感应，将阻值变化的电阻阻值数值，以电压、电流变化的状态，进行分析和运算，从而获得一个对应变动的数值，将矩阵内若干传感器变化的数值进行整合、运算后转换成数字信号，通过485数据总线传输给主控制板。

在本发明的一些实施例中，所述电阻阻值变化内容包括：矩阵中压敏传感器电阻阻值变化的数量、物理接触力度、物理接触时长、物理接触的频次；其中，数量对应物理接触的面积、力度对应物理接触的强度、时间对应物理接触的方式、频次对应场景所需规定时间内物理接触的频次。

所述运算装置可结合应用于服装以及运动器材。

本发明实施例至少具有如下优点或有益效果：

1、通过采用具有一定柔性的薄膜式压敏传感器，解决物理接触识别时因物理接触力度而导致识别传感器变形、破碎、损坏的现象；同时也解决了物理接触识别传感器庞大、笨重等不适宜应用场景的问题。

2、通过点阵式排列压敏传感器，组成一定识别范围，解决了物理接触面积识别的问题，同时也解决了因面积不同而导致接触数值识别差异的问题。

3、通过一个运算模块对应一个一定范围点阵式排列的压敏传感器，解决了该范围点阵信号识别和运算速度的问题。

4、通过更多运算模组，组成更大或更多面积的物理接触识别范围，解决了物理识别位置、更大面积识别等问题。

5、通过运算模块识别对应一个一定范围点阵式排列的压敏传感器，对该传感器物理接触的面积、力度、时长、频次等进行识别和运算，解决了场景规则物理接触所需的面积、力度、时长、频次等对应数据信息采集问题。

6、通过对运算小板芯片独立标识的识别，解决了众多运算模组传输信号的归属及物理存在位置的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置的运算主板结构示意图。

图2是本发明实施例一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置柔性薄膜压敏传感器和小运算板的结构示意图。

附图编号所指功能说明：

1为电源开关；2为复位开关；3为485总线；4为电池供电接口；5为电源接口；6为主板运算芯片STM32F407VET6；7为液晶屏驱动芯片HT16C23； 8为显示屏引脚接口；9为液晶屏背光板供电接口；10为主控制板；11为液晶显示屏LCD_YT5979；12为柔性薄膜压敏传感器；13为柔性薄膜传感器矩阵与其运算控制板运算板接口；14为柔性薄膜压敏传感器识别运算控制板运算芯片N76E003AT20；15为柔性薄膜压敏传感器识别运算控制板485 总线接口；16为柔性薄膜压敏传感器识别运算控制板运算板；17为柔性薄膜压敏传感器矩阵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他(它)实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置，包括点阵式柔性薄膜压敏传感器，点阵式柔性薄膜压敏传感器运算模块，组成一定面积的物理接触识别阵列，运算模块将该面积物理接触力度、面积范围、物理接触时长、物理接触频次的识别转换成相对应的电信号，再将该电信号转换成相对应的数字信号和运算模块标识，传输给运算主板；由一个点阵式柔性薄膜压敏传感器矩阵与一个点阵式柔性薄膜压敏传感器运算模块组成一个一定面积的物理接触识别、运算模块，由若干个物理接触识别、运算模块组成更大面积的物理接触识别运算范围；运算主板，接收到物理识别运算模块传递过来的数字信号和运算模块标识，根据运算模块标识判定该运算模块所处的物理位置，根据数字信号内容，判定本次物理接触的面积、力度、时长、频次等信息，再根据应用场景需求，运算设定相应场景的运算规则进行运算，并通过显示屏将相应场景运算数值显示给数值需求者。

适用应用场景包括：

本发明与服装结合，可以制作出专业运动服装，应用于体育运动中对练场景，如武术对抗、对练、比赛等场景；也适用于多人对抗演练、对练、比赛的活动，如组成5对5、7对9等团体对抗演练、对练、比赛等运动游戏或运动活动中。

本发明与物体结合，可以制作出沙袋、木桩的外套，实现拳击运动、打桩运动等物理接触活动场景所需的数据计数、计算，并根据相应场景规则设定适应该运动规则的数值，显示给运动数值需求者。

具体如图1所示，包括主控制板和柔性薄膜压敏传感器运算识别模组，所述主控主板包括运算集成芯片、显示运算芯片、显示屏及外接接口；

所述柔性薄膜压敏传感器运算识别模组包括一个柔性薄膜压敏传感器运算控制板及其对应的多个柔性薄膜压敏传感器排列连接组成的柔性薄膜压敏传感器阵列。

各部件实现的作用包括：

柔性薄膜式压敏传感器矩阵：由若干小面积柔性薄膜式压敏传感器组成矩阵，传感器根据物理接触的压力变化，会改变传感器自身电阻阻值，根据传感器电阻阻值数值变化，判定物理接触的力度。根据物理场景的需求，可以采用不同识别力度范围的压敏传感器。传感器采用柔性薄膜的作用在于，在物理接触环境中，不至于使传感器破裂、损坏，同时也减轻传感器自身重量、体积。传感器矩阵的作用在于，增加识别面积和识别范围的准确性。

柔性薄膜压敏传感器识别运算控制板：控制板用以完成对柔性薄膜压敏传感器矩阵的信号采集和转换。根据运算控制芯片的运算速度和承载能力，确定柔性薄膜压敏传感器矩阵内传感器的数量；也可以根据柔性薄膜压敏传感器矩阵内传感器的数量选取符合要求的运算芯片。该运算控制板针对，组成压敏传感器矩阵的传感器，进行周期性扫描，用以识别传感器所处状态，当有一定物理接触时，传感器阻值会改变，运算控制板根据传感器的阻值变化状态，进行信号采集和阻值信号转换。将阻值变化的电阻阻值数值，以电压、电流变化的状态，进行分析和运算，从而获得一个变动的数值，将若干传感器变化的数值进行整合、运算后转换成数字信号，通过485数据总线传输给主控制板。识别压敏传感器电阻阻值变化的内容有：矩阵中压敏传感器电阻阻值变化的数量、物理接触力度、物理接触时长、物理接触频次等；物理接触力度用以确定物理接触的力度，数量用以确定物理接触的面积，物理接触时长用以确定物理接触的形式，如接触后弹开、持续接触等物理接触形式，物理接触频次对应某物理位置在一定时间范围内接收到连续物理接触现象，如快速拳击击打同一个位置等。

一个柔性薄膜压敏传感器矩阵与一个柔性薄膜压敏传感器识别运算控制板组成一组运算识别模组，若干个运算识别模组构成更大或更多面积的物理接触识别。每个模组的柔性薄膜压敏传感器识别运算控制板都有其自身的独立标识，该标识用以主板对模组属性的判别，用以确定传输型号的归属。

主控制板：负责对485总线传输过来的附带归属的数据进行对比分析，然后根据场景需求而设计的运算程序进行运算，最终通过显示屏显示出场景所需的信息。根据运算模组的数量、信号信息运算处理量、输出显示形态与内容的需求，可以采用不同型号、类型的芯片作为主板运算芯片。根据信号归属判定信号来源的位置；根据事先测定的《柔性薄膜压敏传感器数值表》的数值，如下表所示：

以此，对比匹配通过485总线传输过来的信号，从而运算判定传输信号代表物理接触的力度、面积、接触时长等；场景需求而设计的运算程序，是根据现实中不同场景所需要的物理接触运算规则而设定的运算程序，不同场景可以配备不同的运算规则，从而可以针对性的满足场景需求；最终通过显示屏显示出内容，显示内容也是根据场景需求而设定显示形式。场景举例：如体育或武术运动的训练、比赛等场景，如户外拓展的训练、游戏活动、比赛等，如武术或健身运动的沙包、木桩、佩戴护具等，如体育运动中使用的足球、篮球、球鞋等；都可以根据场景需求装配本发明产品，并可以根据场景需求的规则设定运算程序。

实施例：运动对抗对练服装；

本实例小运算板(柔性薄膜压敏传感器识别运算控制板)由芯片N76E003AT20与外围原件；运算主板(主控制板)由芯片STM32F407VET6、液晶屏驱动芯片HT16C23、液晶屏LCD_YT5979及外围元件。

小运算板负责对柔性薄膜压敏传感器矩阵进行扫描识别，再将识别的电信号转换为数字型号，通过485总线传输给主板。与识别传感器矩阵组成物理接触识别运算模组，负责对一定范围或面积的物理接触识别，将运算模组内嵌到服装的相应位置，由更多运算模组内嵌到服装更多位置，根据运动场景的需求，可选用指定N个位置或服装全部面积内嵌运算模组，实现指定位置物理接触识别功能。通过每个识别运算模组附带的独立标识，设定捆绑该识别运算模组所处服装所在位置，结合人体不同位置与身体重要关系，设定该识别运算模组所处位置的重要程度，通过主板识别运算模组位置，设定与应用场景所需不同需求的运算程序；如心脏、肩部、腹部等受到物理接触后假定的受伤程度的程序规则等。

由运算主板接收各路485总线识别传输的数字信号，从而完成运动对抗对练中因物理接触而产生在人体服装上的物理接触信息。同时，运算主板通过485总线传输敌友身份象征性的LED颜色信号，放置服装明显特定位置，用以显示运动对抗对练中需要物理接触的位置或敌友方区别的视觉识别信息。

除通过LED不同颜色区分敌友双方以外，还可以通过服装设计中使用不同颜色的外观材料、物理接触识别位置使用不同颜色的外观材料等进行区分敌友方或物理接触位置的区分。

运算主板内嵌至服装明显被对方看到的位置进行显示，如胸前，将运动产生的所需数据显示出来，方便敌对双方视觉查看。

在运动对抗对练的活动中，不同队组的人穿着或佩戴由本发明组合而成的场景需求服装，根据活动中设定的规则，如设定起始相同或相对符合场景需求的数值，被击打或是受到相应物理接触的时候，根据物理接触位置、面积、力度、时长、频次等产生的物理识别数值，由起始数值减去不断产生物理接触运算出的数值，直至将起始数值减少为0，或根据场景需求也可以设定为加上，在规定时间内哪一方数值多少来判定活动最终的胜负与输赢。

在运动活动中，也可以通过场景规则需求，设定程序识别数值加分规则如通过设定的加分卡或加分活动，给已经被减少起始数值或未被减少起始数值的对象增加相应规则的数值，来实现运动活动的丰富多彩性、趣味性等。

运动活动中敌对双方人数，完全可以根据场景需求而自由匹配。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置，包括主控制板和柔性薄膜压敏传感器运算识别模组，其特征在于：所述主控主板包括运算集成芯片、显示运算芯片、显示屏、外围配件及外接接口；

所述柔性薄膜压敏传感器运算识别模组包括一个柔性薄膜压敏传感器运算控制板及其对应的多个柔性薄膜压敏传感器排列连接组成的柔性薄膜压敏传感器阵列。

2.根据权利要求1所述的一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置，其特征在于，所述柔性薄膜压敏传感器阵列为多个柔性薄膜模压敏传感器串联而成的传感器阵列。

3.根据权利要求1所述的一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置，其特征在于，所述柔性薄膜压敏传感器运算控制板芯片带有其唯一对应的独立标识，作为传感器运算控制板的归属判定。

4.根据权利要求3所述的一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置，其特征在于，芯片的独立标识码通过应用程序捆绑或定义为特定位置或功能特性的标识，当主控制板收到附有相应标识的数据，即可以判定为位置或功能特性的物理接触性质。

5.根据权利要求1所述的一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置，其特征在于，所述主控制板包括多个485总线接口，分别连接所设置的每一个柔性薄膜压敏传感器运算识别模组，处理柔性薄膜压敏传感器运算识别模组检测出的柔性薄膜压敏传感器数据。

6.根据权利要求1所述的一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置，其特征在于，所述柔性薄膜压敏传感器运算控制板包括运算集成芯片、柔性薄膜压敏传感器接口和485总线接口，485总线接口用于多个柔性薄膜压敏传感器运算控制板之间以及柔性薄膜压敏传感器运算控制板与主控制板之间的连接。

7.根据权利要求1所述的一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置，其特征在于，其控制包括如下方式：

所述柔性薄膜压敏传感器，柔性薄膜压敏传感器运算芯片，组成一定面积的物理接触识别阵列，运算模组将该面积物理接触力度、面积范围、时长、频次信号识别转换成相对应的电信号，再将该电信号转换成相对应的数字信号和运算模组标识，传输给运算主板；

由一个柔性薄膜压敏传感器与一个柔性薄膜压敏传感器运算模组组成一个一定面积的物理接触识别、运算模组，由若干个物理接触识别、运算模组组成大面积的物理接触识别运算范围；

运算主板接收到物理识别运算模组传递过来的数字信号和运算模组标识，根据运算模组标识判定该运算模组所处的物理位置，根据数字信号内容，判定本次物理接触的面积、力度、时长、频次信息，再根据应用场景需求，运算设定相应场景的运算规则进行运算，并通过显示屏将相应场景运算数值显示给数值需求者。

8.根据权利要求7所述的物理接触位置、面积、力度、时长及频次的识别和运算装置，其特征在于，所述柔性薄膜压敏传感器的采集根据外部接触变化感应，将阻值变化的电阻阻值数值，以电压、电流变化的状态，进行分析和运算，从而获得一个对应变动的数值，将矩阵内若干传感器变化的数值进行整合、运算后转换成数字信号，通过485数据总线传输给主控制板。

9.根据权利要求8所述的一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置，其特征在于，所述电阻阻值变化内容包括：矩阵中压敏传感器电阻阻值变化的数量、物理接触力度、物理接触时长、物理接触的频次；其中，数量对应物理接触的面积、力度对应物理接触的强度、时间对应物理接触的方式、频次对应场景所需规定时间内物理接触的频次。

10.根据权利要求1所述的一种物理接触位置面积力度时长频次的识别和运算装置，其特征在于，所述运算装置可结合应用于服装以及运动器材。