CN206836390U - 一种智能鞋垫监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种监测系统，尤其涉及一种智能鞋垫监测系统，包括智能鞋垫、移动终端以及后台服务器，其中：智能鞋垫设置有传感器模块，能够采集人体足部运动数据信息；智能鞋垫与移动终端建立无线通信连接，将采集的数据信息发送给移动终端；移动终端与后台服务器建立无线通信连接，将接收的来自智能鞋垫的数据信息发送给后台服务器；后台服务器接收移动终端发送的数据信息，进行储存、大数据分析后，将分析结果数据信息反馈至移动终端；移动终端接收后台服务器发送的分析结果数据信息并显示给用户。本实用新型的智能鞋垫监测系统智能化水平较高、功能较为丰富、且成本较低。

Description

一种智能鞋垫监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种监测系统，尤其涉及一种智能鞋垫监测系统。

背景技术

医学研究已证明，人走路时足部的压力分布状态与许多肢体疾病密切相关，而通过采集患者不正常的足部压力分布值，与不同年龄、人种、性别、体重的人群的足底压力分布的正常值相比较，能快速识别与足部病态有着相当联系的疾病。

随着电子技术不断地发展进步，越来越多的生活用品被赋予了电子功能，这给人们的生活带来了巨大的影响并给人们的生活带来了不一样的使用体验。作为电子技术发展的重要方向，智能化成为产品获得市场竞争力的重要手段；对于鞋子而言，如何提高其智能化水平、降低其成本价格、丰富其功能已成为众多鞋子厂商正努力追求的方向。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可以监测足部运动状态并通过后台服务器进行大数据分析向用户推送矫正建议的智能鞋垫监测系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种智能鞋垫监测系统，包括智能鞋垫、移动终端以及后台服务器，其中：智能鞋垫设置有传感器模块，能够采集人体足部运动数据信息；智能鞋垫与移动终端建立无线通信连接，将采集的数据信息发送给移动终端；移动终端与后台服务器建立无线通信连接，将接收的来自智能鞋垫的数据信息发送给后台服务器；后台服务器接收移动终端发送的数据信息，进行储存、大数据分析后，将分析结果数据信息反馈至移动终端；移动终端接收后台服务器发送的分析结果并显示给用户。

进一步的，传感器模块包括：用于监测足底压力的压力传感器；用于计算人体足部运动速度的六轴传感器；用于监测足底温度的红外测温传感器。

进一步的，压力传感器包括主传感器与至少两个辅传感器。

进一步的，智能鞋垫还包括控制电路，控制电路包括压力信息采集模块、微处理器、第一无线发射模块、以及电池模块，其中：压力信息采集模块一端与压力传感器电连接，另一端与微处理器电连接；六轴传感器以及红外测温传感器分别与微处理器电连接；第一无线发射模块与微处理器电连接，用于将传感器模块采集的数据信息发送至移动终端；电池模块与微处理器电连接。

进一步的，智能鞋垫包括由上向下布置的上覆增敏层、压力传感器层、以及底部导电层，传感器模块布置于压力传感器层内。

进一步的，智能鞋垫还包括布置于压力传感器层与底部导电层之间的压力发电层，压力发电层与电池模块电连接。

进一步的，移动终端包括第一无线接收模块、运动监控模块、第一显示模块、本地文件模块以及第二无线发射模块，其中：本地文件模块与第一无线接收模块电连接，用于储存智能鞋垫或者后台服务器发送的数据信息；运动监控模块与本地文件模块电连接，用于对数据信息进行监控以及运动状态判断，并生成相应的运动分析结果；第一显示模块与运动监控模块电连接，用于显示运动监控模块的运动分析结果；第二无线发射模块与本地文件模块电连接，用于发送数据信息至后台服务器。

进一步的，后台服务器包括第二无线接收模块、存储模块、运动健身模块、步态分析模块、健康诊断模块、第三无线发射模块以及第二显示模块，其中：第二无线接收模块用于接收移动终端发送的数据信息；存储模块与第二无线接收模块电连接，用于存储接收的数据信息；运动健身模块与第二无线接收模块电连接，对数据信息进行统计，生成各个时段的相应运动分析图表；步态分析模块与第二无线接收模块电连接，对数据信息进行足部压力分析，并生成相应的足部压力分析结果；健康诊断模块分别与第二无线接收模块以及存储模块电连接，结合储存模块储存的以往数据对接收的信息进行大数据分析，并提供正确的矫正建议；第三无线发射模块与健康诊断模块电连接，用于将矫正建议发送至移动终端；第二显示模块分别与运动健身模块、步态分析模块以及健康诊断模块电连接，用于显示运动健身模块、步态分析模块以及健康诊断模块的分析图表或分析结果或矫正建议。

进一步的，智能鞋垫与移动终端通过WIFI、4G网络或者蓝牙建立无线通讯连接；移动终端与后台服务器通过WIFI或者4G网络建立无线通讯连接。

进一步的，移动终端为智能手机、平板电脑或PDA。

本实用新型的一种智能鞋垫监测系统，具有以下有益效果：

1、本实用新型的智能鞋垫监测系统，移动终端可以接收智能鞋垫采集的数据信息并进行运动数据监控以及运动状态判断；后台服务器可以接收移动终端发出的数据信息，进行大数据分析后向用户推送矫正建议。

2、本实用新型的智能鞋垫监测系统，采用六轴传感器，实现对人体足部的速度姿态的测量解算，并结合压力传感器，实现运动步数的精准测量。

3、本实用新型的红外测温传感器实时采集人体足部的温度变化，用于监测糖尿病患者足部温度变化，通过安装在智能手机上的配套应用提醒用户潜在问题，防止损伤出现。

4、本实用新型的智能鞋垫监测系统，智能鞋垫与移动终端以及移动终端与后台服务器之间的无线通信连接可以通过WIFI、4G无线网络或者蓝牙等实现，在信息化时代应用更为方便。

5、本实用新型的智能鞋垫监测系统，还设置有压力发电层，从而提升了本实用新型智能鞋垫的续航能力。

6、本实用新型不至于足部每个位置的压力传感器都包括主传感器与至少两个辅传感器，辅传感器协同主传感器工作，确定足部应力点相对主传感器的偏移量，从而为主传感器提供偏移补偿，减小相对误差，进而提高了智能鞋垫数据采集的精度。

7、本实用新型的智能鞋垫监测系统智能化水平较高、功能较为丰富、且成本较低。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它附图。

图1为本实用新型的智能鞋垫监测系统的模块结构示意图；

图2为本实用新型的智能鞋垫的模块结构示意图；

图3为本实用新型的智能鞋垫的结构示意图；

图4为本实用新型的移动终端的模块结构示意图；

图5为本实用新型的后台服务器的模块结构示意图；

1-上覆增敏层、2-压力传感器层、3-底部导电层、4-控制电路、5-压力发电层

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型实施例的一种智能鞋垫监测系统，包括智能鞋垫、移动终端以及后台服务器，智能鞋垫设置有传感器模块，能够采集人体足部运动数据信息；智能鞋垫与移动终端建立无线通信连接，将采集的数据信息发送给移动终端；移动终端与后台服务器建立无线通信连接，将接收的来自智能鞋垫的数据信息发送给后台服务器；后台服务器接收移动终端发送的数据信息，进行储存、大数据分析后，将分析结果数据信息反馈至移动终端；移动终端接收后台服务器发送的分析结果并显示给用户。

具体的，传感器模块由多种传感器组成，例如可以包括压力传感器、测温传感器，压力传感器分布设置在智能鞋垫对应于人体足部前掌、足中以及足跟的位置，从而可以实现对整个足部不同位置压力数据的采集，智能鞋垫能够将采集到的数据进行处理，并且通过无线通信的方式将数据信息发送至移动终端。移动终端对接收到的数据信息进行记录储存，并且能够进行简单的计算，对运动状态进行判断等，并显示监测结果。移动终端与后台服务器通过无线通信方式连接，用户可以选择将移动终端储存的数据上传到后台服务器，后台服务器能够对数据信息进行储存分析，通过神经网络、机器学习算法进行大数据分析，提取系统模型，将得到的结果进行显示，同时还能够通过人工智能算法为用户提供健康报告与建议，并且及时反馈到移动终端，用户可以通过移动终端进行健康情况的查看，并做出相应的改进。

进一步的，传感器模块包括：用于监测足底压力的压力传感器；用于计算人体足部运动速度的六轴传感器；用于监测足底温度的红外测温传感器。

具体的，压力传感器设置有12个，分别布置于人体足部前掌、足中以及足跟的位置，即分别对应于人体足部第一趾骨至第五趾骨以及第一跖骨至第五跖骨；1个压力传感器布置在足中位置，且避开足弓设置；1个压力传感器布置在足跟位置。

优选的，每个压力传感器分别包括一个主传感器以及环绕主传感器的至少两个辅传感器，主传感器与辅传感器的型号与规格以及辅传感器的数目及环绕方式本实用新型不做具体限定，本领域技术人员可根据实际情况选用与确定。优选的，主传感器与辅传感器均为薄膜压力传感器。六轴传感器采用3轴加速度+3轴陀螺仪MPU6050传感器作为人体足部的姿态解算芯片，其中加速度计测量范围为±2g，陀螺仪可测量范围为±250；该六轴传感器集成一个片上1024字节的FIFO，有助于降低系统功耗；采用400kHz的I2C总线与微处理器通信，片上还内嵌了一个温度传感器和在工作环境下仅有±1％变动的振荡器，具有可编程的低通滤波器；同时采用3.3V供电。采用六轴传感器实现对人体足部的速度姿态的测量解算，结合压力传感器，还可以实现运动步数的精准测量。红外测温传感器布置于人体足部足弓位置，优选的，红外测温传感器采用非接触式温度传感器MIX90614芯片，实现人体足部温度的采集，用于检测糖尿病患者足部的温度变化。

进一步的，如图2、图3所示，智能鞋垫还包括控制电路4，控制电路4包括压力信息采集模块、微处理器、第一无线发射模块、以及电池模块，其中：压力信息采集模块一端与压力传感器电连接，另一端与微处理器电连接；六轴传感器以及红外测温传感器分别与微处理器电连接；第一无线发射模块与微处理器电连接，用于将传感器模块采集的数据信息发送至移动终端；电池模块与微处理器电连接。

具体的，主传感器与辅传感器分别与压力信息采集模块电连接，辅传感器协同主传感器工作，确定足部应力点相对主传感器的偏移量，从而为主传感器提供偏移补偿，减小相对误差，进而提高了智能鞋垫数据采集的精度；微处理器能够检测六轴传感器的数据，通过算法计算出人体足部的运动速度，使数据采集更稳定精准；第一无线发射模块采用低功耗的无线蓝牙芯片进行传输。

优选的，压力信息采集模块主要包括多路转换开关、信号调理电路、ADC转换电路等，主传感器与辅传感器(薄膜压力传感器)分别通过多路转换开关、信号调理电路、ADC转换电路后与微处理器连接。

优选的，微处理器为ARM主控制器，采用ARM Cortex-M4 32位MCU+FPU，210DMIPS，高达1MB Flash/192+4KB RAM，在Flash存储器中实现零等待状态运行性能的自适应实时加速器(ART加速器)、主频高达168MHz，MPU能够实现高达210DMIPS/1.25DMIPS/MHz(Dhrystone 2.1)的性能，具有DSP指令集；256kB/128kB闪存以及32kB/16kB RAM。确保智能监测鞋垫对各压力点的高频扫描，实现与移动终端的交互可操作性。

优选的，电池模块采用3.7V 1000mah聚合物锂电池进行供电，通过B0305S-1WR2DC-DC升压电路将3.7V电源变换为+5V电源输出给高速5V稳压器RT9193-50的输入端，从而提供5V电压，采用ASM1117DC-DC降压芯片为从而提供稳定的3.3V电压。

进一步的，如图3所示，智能鞋垫包括由上向下布置的上覆增敏层1、压力传感器层2、以及底部导电层3，传感器模块布置于压力传感器层2内。上覆增敏层1以及底部导电层3均采用防水材料，优选的，上覆增敏层1采用柔性硅，底部导电层3采用导电橡胶，从而提高了智能鞋垫的灵敏度与导电性；智能鞋垫外部还涂有防水涂料，起到防水、防渗的作用，提高了智能鞋垫的使用寿命。

进一步的，智能鞋垫还包括布置于压力传感器层2与底部导电层3之间的压力发电层5，压力发电层5与电池模块电连接。具体的，压力发电层5内设置有发电机，可以为压电陶瓷片、PVDF压电薄膜、纳米氧化锌发电机、摩擦发电机等，优选的采用PVDF压电薄膜。PVDF压电薄膜将足部压力转换成电量后存储于的聚合物锂电池内，从而提高了智能鞋垫的续航能力。

在本实用新型的智能鞋垫监测系统的一些实施例中，如图4所示，移动终端包括第一无线接收模块、运动监控模块、第一显示模块、本地文件模块以及第二无线发射模块，其中：本地文件模块与第一无线接收模块电连接，用于储存所述智能鞋垫或者后台服务器发送的数据信息；运动监控模块与本地文件模块电连接，用于对数据信息进行监控以及运动状态判断，并生成相应的运动分析结果；第一显示模块与运动监控模块电连接，用于显示运动监控模块的运动分析结果；第二无线发射模块与本地文件模块电连接，用于发送数据信息至后台服务器。

具体的，本实用新型的移动终端为支持Android、ios、windows系统的移动平台，可以为智能手机、平板电脑或PDA等，本实用新型不做具体限定；智能鞋垫与移动终端通过WIFI、4G网络、或者蓝牙建立无线通讯连接；移动终端与后台服务器通过WIFI或者4G网络建立无线通讯连接；移动终端可以通过安装专门的APP实现接受智能鞋垫发送的运动数据，进行简单计算和显示，在离线状态下可对接收到的所有数据进行记录，并在联网状态下通过手动确认向后台服务器传送本地记录数据。运动监控模块完成运动数据监控、运动状态判断等等，包括站立、走路、坐、跑步四种运动状态，每种状态持续的时间，走路的步数统计、步频以及跑步的步数、步频，运动卡路里消耗和运动里程的计算。运动结束后，在联网的状态下，第二无线发射模块将数据信息发送至后台服务器。

在本实用新型的智能鞋垫监测系统的一些实施例中，如图5所示，后台服务器包括第二无线接收模块、存储模块、运动健身模块、步态分析模块、健康诊断模块、第三无线发射模块以及第二显示模块，其中：第二无线接收模块用于接收移动终端发送的数据信息；存储模块与第二无线接收模块电连接，用于存储接收的数据信息；运动健身模块与第二无线接收模块电连接，对数据信息进行统计，生成各个时段的相应运动分析图表；步态分析模块与第二无线接收模块电连接，对数据信息进行足部压力分析，并生成相应的足部压力分析结果；健康诊断模块分别与第二无线接收模块以及存储模块电连接，结合储存模块储存的以往数据对接收的信息进行大数据分析，并提供正确的矫正建议；第三无线发射模块与健康诊断模块电连接，用于将矫正建议发送至移动终端；第二显示模块分别与运动健身模块、步态分析模块、以及健康诊断模块电连接，用于显示运动健身模块、步态分析模块以及健康诊断模块的分析图表或分析结果或矫正建议。

具体的，后台服务器为以B/s架构为基础开发的WEB服务终端，接收移动终端发送的运动数据信息，存储模块进行后台数据存储，并通过神经网络、机器学习算法进行大数据分析，提取系统模型，将结果显示在第二显示模块，同时在联网状态下通过人工智能算法为用户提供正确的矫正建议，实现精准用户推送。配套的手机或PC机等移动终端应安装浏览器，以chrome浏览器最佳。

运动健身模块：可以对不同时间段的运动数据进行统计，并生成相应的图表或者折线图由第二显示模块进行显示。

步态分析模块：运动结束后，可回放运动时的足底压力状态，生成步态分析结果以及动态的压力云图通过第二显示模块更加直观的展现给用户运动情况。

健康诊断模块：通过对用户运动过程所有数据的分析、挖掘，准确实现对用户的步态分析、疾病诊断，输出诊断结果并提出正确的矫正建议，实现用户精准推送。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (10)

1.一种智能鞋垫监测系统，其特征在于，包括智能鞋垫、移动终端以及后台服务器，其中：

所述智能鞋垫设置有传感器模块，能够采集人体足部运动数据信息；

所述智能鞋垫与所述移动终端建立无线通信连接，将采集的数据信息发送给所述移动终端；

所述移动终端与所述后台服务器建立无线通信连接，将接收的来自所述智能鞋垫的数据信息发送给所述后台服务器；

所述后台服务器接收所述移动终端发送的数据信息，进行储存、大数据分析后，将分析结果数据信息反馈至所述移动终端；

所述移动终端接收所述后台服务器发送的分析结果并显示给用户。

2.根据权利要求1所述的智能鞋垫监测系统，其特征在于，所述传感器模块包括：

用于监测足底压力的压力传感器；

用于计算人体足部运动速度的六轴传感器；

用于监测足底温度的红外测温传感器。

3.根据权利要求2所述的智能鞋垫监测系统，其特征在于，所述压力传感器包括主传感器与至少两个辅传感器。

4.根据权利要求3所述的智能鞋垫监测系统，其特征在于，所述智能鞋垫还包括控制电路，所述控制电路包括压力信息采集模块、微处理器、第一无线发射模块、以及电池模块，其中：

所述压力信息采集模块一端与所述压力传感器电连接，另一端与所述微处理器电连接；

所述六轴传感器以及所述红外测温传感器分别与所述微处理器电连接；

所述第一无线发射模块与所述微处理器电连接，用于将所述传感器模块采集的数据信息发送至所述移动终端；

所述电池模块与所述微处理器电连接。

5.根据权利要求4所述的智能鞋垫监测系统，其特征在于，所述智能鞋垫包括由上向下布置的上覆增敏层、压力传感器层、以及底部导电层，所述传感器模块布置于所述压力传感器层内。

6.根据权利要求5所述的智能鞋垫监测系统，其特征在于，所述智能鞋垫还包括布置于所述压力传感器层与所述底部导电层之间的压力发电层，所述压力发电层与所述电池模块电连接。

7.根据权利要求1所述的智能鞋垫监测系统，其特征在于，所述移动终端包括第一无线接收模块、运动监控模块、第一显示模块、本地文件模块以及第二无线发射模块，其中：

所述本地文件模块与所述第一无线接收模块电连接，用于储存所述智能鞋垫或者所述后台服务器发送的数据信息；

所述运动监控模块与所述本地文件模块电连接，用于对数据信息进行监控以及运动状态判断，并生成相应的运动分析结果；

所述第一显示模块与所述运动监控模块电连接，用于显示所述运动监控模块的运动分析结果；

所述第二无线发射模块与所述本地文件模块电连接，用于发送数据信息至所述后台服务器。

8.根据权利要求1所述的智能鞋垫监测系统，其特征在于，所述后台服务器包括第二无线接收模块、存储模块、运动健身模块、步态分析模块、健康诊断模块、第三无线发射模块以及第二显示模块，其中：

所述第二无线接收模块用于接收所述移动终端发送的数据信息；

所述存储模块与所述第二无线接收模块电连接，用于存储接收的数据信息；

所述运动健身模块与所述第二无线接收模块电连接，对数据信息进行统计，生成各个时段的相应运动分析图表；

所述步态分析模块与所述第二无线接收模块电连接，对数据信息进行足部压力分析，并生成相应的足部压力分析结果；

所述健康诊断模块分别与所述第二无线接收模块以及所述存储模块电连接，结合所述储存模块储存的以往数据对接收的信息进行大数据分析，并提供正确的矫正建议；

所述第三无线发射模块与所述健康诊断模块电连接，用于将矫正建议发送至所述移动终端；

所述第二显示模块分别与所述运动健身模块、所述步态分析模块以及所述健康诊断模块电连接，用于显示所述运动健身模块、所述步态分析模块以及所述健康诊断模块的分析图表或分析结果或矫正建议。

9.根据权利要求1所述的智能鞋垫监测系统，其特征在于，所述智能鞋垫与所述移动终端通过WIFI、4G网络或者蓝牙建立无线通讯连接；所述移动终端与所述后台服务器通过WIFI或者4G网络建立无线通讯连接。

10.根据权利要求7所述的智能鞋垫监测系统，其特征在于，所述移动终端为智能手机、平板电脑或PDA。