專利名稱：足壓力分布信號采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于壓力測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于測量足部壓力的分布情況的測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，接觸壓力檢測的需求也越來越多。傳統(tǒng)接觸壓力檢測大多集中于單點(diǎn) 檢測。但是很多行業(yè)都需要同時(shí)測量多點(diǎn)，得到接觸壓力的分布情況。工業(yè)上，曲面壓力的 檢測是近些年研究的一個(gè)熱點(diǎn)。檢測曲面壓力分布情況通常安放多個(gè)傳感點(diǎn)，傳感單元采用 導(dǎo)電顆粒填充的橡膠。當(dāng)外界施加壓力時(shí)，導(dǎo)電橡膠的電阻發(fā)生變化，進(jìn)而引起電壓降的變 化。通過檢測電壓降，進(jìn)而得到外界壓力的大小和分布情況。醫(yī)學(xué)上，體壓分布的測量一直 都是研究熱點(diǎn)。對于半身不遂的人，長期坐臥容易導(dǎo)致很多疾病。人們希望能檢測到病人坐 臥的受力情況，進(jìn)而找到合適的減壓方法。此外，足底壓力分布可以反映一個(gè)人的身體健 康，比如判斷是否得了糖尿病以及病情程度如何。目前市場上較多的是采用應(yīng)變片作為壓力敏感元件，如專利CN2540911，測量對象是懸 臂梁應(yīng)變式壓力傳感器，然而使用應(yīng)變片作為傳感元件，對兩傳感點(diǎn)之間的距離有一定限制 ，而且成本稍高，不適合測量足部等大面積平面和曲面的壓力分布情況。專利CN201060206 可以測量足底壓力，但是測量點(diǎn)數(shù)較少。美國Tekscan公司的專利US 5505072為了測量寬范 圍的壓力變化，設(shè)計(jì)了可變增益的電路，但這種方法成本太高。實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種足壓力分布信號采集系統(tǒng)，要解決傳統(tǒng) 的壓力測試系統(tǒng)不適合測量足部的壓力分布情況的技術(shù)問題；并解決傳統(tǒng)的壓力測試系統(tǒng)可 靠性低、精度低、成本高的問題。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種足壓力分布信號采集系統(tǒng)，包括一可感知外界壓力的傳感單元， 一可將傳感單元感 知的外界壓力轉(zhuǎn)換成壓力信號的A/D轉(zhuǎn)換單元， 一可選擇傳感單元的傳感點(diǎn)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的 控制單元， 一可將控制單元得到的壓力信號傳送給上位機(jī)的USB單元，其特征在于所述傳感單元由定位包足片與足固定，傳感單元為包括上層板和下層板的膜式壓力傳感 測量器，上層板和下層板的其中一面上均間隔分布有平行的敷銅，敷銅上間隔分布有導(dǎo)電橡膠，上層板上的導(dǎo)電橡膠和下層板上的導(dǎo)電橡膠相接觸在一起，成為傳感點(diǎn)，且上層板上的 敷銅與下層板上的敷銅交叉相向；所述上層板上的敷銅與一個(gè)上層板多路復(fù)用器的通道輸入 端連接，所述下層板上的敷銅與下層板多路復(fù)用器的通道輸入端連接。所述控制單元是一個(gè)主控芯片，主控芯片的一個(gè)信號輸入端與上層板多路復(fù)用器之兩個(gè) 信號輸出端和使能端連接，主控芯片的另一個(gè)信號輸入端與下層板多路復(fù)用器之兩個(gè)信號輸 出端和使能端連接，上層板多路復(fù)用器的C0M1端與A/D轉(zhuǎn)換單元的信號輸入端連接，上述 C0M1端還經(jīng)一精密電阻與穩(wěn)壓芯片連接，所述下層板多路復(fù)用器的COM2端接地。A/D轉(zhuǎn)換單元的信號輸入端與上層板多路復(fù)用器的C0M1端連接，A/D轉(zhuǎn)換單元的信號輸出 端與USB單元連接。主控芯片的另外兩個(gè)信號輸入端可與一個(gè)標(biāo)識多路復(fù)用器的輸出通道和使能端連接。 所述上層板與下層板均可為柔性的PCB板，即印刷電路板。 所述A/D轉(zhuǎn)換單元和USB單元可集合成一個(gè)采集卡。所述傳感單元上的導(dǎo)電橡膠直徑不小于4mm，傳感點(diǎn)之間的距離為不小于5mm。 所述傳感單元中的傳感點(diǎn)為等間距分布或不等間距分布。 所述傳感點(diǎn)的數(shù)量可為4 X 4或4 X 4的倍數(shù)。定位包足片有一足底墊部分，足底墊部分的上表面有彈性凸起，足底墊部分的一側(cè)延伸 出足面覆蓋部分，足面覆蓋部分的側(cè)邊緣和足底墊部分的邊緣上連接有一副足底側(cè)邊搭扣， 足面覆蓋部分的后部延伸出足跟包圍部分，足跟包圍部分的邊緣和足面覆蓋部分的后邊緣連 接有一副足跟部固定搭扣。所述定位包足片可為中空彈性體，其內(nèi)部空腔中填充有流體。本實(shí)用新型的有益效果如下本實(shí)用新型是為了針對目前市場上的廣泛接觸壓力分布測量需求，克服已有技術(shù)的不足 之處，提出的一種基于導(dǎo)電橡膠作為敏感元件的大面積壓力分布測量裝置，其配合相應(yīng)的壓 力數(shù)據(jù)采集電路，可實(shí)時(shí)動態(tài)測量大面積范圍內(nèi)平面和曲面的壓力分布，適用于測量足底、 股底等地方的壓力分布情況。本實(shí)用新型采用導(dǎo)電橡膠作為敏感元件，可以測量大面積壓力分布，傳感點(diǎn)距離最短可 以達(dá)到5mm。本實(shí)用新型在保證測量性能的基礎(chǔ)上有效降低了成本，其首先先確定使用背景 情況，然后選擇一款電阻在一定范圍內(nèi)會產(chǎn)生變化的導(dǎo)電橡膠作為敏感元件，并使用一個(gè)高 精度、低溫漂的電阻進(jìn)行分壓，既簡化了電路，節(jié)約了成本，也保證了測量精度。本實(shí)用新 型由壓力信號采集裝置和上位機(jī)處理軟件兩部分組成，兩者之間通過USB接口相連，可測量大面積平面或曲面壓力的分布情況，測量傳感點(diǎn)的分布可以有多種選擇，比如8X16、 16X 32、 24X32等等。對于大面積陣列測量，如何定位起始點(diǎn)是非常重要的工作，本實(shí)用新型采用一片標(biāo)示 多路復(fù)用器連接在控制單元的主控芯片或多路復(fù)用器剩余的多路復(fù)用端口上產(chǎn)生標(biāo)識電平， 從而確定起始位置，精確定位被測點(diǎn)，標(biāo)識信號由一系列的電平組成，當(dāng)電平為低時(shí)，精密 電阻直接接地，A/D口的分壓為零，當(dāng)電平為高時(shí)，精密電阻和導(dǎo)電橡膠串聯(lián)后接地，A/D口 的分壓即為導(dǎo)電橡膠的分壓。由于導(dǎo)電橡膠在無壓力下電阻很大，所以此時(shí)A/D口的分壓接 近于電源電壓。標(biāo)識電平為整個(gè)循環(huán)的開始的標(biāo)識信號，有了該標(biāo)識信號，就可以有效確定 起始點(diǎn)，從而將數(shù)據(jù)和實(shí)際測量點(diǎn)對應(yīng)起來，即使使用過程中產(chǎn)生斷電、USB偶然工作異常 等情況，造成了采樣數(shù)據(jù)受到破壞，下一幀數(shù)據(jù)也會得到可靠保證。本實(shí)用新型每次循環(huán)之 前都會檢測標(biāo)識信號，可以保證數(shù)據(jù)的有效性。不同的季節(jié)平均溫度有一定差異，同一天，白天和晚上溫度也有差異，溫度的變化會給 測量結(jié)果帶來一定影響，而本實(shí)用新型使用高精度、低溫漂的精密電阻分壓，適用于一年四 季各種常見天氣溫度，同時(shí)，只用一個(gè)電阻進(jìn)行分壓，簡化了電路設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)可靠性 ，節(jié)省了成本。實(shí)驗(yàn)表明，對于本實(shí)用新型實(shí)施例中足底壓力的測量，對于24X24的陣列， 速度可以達(dá)到60幀/s，在壓力范圍0 3乂105千帕之內(nèi)(對應(yīng)電阻在1一30K之間)，最大相 對誤差小于5%。本實(shí)用新型可快速診斷出站立和運(yùn)動中的腳部功能和腳部畸形的狀態(tài)。其可以分析受試 者走路時(shí)足底各個(gè)部位的壓強(qiáng)、沖量、時(shí)間特性以及足的內(nèi)外翻特征，以及走路時(shí)重心的位 移變化情況等?？梢蕴峁┯嘘P(guān)下肢承受力及各肌肉在行走中的作用的重要資料。動態(tài)測量還 可真正測出行走時(shí)足部的負(fù)荷。例如步伐長度和闊度的改變，內(nèi)翻足和外翻足的位置，足 部接觸地面的面積，腳趾、關(guān)節(jié)、韌帶等等的功能。本實(shí)用新型也可做靜態(tài)測量，也可以記錄動態(tài)數(shù)據(jù)。可用于康復(fù)評估、糖尿病足診斷 與分析、輔助改良鞋的設(shè)計(jì)和矯形鞋的設(shè)計(jì)、鞋履研究和開發(fā)、步態(tài)分析、運(yùn)動生物力學(xué)研 究、各種體育運(yùn)動的現(xiàn)場測試、長期運(yùn)動負(fù)荷的監(jiān)測。本實(shí)用新型不僅是一套壓力分布測試系統(tǒng)，更可用于下肢及足部的診斷，例如，可用于 骨科的足病診斷，如拇外翻現(xiàn)象，跟腱炎，橫弓塌陷、扁平足，脛骨損傷等，本實(shí)用新型還 可用于糖尿病患者一潰瘍高危區(qū)域的診斷，這是因?yàn)樘悄虿』颊哂捎谀┥已苎h(huán)不良，在 肢體的遠(yuǎn)端常常容易發(fā)生不良病變，由手腳部長期在鞋中受到擠壓，更容易潰爛，即形成糖 尿病足，本實(shí)用新型可以獲得糖尿病患者足底的精確壓力分布值，然后分析詳盡的足底動態(tài)壓力分布圖就可以很容易地識別神經(jīng)病變性糖尿病足。
本實(shí)用新型中的定位包足片比較適用于足底壓力和股底壓力的測量，定位包足片采用中 空彈性體墊內(nèi)填充液體方法，能發(fā)揮彈性體和液體的可塑性，使其隨足的各凸凹面緊密相 接，促使膜式壓力傳感測量器與足的相關(guān)部位配合緊密，減少了測量誤差，提高了測量精 度，特別是滿足了畸形足足壓力的測量需要，尤其適用于足部拇外翻、跟腱炎、橫弓塌陷、 扁平足或脛骨損傷等多種畸形足的測量，可快速測出站立和運(yùn)動中的腳部功能和腳部畸形的 狀態(tài)。
本實(shí)用新型的工作原理傳感單元為導(dǎo)電橡膠，其阻值和外界壓力成對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)外界 施加壓力時(shí)，導(dǎo)電橡膠的阻值發(fā)生變化，進(jìn)而引起被測電壓的變化，檢測電壓的變化，就可 以計(jì)算出外界壓力的大小，控制電路通過特定時(shí)序選擇不同的傳感點(diǎn)，循環(huán)遍歷，就可以得 到整個(gè)測量平面或曲面的壓力分布情況。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
圖l為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為4X4陣列的傳感單元的上層板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為4X4陣列的傳感單元的下層板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為4X4陣列的傳感單元的壓力數(shù)據(jù)采集電路實(shí)施例一的示意圖。
圖5為4X4陣列的傳感單元的壓力數(shù)據(jù)采集電路實(shí)施例二的示意圖。
圖6為控制單元主控芯片的程序流程示意圖。
圖7為多路復(fù)用器的時(shí)序圖。
圖8為上位機(jī)處理軟件的程序流程示意圖。
圖9為定位包足片的正面示意圖。


圖10為定位包足片的背面示意圖。
圖11為圖8的仰視示意圖。
圖12為定位包足片的局部剖視示意圖。
圖13為足踩在定位包足片上的示意圖。
附圖標(biāo)記l一定位包足片、2 —足底墊部分、3 —足面覆蓋部分、4一足跟包圍部分、5 一足底側(cè)邊搭扣、7 —足跟部固定搭扣、8 —彈性凸起、IO —足、ll一流體、12 —下層板多路 復(fù)用器、13 —上層板多路復(fù)用器、14一標(biāo)識多路復(fù)用器；
9一膜式壓力傳感測量器、9. l一上層板、9.2 —下層板、9.3 —敷銅、9.4一導(dǎo)電橡膠。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一參見圖l所示，這種足壓力分布信號采集系統(tǒng)，包括一可感知外界壓力的傳感 單元， 一可將傳感單元感知的外界壓力轉(zhuǎn)換成壓力信號的A/D轉(zhuǎn)換單元， 一可選擇傳感單元 的傳感點(diǎn)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的控制單元， 一可將控制單元得到的壓力信號傳送給上位機(jī)的USB單 元。參見圖13，所述傳感單元由定位包足片1與足10固定。
本實(shí)用新型采用一片多路復(fù)用芯片或剩余的多路復(fù)用端口產(chǎn)生標(biāo)識信號，從而確定起始 位置。為保證數(shù)據(jù)的有效性，每次循環(huán)檢測之前均需要檢測標(biāo)識信號。
以足底壓力作為實(shí)施例的測量對象，結(jié)合各附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如下
本實(shí)用新型大面積壓力分布信號采集電路系統(tǒng)的組成如圖l所示，由壓力信號采集裝置 和上位機(jī)處理軟件兩部分組成，壓力信號采集裝置由控制單元、傳感單元、A/D轉(zhuǎn)換單元和 USB單元組成。在所述的控制單元中，主控芯片通過10口和多路復(fù)用器選擇傳感單元中的特 定行和特定列，進(jìn)而選擇某一個(gè)傳感點(diǎn)，當(dāng)選擇了特定傳感點(diǎn)之后，主控芯片控制A/D轉(zhuǎn)換 單元進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，得到的壓力信號數(shù)據(jù)通過USB單元傳送給上位機(jī)處理軟件。所述的上位 機(jī)處理軟件，利用預(yù)先標(biāo)定好的程序計(jì)算傳感點(diǎn)壓力大小。然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括繪 圖、診斷等功能。
本實(shí)施例以4X4陣列為例，傳感單元結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，傳感單元為包括上層板9. 1 和下層板9. 2的膜式壓力傳感測量器9，上層板9. l和下層板9. 2的其中一面上均間隔分布有平 行的敷銅9. 3，敷銅9. 3上間隔分布有導(dǎo)電橡膠9. 4，上層板9. l上的導(dǎo)電橡膠和下層板9. 2上 的導(dǎo)電橡膠相接觸在一起，成為傳感點(diǎn)，且上層板上的敷銅與下層板上的敷銅交叉相向。參 見圖4，上層板9. 1上的敷銅與一個(gè)上層板多路復(fù)用器13的通道輸入端連接，下層板9.2上的 敷銅與下層板多路復(fù)用器12的通道輸入端連接。所述上層板9. 1與下層板9.2均為柔性的PCB 板，只有一面敷銅，上、下層板通過敷銅和導(dǎo)電橡膠接觸，其它區(qū)域均絕緣。圖2中左圖為 上層板，右圖為下層板，導(dǎo)電層均為柔性的PCB板，只有一面敷銅。相鄰兩個(gè)導(dǎo)電橡膠的外 邊緣之間的距離即為傳感點(diǎn)之間的距離?？紤]到導(dǎo)電橡膠有一定的尺寸要求，而且受壓后會 有一定的膨脹， 一般傳感單元上的導(dǎo)電橡膠直徑不小于4mm，傳感點(diǎn)之間的距離不小于5mm。 在本實(shí)施例中，我們選用的是6mm的打孔器，因此導(dǎo)電橡膠的直徑也為6mm，厚度為lmm。傳 感點(diǎn)之間的距離為12mm。上下層板的敷銅直徑為6mm。導(dǎo)電橡膠為普通的碳黑填充硅橡膠。 該傳感單元可以測量大面積平面或曲面壓力。本實(shí)施例中，傳感單元中的傳感點(diǎn)為等間距分 布，傳感點(diǎn)的數(shù)量為4X4，但在其它實(shí)施例中，傳感點(diǎn)也可以為不等間距分布，傳感點(diǎn)的數(shù) 量也可以為4X4的倍數(shù)。
8圖4和圖5為4X4陣列的壓力數(shù)據(jù)采集電路圖。所述控制單元是一個(gè)主控芯片，主控芯片 的一個(gè)信號輸入端與上層板多路復(fù)用器之兩個(gè)信號輸出端和使能端連接，主控芯片的另一個(gè) 信號輸入端與下層板多路復(fù)用器之兩個(gè)信號輸出端和使能端連接，上層板多路復(fù)用器13的 C0M1端與A/D轉(zhuǎn)換單元的信號輸入端連接，上述C0M1端還經(jīng)一精密電阻R精密與穩(wěn)壓芯片連接 ，所述下層板多路復(fù)用器的COM2端接地。本實(shí)施例以4X4陣列為例，傳感單元中的4X4個(gè)傳 感點(diǎn)分別為S1 S16，標(biāo)示在上層板。穩(wěn)壓芯片VCC (5V穩(wěn)壓源)和精密電阻R精密相連，然后 連接S1 S16中被選擇的傳感點(diǎn)，該傳感點(diǎn)通過導(dǎo)電橡膠連接到下層板9. 2，再連接到模擬地 。上層板分成4行，下層板分成4列。在所述的控制單元中，主控芯片通過IO口和多路復(fù)用器 選擇傳感單元中的特定行和特定列，進(jìn)而選擇某一個(gè)傳感點(diǎn)。本實(shí)施例中，如果主控芯片選 擇下層板多路復(fù)用器12的I01和I00分別為低電平和高電平，則選通了下層板多路復(fù)用器12的 Cl端，即選通了下底板的第2列。如果主控芯片選擇上層板多路復(fù)用器13的I01和I00分別為 高電平和低電平，則選通了上層板多路復(fù)用器13的C2端，即選通了上層板的第2行。這樣， S6即為選中的傳感點(diǎn)。
當(dāng)在上層板上施加壓力，導(dǎo)電橡膠的阻值發(fā)生變化，X點(diǎn)的電壓降也會發(fā)生改變。通過 檢測X點(diǎn)的電壓，可以推導(dǎo)出壓力大小?？刂齐娐钒凑漳骋豁樞蜻x擇S1 S16后，啟動A/D轉(zhuǎn) 換單元，轉(zhuǎn)換得到的壓力數(shù)據(jù)通過USB單元傳送給上位機(jī)處理軟件。
對于導(dǎo)電橡膠，我們知道外界施加的力P和其阻值Rs有對應(yīng)關(guān)系
由于存在滲流區(qū)域，壓力P和阻值Rs成反比關(guān)系。導(dǎo)電橡膠的阻值和X點(diǎn)的電壓的對應(yīng)關(guān)
系為
其中Vx為X點(diǎn)的電壓；Vcc為穩(wěn)壓芯片；R精密為精密電阻的阻值；Rs為被選擇的Sl-S16傳
感點(diǎn)中導(dǎo)電橡膠的阻值；Rm為多路復(fù)用器電阻。從公式上可以看出，Vx和Rs成正比，但不是
線性關(guān)系。本實(shí)施例中，Vcc為5V， Rs的變化范圍為l-30KQ，取R精密為15KQ。
本實(shí)施例中，穩(wěn)壓芯片為MAX頂公司的MAX603。該芯片固定輸出5V電壓，最大輸出電流 可達(dá)500mA。
本實(shí)施例中，精密電阻為北京尼吉電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的精密電阻，阻值為15. 1KQ
Vcc，溫度漂移低于士10ppmi:。在壓力范圍0 3X105千帕之內(nèi)(對應(yīng)電阻在l一30K之間)，最 大相對誤差小于5%。
本實(shí)施中的下層板多路復(fù)用器12和上層板多路復(fù)用器13為雙4選1多路復(fù)用器MAX384，含 有兩個(gè)4選1模塊，TTL/CMOS電平兼容，既可以工作在雙端供電模式(士3V到士8V)，也可以 單電源工作(2. 7V到16. 5V)。當(dāng)系統(tǒng)被測點(diǎn)密度增大，比如為8X16、 16 X 32或24X 32時(shí)， 可以選擇16選1或雙8選1多路復(fù)用器，比如MAX306、 MAX396等。
為了標(biāo)識整個(gè)循環(huán)的開始，需要產(chǎn)生標(biāo)識信號，為了產(chǎn)生標(biāo)識位，除了軟件程序，硬件 上還需要另外的端口， 一般利用多路復(fù)用器剩余的復(fù)用端口，如果有剩余復(fù)用端口，則利用 主控芯片就可以控制其端口，不過要事先將被復(fù)用的端口一個(gè)置高電平， 一個(gè)置低電平。參 見圖5中的實(shí)施例二，多路復(fù)用器有剩余的復(fù)用端口，則可直接使用。
如果沒有剩余的復(fù)用端口，則需要重新選擇一個(gè)標(biāo)識多路復(fù)用器，標(biāo)識多路復(fù)用器用來 標(biāo)識是否開始新的循環(huán)。將其連接到控制單元的主控芯片上。參見圖4中的實(shí)施例一，需要 選用標(biāo)識多路復(fù)用器14，將標(biāo)識多路復(fù)用器14連接到控制單元的主控芯片上，主控芯片的另 外兩個(gè)信號輸入端與一個(gè)標(biāo)識多路復(fù)用器14的輸出通道和使能端連接，實(shí)施例一中，選用一 片2選1多路復(fù)用器MAX4780即可以滿足系統(tǒng)需求。MAX4780含有四個(gè)2選1模塊，TTL/CM0S電平 兼容，工作電壓范圍為+1.6V至+4.2V。關(guān)于該2選1多路復(fù)用器的詳細(xì)資料可參考MAX頂?shù)墓?方網(wǎng)站"豐w. maxim-ic. com. cn"。
控制單元的主控芯片可以是DSP、 ARM、 CPLD/FPGA和普通單片機(jī)。為了提高系統(tǒng)速度， 一般不使用普通的單片機(jī)。本實(shí)施選擇TI公司的TMS320F2812，該芯片的外部晶振30M，經(jīng)5 倍頻后系統(tǒng)主頻可以達(dá)到150M。
本實(shí)施例中，A/D轉(zhuǎn)換單元的信號輸入端與上層板多路復(fù)用器13的C0M1端連接，A/D轉(zhuǎn)換 單元的信號輸出端與USB單元連接。A/D轉(zhuǎn)換單元和USB單元集合成一個(gè)采集卡。A/D轉(zhuǎn)換單元 可以選用高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，比如MAX頂公司的MAX1336。 USB單元可以選用Cypress公司的 Cy7c68001，也可以選用西安達(dá)泰電子有限責(zé)任公司的USB20C。除此之外，市場上有成型技 術(shù)的USB采集卡，可以實(shí)現(xiàn)上圖中的A/D轉(zhuǎn)換和USB通信兩個(gè)功能。本實(shí)施選擇了北京優(yōu)采測 控技術(shù)有限公司的UA307A采集卡，該采集卡分辨率為16位，最高采樣頻率為500KHz。 UA307A 可以實(shí)現(xiàn)外脈沖觸發(fā)采樣，每個(gè)外脈沖各通道快速采樣一次，方便受主控芯片控制。關(guān)于該 采集卡的詳細(xì)資料可參考公司網(wǎng)站"www.addatech.net"。
圖6為控制單元主控芯片的程序流程圖?？刂茊卧骺匦酒紫认到y(tǒng)初始化，然而控制 2選1多路復(fù)用器，產(chǎn)生標(biāo)識電平。本實(shí)施例中，標(biāo)識電平為0101，具體產(chǎn)生過程可參考對圖5的解釋。標(biāo)識電平表明重新開始掃描整個(gè)壓力數(shù)據(jù)采集電路。
初始化傳感點(diǎn)1=0?？刂葡聦影宥嗦窂?fù)用器12和上層板多路復(fù)用器13，選擇特定的行和 列，進(jìn)而選擇第i個(gè)傳感點(diǎn)(控制時(shí)序見圖5)。啟動A/D轉(zhuǎn)換。i=i+l，如果i未到16，繼續(xù) 控制下層板多路復(fù)用器12和上層板多路復(fù)用器13選擇第i個(gè)傳感點(diǎn)。如果i已經(jīng)為16，表明一 次全盤掃描完畢，重新開始從第O傳感點(diǎn)開始掃描。本實(shí)施例為4X4的陣列，每次循環(huán)都產(chǎn) 生OIOI的標(biāo)識位相對占用資源較多，可以只在初始化時(shí)候產(chǎn)生一次標(biāo)識位即可。對于大面積 陣列，每次循環(huán)產(chǎn)生一次標(biāo)識位，有利于精確定位，使測量結(jié)果更加可靠準(zhǔn)確。
圖7為控制單元主控芯片中多路復(fù)用器的時(shí)序圖，用于選擇第i個(gè)傳感點(diǎn)。本實(shí)施例以 4X4陣列為例，結(jié)合圖3和圖6來解釋該時(shí)序圖。
在第I工作區(qū)，EN和I0用來控制2選1多路復(fù)用器，產(chǎn)生標(biāo)識電平。由圖3可知，該多路復(fù) 用器CO連接VCC， C1連接GND，因此，對應(yīng)圖6的時(shí)序，產(chǎn)生的標(biāo)識電平為0101 。低電平為地 ，高電平接近電源電壓。對于本實(shí)施例，真正的足底壓力不可能產(chǎn)生0101的信號，所以只用 4個(gè)電平就可以成為一個(gè)有效的標(biāo)識信號。標(biāo)識信號可以有效確定測量的起始點(diǎn)，從而將數(shù) 據(jù)和實(shí)際測量點(diǎn)對應(yīng)起來。即使使用過程中產(chǎn)生斷電、USB偶然工作異常等情況造成采樣數(shù) 據(jù)受到破壞，下一幀數(shù)據(jù)也會得到可靠保證。每次循環(huán)之前檢測標(biāo)識信號，可以保證數(shù)據(jù)的 有效性。為了產(chǎn)生標(biāo)識位， 一般利用多路復(fù)用器剩余的復(fù)用端口。如果沒有剩余的復(fù)用端口 ，則需要選用另一片多路復(fù)用器。
產(chǎn)生標(biāo)識電平后，程序進(jìn)入第II工作區(qū)。程序首先使能下層板多路復(fù)用器12和上層板多 路復(fù)用器13，然后將上層板多路復(fù)用器13的I01和I00置高電平，此時(shí)上層板選擇了第一行 S1—S4，分別控制下層板多路復(fù)用器12的I01和I00的電平為00、 01、 10和11分別選擇S1—S4 傳感點(diǎn)。
依此類推，程序分別進(jìn)入第III、 IV和V工作區(qū)，逐個(gè)選擇S1—S16傳感點(diǎn)。 圖8為上位機(jī)處理軟件程序流程圖。上位機(jī)首先進(jìn)行系統(tǒng)和硬件初始化，本實(shí)施主要是 初始化UA307A采集卡，設(shè)定采樣通道和采樣速率。然而從采集卡中讀取數(shù)據(jù)，分析得到標(biāo)識 電平的位置，進(jìn)而確定壓力數(shù)據(jù)的起始位置，得到有效數(shù)據(jù)。程序利用預(yù)先標(biāo)定好的程序計(jì) 算傳感點(diǎn)壓力大小。然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括繪圖、診斷等功能。
圖9-13所顯示的是右足墊的結(jié)構(gòu)圖，其左足墊的結(jié)構(gòu)圖與之相反，其結(jié)構(gòu)與名稱相同。 定位包足片1有一足底墊部分2，足底墊部分2的上表面有彈性凸起8，足底墊部分2的一側(cè)延 伸出足面覆蓋部分3，足面覆蓋部分3的側(cè)邊緣和足底墊部分2的邊緣上連接有一副足底側(cè)邊 搭扣5，足面覆蓋部分3的后部延伸出足跟包圍部分4，足跟包圍部分4的邊緣和足面覆蓋部分
113的后邊緣連接有一副足跟部固定搭扣7。定位包足片l為中空彈性體，其內(nèi)部空腔中填充有 流體ll。所述中空彈性體可以采用彈性聚氨酯或天然乳膠。 足壓力分布信號采集系統(tǒng)的采集裝置的使用方法
1、 將膜式壓力傳感測量器9置于足底墊部分2位置，并將足10平踩上。
2、 將足面覆蓋部分3沿足面部圍蓋，并將足底側(cè)邊搭扣5扣緊。
3、 將足跟包圍部分4沿足跟向前圍緊，并將足跟部固定搭扣7扣緊。
4、 開始進(jìn)行足壓力初始化測量并確認(rèn)標(biāo)識信號后進(jìn)行足壓力測量。
權(quán)利要求1.一種足壓力分布信號采集系統(tǒng)，包括一可感知外界壓力的傳感單元，一可將傳感單元感知的外界壓力轉(zhuǎn)換成壓力信號的A/D轉(zhuǎn)換單元，一可選擇傳感單元的傳感點(diǎn)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的控制單元，一可將控制單元得到的壓力信號傳送給上位機(jī)的USB單元，其特征在于所述傳感單元由定位包足片(1)與足(10)固定，傳感單元為包括上層板(9.1)和下層板(9.2)的膜式壓力傳感測量器(9)，上層板(9.1)和下層板(9.2)的其中一面上均間隔分布有平行的敷銅(9.3)，敷銅(9.3)上間隔分布有導(dǎo)電橡膠(9.4)，上層板(9.1)上的導(dǎo)電橡膠和下層板(9.2)上的導(dǎo)電橡膠相接觸在一起，成為傳感點(diǎn)，且上層板上的敷銅與下層板上的敷銅交叉相向；所述上層板(9.1)上的敷銅與一個(gè)上層板多路復(fù)用器(13)的通道輸入端連接，所述下層板(9.2)上的敷銅與下層板多路復(fù)用器(12)的通道輸入端連接；所述控制單元是一個(gè)主控芯片，主控芯片的一個(gè)信號輸入端與上層板多路復(fù)用器之兩個(gè)信號輸出端和使能端連接，主控芯片的另一個(gè)信號輸入端與下層板多路復(fù)用器之兩個(gè)信號輸出端和使能端連接，上層板多路復(fù)用器(13)的COM1端與A/D轉(zhuǎn)換單元的信號輸入端連接，上述COM1端還經(jīng)一精密電阻與穩(wěn)壓芯片連接，所述下層板多路復(fù)用器的COM2端接地，A/D轉(zhuǎn)換單元的信號輸入端與上層板多路復(fù)用器(13)的COM1端連接，A/D轉(zhuǎn)換單元的信號輸出端與USB單元連接。
2 根據(jù)權(quán)利要求l所述的足壓力分布信號采集系統(tǒng)，其特征在于所 述主控芯片的另外兩個(gè)信號輸入端與一個(gè)標(biāo)識多路復(fù)用器(14)的輸出通道和使能端連接。
3 根據(jù)權(quán)利要求l所述的足壓力分布信號采集系統(tǒng)，其特征在于所 述上層板(9.1)與下層板(9.2)均為柔性的PCB板。
4 根據(jù)權(quán)利要求l所述的足壓力分布信號采集系統(tǒng)，其特征在于所 述A/D轉(zhuǎn)換單元和USB單元集合成一個(gè)采集卡。
5 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的足壓力分布信號采集系統(tǒng)，其特征在于所述傳感單元上的導(dǎo)電橡膠直徑不小于4mm，傳感點(diǎn)之間的距離為不小于5mm。
6 根據(jù)權(quán)利要求5所述的足壓力分布信號采集系統(tǒng)，其特征在于所 述傳感單元中的傳感點(diǎn)為等間距分布或不等間距分布。
7 根據(jù)權(quán)利要求6所述的足壓力分布信號采集系統(tǒng)，其特征在于所 述傳感點(diǎn)的數(shù)量為4 X 4或4 X 4的倍數(shù)。
8 根根據(jù)權(quán)利要求6所述的足壓力分布信號采集系統(tǒng)，其特征在于 所述定位包足片(1)有一足底墊部分(2)，足底墊部分(2)的上表面有彈性凸起(8)， 足底墊部分(2)的一側(cè)延伸出足面覆蓋部分(3)，足面覆蓋部分(3)的側(cè)邊緣和足底墊 部分(2)的邊緣上連接有一副足底側(cè)邊搭扣(5)，足面覆蓋部分(3)的后部延伸出足跟 包圍部分(4)，足跟包圍部分(4)的邊緣和足面覆蓋部分(3)的后邊緣連接有一副足跟 部固定搭扣(7)。
9 根根據(jù)權(quán)利要求8所述的足壓力分布信號采集系統(tǒng)，其特征在于 所述定位包足片(1)為中空彈性體，其內(nèi)部空腔中填充有流體(11)。
專利摘要一種足壓力分布信號采集系統(tǒng)，傳感單元由定位包足片與足固定，為包括上層板和下層板的膜式壓力傳感測量器，上層板和下層板的其中一面上均間隔分布有平行的敷銅，敷銅上間隔分布有導(dǎo)電橡膠，上層板上的導(dǎo)電橡膠和下層板上的導(dǎo)電橡膠相接觸在一起，成為傳感點(diǎn)，控制單元是一個(gè)主控芯片，主控芯片的一個(gè)信號輸入端與上層板多路復(fù)用器之兩個(gè)信號輸出端和使能端連接，主控芯片的另一個(gè)信號輸入端與下層板多路復(fù)用器之兩個(gè)信號輸出端和使能端連接。本系統(tǒng)是一種基于導(dǎo)電橡膠作為敏感元件的大面積壓力分布測量裝置，可靠性高、精度高、成本低，可實(shí)時(shí)動態(tài)測量大面積范圍內(nèi)平面和曲面的壓力分布，適用于測量足底、股底等地方的壓力分布情況。
文檔編號A61B5/00GK201379559SQ20092030186
公開日2010年1月13日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者飛 周, 碩 張, 蔡宇輝 申請人:碩 張