本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種具有稱重功能的鞋墊和鞋子。

背景技術(shù)：

人們想要稱體重時，通常需要使用體重計(jì)進(jìn)行測量。但體重計(jì)不便于攜帶，不能隨時隨地進(jìn)行測量。為了解決上述問題，出現(xiàn)了具有稱重功能的鞋墊。

現(xiàn)有技術(shù)中的稱重鞋墊，主要通過兩種方式來測量人體重量，一種是采用電阻應(yīng)變式傳感器來測量重量，另一種是通過薄膜壓電傳感器來測量重量。然而，第一種方式導(dǎo)致鞋墊較厚也較硬，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大，舒適感較差；第二種方式則強(qiáng)度較差，成本很高，測量精度較低。

綜上所述可知，現(xiàn)有的稱重鞋墊，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大，實(shí)現(xiàn)成本較高，舒適感差，測量精度低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的為提供一種鞋墊和鞋子，旨在解決現(xiàn)有的稱重鞋墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大、成本較高、測量精度低的技術(shù)問題。

為達(dá)以上目的，本發(fā)明實(shí)施例提出一種鞋墊，所述鞋墊包括本體，還包括設(shè)置于所述本體且依次連接的電容模塊、電容檢測模塊和處理模塊，其中：

所述電容檢測模塊，用于檢測所述電容模塊受壓后的電容變化量；

所述處理模塊，用于根據(jù)電容變化量與重量的對應(yīng)關(guān)系，獲取電容模塊受壓后的電容變化量所對應(yīng)的重量。

可選地，所述電容變化量與重量的對應(yīng)關(guān)系為電容變化量與重量的函數(shù)曲線。

可選地，所述電容變化量與重量的對應(yīng)關(guān)系為電容變化量與重量的函數(shù)公式，所述函數(shù)公式為：

其中，e0為電容模塊在參考溫度下的表觀彈性模量，σ為重量，為電容變化量，c0為所述電容模塊的初始電容，c1為所述電容模塊受壓后的電容。

可選地，所述鞋墊還包括用于檢測溫度的溫度檢測模塊，所述處理模塊還用于：

利用公式σ＝σ0k1/k0對重量進(jìn)行校準(zhǔn)，其中，σ為校準(zhǔn)后的重量，σ0為根據(jù)電容變化量與重量的對應(yīng)關(guān)系獲取的重量，k1為檢測的溫度，k0為參考溫度。

可選地，所述電容變化量大于或等于0.7。

可選地，所述電容模塊為兩個，分別位于所述本體的前腳掌區(qū)域和后腳跟區(qū)域。

可選地，所述電容模塊包括彈性體和設(shè)置于所述彈性體兩端的兩個電極，所述兩個電極連接所述電容檢測模塊。

可選地，所述彈性體為橡膠材質(zhì)。

可選地，所述電極為金屬片。

可選地，所述電容模塊呈圓柱形。

可選地，所述電容模塊的直徑為25-45毫米。

可選地，所述電容模塊的厚度小于或等于3毫米。

可選地，所述電容檢測模塊為電容電壓轉(zhuǎn)換電路。

可選地，所述電容電壓轉(zhuǎn)換電路包括依次連接的等幅正弦信號發(fā)生器、運(yùn)放電路、整流濾波電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。

可選地，所述電容檢測模塊為電容頻率轉(zhuǎn)換電路。

可選地，所述電容頻率轉(zhuǎn)換電路包括相互連接的rc方波振蕩器和微處理器。

可選地，所述rc方波振蕩器為由555定時器組成的多諧振蕩器。

本發(fā)明實(shí)施例同時提出一種鞋子，所述鞋子包括鞋墊，所述鞋墊包括本體，還包括設(shè)置于所述本體且依次連接的電容模塊、電容檢測模塊和處理模塊，其中：所述電容檢測模塊，用于檢測所述電容模塊受壓后的電容變化量；所述處理模塊，用于根據(jù)電容變化量與重量的對應(yīng)關(guān)系，獲取電容模塊受壓后的電容變化量所對應(yīng)的重量。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種鞋墊，通過在鞋墊上設(shè)置電容模塊和電容檢測模塊，利用電容檢測模塊檢測電容模塊受壓后的電容變化量，然后根據(jù)電容變化量與重量的對應(yīng)關(guān)系，獲取電容受壓后的電容變化量所對應(yīng)的重量，從而實(shí)現(xiàn)稱重功能。由于電容模塊結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，因此大大降低了設(shè)計(jì)難度和實(shí)現(xiàn)成本，且不會影響鞋墊的舒適感，強(qiáng)度較高，并提高了測量精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的鞋墊的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中的電容模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中電容變化量與重量的函數(shù)曲線示意圖；

圖4是圖1中的電容檢測模塊的電路連接示意圖；

圖5是圖1中的電容檢測模塊的又一電路連接示意圖；

圖6是本發(fā)明的鞋墊的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。

具體實(shí)施方式

應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或無線耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的全部或任一單元和全部組合。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)，具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語，應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣被特定定義，否則不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

參照圖1，提出本發(fā)明的鞋墊一實(shí)施例，所述鞋墊包括本體10及設(shè)置于本體10且依次連接的電容模塊20、電容檢測模塊30和處理模塊40，還包括為相關(guān)用電單元供電的電池和電源管理模塊。

電容檢測模塊30，用于檢測電容模塊20受壓后的電容變化量，該電容變化量為電容模塊20的初始電容與電容模塊20受壓后的電容的比值，電容模塊20的初始電容為電容模塊20空載時的電容，即電容模塊20沒有受壓時的電容。

處理模塊40，用于根據(jù)電容變化量與重量的對應(yīng)關(guān)系，獲取檢測的電容變化量所對應(yīng)的重量。其中，處理模塊40根據(jù)一只鞋墊內(nèi)所有電容模塊20的電容變化量計(jì)算出的重量之和即為人體施加于該只鞋墊的重量，最后將兩只鞋墊測得的重量相加則可以得到人體的總重量。可選地，也可以將一只鞋墊測得的重量的兩倍作為人體的總重量。

如圖2所示，電容模塊20包括彈性體21和設(shè)置于彈性體21兩端的兩個電極22，兩個電極22分別連接電容檢測模塊30。電容模塊20優(yōu)選呈圓柱形，直徑優(yōu)選25-45毫米，厚度優(yōu)選小于或等于3毫米。彈性體21作為電容介質(zhì)，優(yōu)選橡膠材質(zhì)，如采用高彈態(tài)交聯(lián)橡膠材料作為電容介質(zhì)，其相對介電常數(shù)在3～4之間。電極22為平板電極22，優(yōu)選抗腐蝕的金屬片，粘貼于彈性體21的兩端。

彈性體21受壓變形時，兩個電極22之間的距離發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致電容模塊20的電容發(fā)生變化，通過測量電容模塊20的電容變化量就可以間接計(jì)算所受的壓力，該壓力即來自于人體的重量。

本發(fā)明實(shí)施例中，電容模塊20為兩個，分別位于本體10的前腳掌區(qū)域和后腳跟區(qū)域，兩個電容模塊20分別連接電容檢測模塊30。電容檢測模塊30分別檢測兩個電容模塊20受壓后的電容變化量，處理模塊40分別根據(jù)兩個電容模塊20的電容變化量獲取對應(yīng)的重量，并將兩個重量相加，即為單腳對鞋墊的壓力。將左右兩只鞋墊所受的壓力相加，即為人體的重量。

在一些實(shí)施例中，也可以只設(shè)置一個電容模塊20，如只在鞋墊的后腳跟區(qū)域設(shè)置一個電容模塊20，根據(jù)該電容模塊20的電容變化量獲取對應(yīng)的重量，將該重量作為單腳對鞋墊的壓力。但這種方式的測量精度沒有前一方案的測量精度高。

在另一些實(shí)施例中，也可以將鞋墊的整個本體10作為電容模塊20的彈性體21，然后在本體10的前腳掌區(qū)域和/或后腳跟區(qū)域的兩面粘貼電極22，相當(dāng)于將整個鞋墊設(shè)置成一個電容模塊20。

電容模塊20的電容與兩電極22的距離成反比，其電容計(jì)算公式為：

c＝ε×ε0×s/d(1)；

其中，c為電容，單位為f；ε為相對介電常數(shù)；ε0為真空介電常數(shù)，單位為f/m；面積s，單位為平方米；d為兩電極22的間距，單位為米。在一塊絕緣的彈性體21的兩面加上平板電極22，當(dāng)彈性體21受力時被壓縮，平板電極22間的距離變小，電容量就變大，通過檢測電容變化來計(jì)算彈性體21的變形量，再通過彈性體21的應(yīng)力與變形量的關(guān)系即可計(jì)算出所受的壓力。因此，只需要彈性體21的壓縮不超過其彈性限度而引起永久型變，且應(yīng)力與變形量呈某種函數(shù)關(guān)系就能較準(zhǔn)確的計(jì)算出人體的重量。彈性體21的受壓變形量優(yōu)選小于或等于30％以保證壓力消失時，彈性體21可正常復(fù)原。

同時，彈性體21在簡單拉伸和壓縮變形時，其應(yīng)力σ與變形量之間的關(guān)系式為：

σ＝ea[λ-1/λ²]/3(2)；

且λ＝1+f/h(3)；

其中，ea為電容模塊20的彈性體21的表觀彈性模量，某一特定材料和形狀的彈性體21的表觀彈性模量ea與絕對溫度成正比。λ為拉伸(壓縮)比，f為彈性體21的高度方向的變形量；h為彈性體21的高度，也就是說彈性體21的壓縮應(yīng)力與變形量成對應(yīng)函數(shù)關(guān)系。

假設(shè)彈性體21的常態(tài)高度為h，則根據(jù)式(1)，電容模塊20的初始電容c0＝ε×ε0×s/h,即有：

h＝ε×ε0×s/c0(4)；

當(dāng)電容模塊20受壓時，假設(shè)彈性體21的面積s不變，且彈性體21的壓縮變形量為f，則電容模塊20受壓后的電容c1為：

c1＝ε×ε0×s/(h-f)(5)；

將式(4)中h代入式(5)中，得到f＝e×e0(l/c0-1/c1)，則有：

f/h＝(l/c0-1/c1)×c0＝1-c0/c1(6)；

將式(6)代入式(3)中，則有：

將式(7)代入式(2)中，則有：

假設(shè)電容模塊20的彈性體21在常溫k0下的表觀彈性模量為e0，則該彈性體21在某絕對溫度k1時的表觀彈性模量為將代入式(8)中，則有：

根據(jù)式(8)，檢測出電容模塊20空載時(即不受力時，σ＝0)的初始電容c0，利用已知的溫度k0，以及某壓力時測得的電容值c1作校準(zhǔn)，即可計(jì)算出e0的值，最終得到電容模塊20在參考溫度k0下的電容變化量與重量的函數(shù)公式：

其中，e0為電容模塊20在參考溫度下的表觀彈性模量，σ為重量(即電容模塊20承受的壓縮應(yīng)力)，為電容變化量，c0為電容模塊20的初始電容，c1為電容模塊20受壓后的電容。

從而，處理模塊40可以將電容變化量與重量的函數(shù)公式作為電容變化量與重量的對應(yīng)關(guān)系，直接將計(jì)算出的電容變化量代入式(9)中，計(jì)算出電容變化量對應(yīng)的重量σ。

可選地，也可以根據(jù)式(9)，或者在常溫k0下利用已知的重量對應(yīng)測出電容模塊20的電容變化量繪制出參考溫度k0下的電容變化量與重量的函數(shù)曲線，該函數(shù)曲線如圖3所示，其中x軸代表電容變化量，y軸代表重量。因此，處理模塊40還可以將電容變化量與重量的函數(shù)曲線作為電容變化量與重量的對應(yīng)關(guān)系，利用計(jì)算出的電容變化量在函數(shù)曲線中找到對應(yīng)的重量。

由圖3可知，當(dāng)電容變化量接近1時，曲線呈近似線性關(guān)系，當(dāng)電容變化較大，即電容變化量較小時，呈非線性關(guān)系。為使測試結(jié)果較準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)時盡量將電容模塊20的電容變化量控制在0.7以內(nèi)，即盡量讓電容變化量大于或等于0.7。

處理模塊40計(jì)算出人體的重量后，可以通過設(shè)置于鞋墊的發(fā)聲單元和/或顯示單元直接輸出重量信息。

進(jìn)一步地，該鞋墊還可以包括無線傳輸模塊，處理模塊40計(jì)算出人體的重量后，發(fā)送給無線傳輸模塊，無線傳輸模塊則將重量信息發(fā)送給外部設(shè)備，如發(fā)送給指定的手機(jī)、平板等移動終端。

電容檢測模塊30可以選用電容電壓轉(zhuǎn)換電路，如圖4所示，電容電壓轉(zhuǎn)換電路包括依次連接的等幅正弦信號發(fā)生器31、運(yùn)放電路32、整流濾波電路33和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路34。其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路34可以包含在處理模塊40中，處理模塊40可以選用微處理器。如圖4所示，當(dāng)?shù)确倚盘柊l(fā)生器31輸出等幅波形時，運(yùn)放電路32輸出vo與待測電容cx成正比，通過整流濾波電路33和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路34進(jìn)行整流濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，即可檢測出電容模塊20的電容。

電容檢測模塊30也可以選用電容頻率轉(zhuǎn)換電路，如圖5所示，電容頻率轉(zhuǎn)換電路包括相互連接的rc方波振蕩器35和微處理器36。本發(fā)明實(shí)施例中，rc方波振蕩器35優(yōu)選由555定時器組成的多諧振蕩器，其輸出頻率與待測電容cx成反比，將多諧振蕩器的輸出端連接到微處理器36的gpio端口，即可以測試出電容模塊20的電容變化量?？蛇x地，當(dāng)處理模塊40為微處理器時，電容檢測模塊30與處理模塊40也可以復(fù)用同一個微處理器，即電容頻率轉(zhuǎn)換電路只包括rc方波振蕩器35，該rc方波振蕩器35連接處理模塊40(微處理器)的gpio端口。

在其它實(shí)施例中，電容檢測模塊30也可以直接檢測出電容模塊20受壓后的電容c1，然后利用已知的初始電容c0除以c1，得到電容變化量

進(jìn)一步地，如圖6所示，在本發(fā)明的鞋墊的第二實(shí)施例中，鞋墊還包括用于檢測溫度的溫度檢測模塊50，處理模塊40還用于：根據(jù)電容變化量獲取對應(yīng)的重量后，還利用公式σ＝σ0k1/k0進(jìn)行溫度補(bǔ)償計(jì)算來對重量進(jìn)行校準(zhǔn)。其中，σ為校準(zhǔn)后的重量，σ0為根據(jù)電容變化量與重量的對應(yīng)關(guān)系獲取的重量，k1為檢測的溫度，k0為參考溫度。從而，可以進(jìn)一步提高鞋墊的重量測量精度。

可選地，處理模塊40計(jì)算檢測的溫度k1與參考溫度k0的差值，當(dāng)差值的絕對值超過閾值時，處理模塊40才對重量進(jìn)行校準(zhǔn)。

本發(fā)明實(shí)施例的鞋墊，通過在鞋墊本體上設(shè)置電容模塊和電容檢測模塊，利用電容檢測模塊檢測電容模塊受壓后的電容變化量，然后根據(jù)電容變化量與重量的對應(yīng)關(guān)系，獲取電容受壓后的電容變化量所對應(yīng)的重量，從而實(shí)現(xiàn)稱重功能。由于電容模塊結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，因此大大降低了設(shè)計(jì)難度和實(shí)現(xiàn)成本，且不會影響鞋墊的舒適感，并提高了測量精度。

本發(fā)明同時提出一種鞋子，所述鞋子包括鞋墊，該鞋墊可以一體設(shè)置于鞋子，也可以是安置在鞋子內(nèi)。該鞋墊包括本體，還包括設(shè)置于所述本體且依次連接的電容模塊、電容檢測模塊和處理模塊，其中：所述電容檢測模塊，用于檢測所述電容模塊受壓后的電容變化量；所述處理模塊，用于根據(jù)電容變化量與重量的對應(yīng)關(guān)系，獲取電容模塊受壓后的電容變化量所對應(yīng)的重量。本實(shí)施例中所描述的鞋墊為本發(fā)明中上述實(shí)施例所涉及的鞋墊，在此不再贅述。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。