CN111743217A - 一种基于柔性传感器的智能健身衣 - Google Patents

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王景璟
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Abstract

本发明提供一种基于柔性传感器的智能健身衣，包括：压力传感器、弯曲度传感器；健身衣上的压力传感器、弯曲度传感器通过肢体的活动，将力学信号以电阻变化信号的方式传入信号转化电路转化为电压信号，经滤波、ADC处理后，再与集成的MPU收集的角度、加速度信息共同在单片机中进行分析处理，以震动马达等方式进行反馈，相应数据通过蓝牙模块等方式传到手机或其他智能装置上来进一步地进行分析和显示；同时所述的电路也分为织物内和与织物连接的专用电子设备两部分；本发明一种基于柔性传感器的智能健身衣实用、生产成本低、结构新颖，能随时随地进行锻炼，节能，环保。

Description

一种基于柔性传感器的智能健身衣
技术领域
本发明涉及健身用品技术领域，尤其涉及一种基于柔性传感器的智能健身衣。
背景技术
随着人民生活水平和健康意识的日益提高，健身人群数目和健身投入快速增长。我国健身房年营收规模已突破千亿，著名健身软件keep的用户规模已经突破1.4亿，并保持高速增长。
由于缺乏经验和指导，在运动健身过程中时常出现动作不标准，导致效果微弱、丧失运动信心，甚至带来运动损伤。相比keep软件健身课程的单向输入，教练可以对运动者的运动姿势、发力情况进行实时的检测，即时给出相应的反馈和指导，对保证运动效果、防止运动损伤具有明显的帮助。然而，教练课程价格较为昂贵，私教价格过于昂贵，在一线城市一节需要四百元左右(一小时)，而动作的习得和巩固一般需要十几节甚至几十节，带来沉重的经济负担。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种基于柔性传感器的智能健身衣，包括：力学传感元件、滤波电路、电源管理电路；所述力学传感元件与信号转换电路连接，所述信号转化电路与所述滤波电路连接，所述滤波电路与单片机连接；
所述电源管理电路与所述单片机连接，所示单片机与震动马达、显示模块、蓝牙模块连接。
健身衣上的压力传感器、弯曲度传感器将力学信号以电阻变化信号的方式传入信号转化电路转化为电压信号，经过滤波电路、ADC处理后，通过与集成的MPU收集的角度、加速度信息共同在单片机中进行分析处理，震动马达进行反馈，蓝牙模块或WIFI模式将相应数据传到手机或其他智能装置上进行分析和显示，手机或其他智能装置的显示屏显示测得数据、安全警告及健身建议，以实现对运动方式的实时检测；同时，为处理多路信号，使用多路换向开关选取接入信号转换电路的电阻进行扫描显示。
进一步地，健身衣上的压力传感器、弯曲度传感器均为力阻式传感器。
进一步地，弯曲度传感器选取长度为73.66×6.35mm，可以在﹣35℃和﹢80℃之间的温度下工作，其弯曲寿命大于1百万次；弯曲度传感器笔直状态下的电阻为25K欧姆，弯曲状态下的电阻变化控制在60K～110K欧姆范围之间；弯曲度传感器的电阻值公差为±30％，其接口类型为2-Pin金属引脚。
进一步地，信号转换电路采用最简单的电阻分压式信号转换电路。
进一步地，滤波电路采用基本的运放的滤波，其芯片采用TPS61093DSK或TPS63000DRC。
进一步地，为实现多路输入，采用换向开关电路。
与现有技术相比本发明的技术效果在于：本发明通过布于织物上的压力传感器、弯曲度传感器将力学信号以电阻变化信号的方式传入信号转化电路转化为电压信号，经滤波、ADC处理后，通过与集成的MPU收集的角度、加速度信息共同在单片机中进行分析处理，以震动马达等方式进行反馈，相应数据也可以通过蓝牙模块等方式传到手机或其他智能装置上来进一步地进行分析和显示；同时，为处理多路信号，使用多路换向开关选取接入信号转换电路的电阻进行扫描显示。
尤其，本发明的电路可以分为织物内和与织物连接的专用电子设备两部分。织物内放置传感元件和反馈震动单元，通过织物内布线接到DED的输入端口，在DED内实现信号转换、ADC和处理以及电源供电；相比于传统电路板上设置电路，本发明所设计的电路可在拆卸的模式下衣物清洗、设备充电；同时，在上衣的语境下，DED也可以做成手环或手表的模式，通过磁吸等方式与织物上端口连接。
尤其，本发明一种基于柔性传感器的智能健身衣实用、生产成本低、结构新颖，能随时随地进行锻炼，节能，环保。
附图说明
为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。
图1为本发明一种基于柔性传感器的智能健身衣实施例结构示意图。
具体实施方式
下面描述发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释发明的技术原理，并非在限制发明的保护范围。
参照图1所示，本发明实施例提供一种基于柔性传感器的智能健身衣，包括：力学传感元件、滤波电路、电源管理电路；所述力学传感元件与信号转换电路连接，所述信号转化电路与所述滤波电路连接，所述滤波电路与单片机连接；
所述电源管理电路与所述单片机连接，所示单片机与震动马达、显示模块、蓝牙模块连接。
健身衣上的压力传感器、弯曲度传感器通过肢体的活动，将力学信号以电阻变化信号的方式传入信号转化电路转化为电压信号，经过滤波电路、ADC处理后，再与集成的MPU收集的角度、加速度信息共同在单片机中进行分析处理，震动马达进行反馈，蓝牙模块或WIFI模式将相应数据传到手机或其他智能装置上进行分析和显示，手机或其他智能装置的显示屏显示测得数据、安全警告及健身建议，以实现对运动方式的实时检测；同时，为处理多路信号，使用多路换向开关选取接入信号转换电路的电阻进行扫描显示。
具体而言，健身衣上的压力传感器、弯曲度传感器通过人肢体的活动将力学信号最终转化为电压信号在手机或智能设备的显示屏上显示，来提示所健身的项目的安全系数和健身建议，压力传感器、弯曲度传感器均为力阻式传感器，电阻变化范围在数十至上百千欧量级，其中，压力传感器1/R和F呈线性关系，本发明中也可以选取多路压力传感器，例如：九个传感单元具有一个公共端和各自独立的九个输出端。
具体而言，所述弯曲度传感器选取长度为73.66×6.35mm，可以在﹣35℃和﹢80℃之间的温度下工作，其弯曲寿命大于1百万次；弯曲度传感器笔直状态下的电阻为25K欧姆，弯曲状态下的电阻变化控制在60K～110K欧姆范围之间；弯曲度传感器的电阻值公差为±30％，其接口类型为2-Pin金属引脚。
具体而言，信号转换电路是将上述所述的电阻信号转化为电压信号，大部分电阻-电压的转换采用惠更斯电桥–差分放大，之所以采用这种方式是因为能将较小的电阻变化线性转化为与ADC输入电压范围匹配的电压信号；但是，本发明采用的则是最简单的电阻分压式信号转换电路，使用两个50k电位器分压单片机5V VCC电压后接到单片机模拟模拟输入，ADC测量电压在2.79V左右波动，万用表读数为2.788V，测量两电阻分压计算得2.791V，可见单片机ADC的输入阻抗能满足直接对该量级分压电阻进行测量的要求。
具体而言，电路中可能存在一些高频干扰成分，即使读取稳定电压值ADC时也会出现相当明显的波动，需要通过滤波电路或数字滤波算法去除噪声。本发明滤波电路一般使用基本的基于运放的滤波，滤波电路可与放大电路结合，但实际的滤波方式需要进行实验发现问题的具体情况后再进一步选取；ADC读数的波动需要数字滤波算法进行处理，其选取滤波算法类型，以获取最适合的平滑度和灵敏度。
具体而言，由于滤波电路使用集成运放，需要±15V供电，因此采用TPS61093DSK芯片，但是，为了可供挑选、便于根据实际情况调整，也可以使用TPS63000DRC芯片。
具体而言，为实现多路输入，将传感元件的公共端接地或VCC，各自的另一端接换向开关，比如：CD4052；采用单片机扫描产生选择信号，换向开关的输出接分压电路的另一电阻。
涉及到本发明的电路可以分为织物内和与织物连接的专用电子设备两部分。织物内放置传感元件和反馈震动单元，通过织物内布线接到DED的输入端口，在DED内实现信号转换、ADC和处理以及电源供电；相比于传统电路板上设置电路，本发明所设计的电路可在拆卸的模式下衣物清洗、设备充电；同时，在上衣的语境下，DED也可以做成手环或手表的模式，通过磁吸等方式与织物上端口连接。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于柔性传感器的智能健身衣，其特征在于，包括：
力学传感元件，其与信号转换电路连接，用于将力学信号转化为电阻变化信号，所述力学传感元件设置在身体各部位；
信号转化电路，其与所述滤波电路连接，将电阻变化信号转化为电压信号，所述滤波电路与单片机连接；
电源管理电路，其与所述单片机连接，所示单片机与震动马达、显示模块、蓝牙模块连接，用于将所得数据显示出来；
所述力学传感元件通过所述信号转化电路将力学信号转化为电压信号，经过所述滤波电路处理，通过与集成的MPU收集信息在所述单片机中处理，所述震动马达反馈，所述显示模块与蓝牙模块将数据传输到智能装置上，以实现对运动方式的实时检测。
2.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的智能健身衣，其特征在于，所述力学传感元件包括压力传感器、弯曲度传感器，所述压力传感器与弯曲度传感器均为力阻式传感器，设置多个以便于对多个位点进行检测。
3.根据权利要求2所述的基于柔性传感器的智能健身衣，其特征在于，所述弯曲度传感器长度为73.66×6.35mm，在﹣35℃和﹢80℃的温度下工作，其弯曲寿命大于1百万次。
4.根据权利要求2所述的基于柔性传感器的智能健身衣，其特征在于，所述弯曲度传感器笔直状态下的电阻为25K欧姆，弯曲状态下的电阻变化为60K～110K欧姆，所述弯曲度传感器的电阻值公差为±30％。
5.根据权利要求2所述的基于柔性传感器的智能健身衣，其特征在于，所述弯曲度传感器的接口类型为2-Pin金属引脚。
6.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的智能健身衣，其特征在于，所述信号转换电路采用电阻分压式，以便于提供稳定的电压。
7.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的智能健身衣，其特征在于，所述滤波电路采用运放滤波消除其电路中的高频因素以获取合适的平滑度和灵敏度，其芯片采用TPS61093DSK或TPS63000DRC。
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