CN111481205B - 一种足底压力无线采集显示电路及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种足底压力无线采集显示电路，属于人体足底压力测量技术领域，包括：多个信号采集电路，分别用于采集人体足底不同部位的压力值，并将采集到的压力值转换为数字信号；多个单片机，分别与对应的信号采集电路的输出端电连接，用于接收人体足底的压力值的数字信号；多个无线发射模块，分别与对应的单片机电连接，用于将信号采集电路送入单片机的数字信号进行发送；无线接收模块，用于接收多个无线发射模块发射出的数字信号；主处理器，与无线接收模块信号连接，用于接收无线接收模块发送来的数字信号，对数字信号进行判断处理，并将最终的步态相位结果传输给显示器进行显示。本发明减少了测量数据量，成本低廉便于携带和操作。
Description
技术领域
本发明属于人体足底数据测量技术领域，具体涉及一种足底压力无线采集显示电路及其方法。
背景技术
下肢行走不便严重影响中风患者的行走以及日常生活，严重时会造成下肢运动障碍、功能退化甚至截肢等不良状况。足底压力及步态数据分析对足部疾病的诊断和治疗已经比较成熟，很大的促进了临床生物力学的发展。为临床康复评估、矫形鞋垫鞋的适配效果、假肢矫具适配效果等提供了准确的评估方法和依据。因此通过分析足底压力变化可以获得相关的人体生理信号信息来帮助。足底压力的大小与分布状况能直观反映人体腿、足结构、功能及整个身体姿势控制等信息，分析评估足底应力，对临床诊断、疾患程度测定和术后疗效评价均具有重要意义，随着这些年人们对足底健康的关注，足底压力分析在临床医疗领域和康复领域的重要性与日俱增，而传统的专业足底压力信息采集测量装置造价昂贵，需要上位机与下位机相结合才能采集人体步态信息，同时不便携带与操作，且不能实时直观显示人体步态信息。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种足底压力无线采集显示电路及其方法，以便解决现有技术中的不足。
本发明的技术方案是：
一种足底压力无线采集显示电路，包括：
多个信号采集电路，分别用于采集人体足底不同部位的压力值，并将采集到的压力值转换为数字信号；
多个单片机，分别与对应的信号采集电路的输出端电连接，用于接收人体足底的压力值的数字信号；
多个无线发射模块，分别与对应的单片机电连接，用于将信号采集电路送入单片机的数字信号进行发送；
无线接收模块，用于接收多个无线发射模块发射出的数字信号；
主处理器，与无线接收模块信号连接，用于接收无线接收模块发送来的数字信号，对数字信号进行判断处理，并将最终的步态相位结果传输给显示器进行显示。
优选的，所述信号采集电路包括压力传感器F1、比较器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电位器P1、LED二极管D1和LED二极管D2，所述压力传感器F1的一端接地，另一端与比较器U1的信号输入端电连接，所述比较器U1的信号输入端与电阻R1的一端电连接，电阻R1的另一端接电源，所述比较器U1的参考电压输入端与电位器P1的移动端电连接，所述电位器P1的其中一端接地，所述电位器P1的另外一端接电源，电阻R2的一端接电源，另外一端和比较器U1的信号输出端电连接，所述LED二极管D1的一端连接电源，所述LED二极管D1的另一端与电阻R3的一端电连接，所述电阻R3的另一端和比较器U1的信号输出端电连接，所述LED二极管D2的一端连接电源，所述LED二极管D2的另一端与电阻R4的一端电连接，所述电阻R4的另一端接地。
优选的，每个单片机上连接有用于复位、校核和测量的功能按键。
优选的，所述比较器为双电压比较器，所述多个无线发射模块和无线接收模块基于无线蓝牙传输，主处理器为MCU开发板。
利用上述的一种足底压力无线采集显示电路进行足底压力采集的方法，包括以下步骤：
分别调节各个电位器P1的电阻值，设置各ADC通道的基准电压；
利用足底压力传感器F1实时采集足底压力，并将采集到的足底压力输入比较器U1的信号输入端；
当采集到的足底压力大于比较压力值，比较器U1输出1，当采集到的足底压力小于比较压力值，比较器U1输出0；
比较器U1输出0到ADC口，LED二极管D1熄灭，比较器U1输出1到ADC口，LED二极管D1点亮；
ADC初始化；
开单片机；
擦除扇区并开始写入数据到扇区；
单片机将各ADC通道同时接收到的数字信号通过无线蓝牙模块进行转发；
主处理器接收无线蓝牙模块转发的数字信号，并根据收到的多个数字信号进行步态判定，将步态判定结果实时显示在显示屏上；
存储数字信号和人体运动步态判定结果到EEPROM；
关单片机。
本发明通过对不同人个体行走过程中相关足底压力数据进行实时采集，再通过电压比较器和电阻反馈回路，将多路足底压力传感器的电阻值实时准换成TTL数字信号值，最后通过模拟数字电路接口并行经无线蓝牙发送与接收装置输出传入到单片机的ADC输入口，并通过无线蓝牙模块将数据传输给MCU开发板，对足底压力数据实时分析就可以得到中风患者实时行走步态信息，将结果实时显示在显示屏上。
与现有技术相比，由于使用的足底压力测量系统传感器较少且便携，可满足专业人士分析时需要的实时足底压力数据，同时减少了测量数据量，为远程传输、大数据传输减少了压力且成本低廉便于携带和操作，实用性强，值得推广。
附图说明
图1为本发明的实施例1的足底压力信号采集电路和信号接收与蓝牙发射电路的示意图；
图2为本发明的实施例1的蓝牙接收与显示电路示意图；
图3为本发明的实施例1的足底压力传感器的设置位置图；
图4为本发明的实施例1的足底压力采集电路方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种足底压力无线采集显示电路及其方法，下面结合图1到图4的结构示意图，对本发明进行说明。
本发明提供了一种无线足底压力采集电路，包括：
多个信号采集电路，分别用于采集人体足底不同部位的压力值，并将采集到的压力值转换为数字信号；
多个单片机，分别与对应的信号采集电路的输出端电连接，用于接收人体足底的压力值的数字信号；
多个无线发射模块，分别与对应的单片机电连接，用于将信号采集电路送入单片机的数字信号进行发送；
无线接收模块，用于接收多个无线发射模块发射出的数字信号；
主处理器，与无线接收模块信号连接，用于接收无线接收模块发送来的数字信号，对数字信号进行判断处理，并将最终的步态相位结果传输给显示器进行显示。
实施例1
参照图1，本发明提供的无线足底压力采集电路，包括三路足底压力信号采集电路，和三路足底压力信号采集电路依次对应连接的信号接收与蓝牙发射电路，所有信号接收与蓝牙发射电路的信息汇集到蓝牙接收与显示电路进行分析后进行显示。
足底压力信号采集电路结构完全相同，均包括压力传感器F1、比较器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电位器P1、LED二极管D1和LED二极管D2，压力传感器F1的一端接地，另一端与比较器U1的信号输入端电连接，比较器U1的信号输入端与电阻R1的一端电连接，电阻R1的另一端接电源，比较器U1的参考电压输入端与电位器P1的移动端电连接，电位器P1的其中一端接地，电位器P1的另外一端接电源，电阻R2的一端接电源，另外一端和比较器U1的信号输出端电连接，LED二极管D1的一端连接电源，LED二极管D1的另一端与电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端和比较器U1的信号输出端电连接，LED二极管D2的一端连接电源，LED二极管D2的另一端与电阻R4的一端电连接，电阻R4的另一端接地。
进一步的，比较器U1为双电压比较器，型号为LM2903。
其中，参照图1和图3，足底的压力传感器F1有3个，其位置分别位于人体足底脚后跟、第五跖趾和第一跖趾处。
其中，压力传感器F1的型号为FSR402。
其中，压力传感器F1并行将检测到的信号经分压用电阻R1、滤波电容依次输入比较器前端输入端口3，与电位器P1、电阻R2、LED二极管D1与电阻R3组成的基准电路进行比较，通过调节电位器P1设置基准比较电压。
其中，LED二极管D2与电阻R4构成的串联电路一端接地，一端接电源，用于指示电源通断与否。
其中，在足底压力信号采集电路中，基准电路中的独立电阻R2起承担负载的作用，比较器的引脚1处输出连接信号接收与蓝牙发射电路中单片机的AD输入口连接。
信号接收与蓝牙发射电路结构完全相同，均包括单片机、无线主蓝牙模块和功能操作键。
多个无线发射模块和无线接收模块基于无线蓝牙传输。
进一步的，单片机上连接有用于复位、校核和测量的功能按键。
单片机模块的引脚RXD与TXD分别与无线主蓝牙模块J1的端口1和端口2连接，用于发送单片机AD输入口接收到的数字信号值，单片机上连接的按键K1、K2和K3分别用于复位、校核和测量。
参照图2，蓝牙接收与显示电路用于接收无线主蓝牙模块J1发送的数字信号值，并经ATMEGA1280开发板处理后将实时结果显示在TFT液晶彩屏上。
其中，无线从蓝牙接收模块J4、J5、J6分别用于接收三个无线主蓝牙模块J1发送的数字信号值，其引脚1和2分别与ATMEGA1280开发板的TXD2、RXD2、TXD3、RXD3、和TXD0、RXD0分别连接来接收无线主无线蓝牙发送的数字信号。
其中，主处理器为MCU开发板，MCU开发板的型号为ATMEGA1280。ATMEGA1280开发板在接收到实时数字信号后，将对其进行判断处理，并将最终的步态相位结果实时显示在TFT液晶彩屏上，TFT彩屏分辨率为320*240。
单片机I1和无线主蓝牙模块J1连接，单片机I1的型号为IAP15W4K63S4，无线主蓝牙模块J1的型号为HC-08，从蓝牙模块J4、J5和J6与ATMEGA1280开发板U6连接，ATMEGA1280开发板U6与TFT液晶屏连接，液晶显示屏用于结果的显示。
在图3的压力传感器采集到的信号的基础上，主处理器对串口0、串口2和串口3接收到的数字信号值对应的步态判别方法如下：当串口0为1、串口2和串口3为0时，对应人体步态的足跟着地；当串口0、串口2和串口3均为1时，对应人体步态的足完全着地；当串口0为0、串口2和串口3至少有1个为1时，对应人体步态的足跟抬起；当串口0、串口2和串口3均为0时，对应人体步态的足完全离地，步态判别表如下表1所示。
表1 步态判别表
| 相位 | 足跟着地 | 足完全着地 | 足跟抬起 | 足完全离地 |
| 串口0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 串口2 | 0 | 1 | 0或1 | 0 |
| 串口3 | 0 | 1 | 0或1 | 0 |
足底压力无线采集显示电路的工作过程为：
足底压力传感器在并行输入比较器LM2903之前，经分压电阻进行分压，并通过电容进行高频滤波后输入到比较器LM2903的前端输入，其目的是将采集到的实时足底压力值转换成电压值与LM2903的引脚2组成的基准电路进行比较，通过调节电位器P1设置基准比较电压，电阻R2起承担负载的作用，当LED二极管D1灯亮时，比较器LM2903的引脚1处输出为1，当LED二极管D1灯不亮时，比较器LM2903的引脚1处输出为0。
三个单片机I1分别根据其ADC5接收到的数字信号值，通过主无线蓝牙模块J1，将信号无线经从无线蓝牙模块J4、J5和J6传输发送到ATMEGA1280开发板的串口0、串口2和串口3，TFT屏实时显示串口0、串口2和串口3的数字信号值和处理后的人体运动步态，最后由TFT液晶显示屏实时显示结果。
基于同一个发明构思，本发明实施例还提供了一种足底压力采集方法，参照图4，该方法的实施基于上述的一种足底压力无线采集显示电路完成，重复之处不再赘述，进行足底压力采集的方法包括以下步骤：
分别调节各个电位器P1的电阻值，设置各ADC通道的基准电压；
利用足底压力传感器F1实时采集足底压力，并将采集到的足底压力输入比较器U1的信号输入端；
当采集到的足底压力大于比较压力值，比较器U1输出1，当采集到的足底压力小于比较压力值，比较器U1输出0；
比较器U1输出0到ADC口，LED二极管D1熄灭，比较器U1输出1到ADC口，LED二极管D1点亮；
ADC初始化；
开单片机；
擦除扇区并开始写入数据到扇区；
单片机将各ADC通道同时接收到的数字信号通过无线蓝牙模块进行转发；
主处理器接收无线蓝牙模块转发的数字信号，并根据收到的多个数字信号进行步态判定，将步态判定结果实时显示在显示屏上；
存储数字信号和人体运动步态判定结果到EEPROM；
关单片机。
本发明提供的一种足底压力无线采集显示电路及其方法，采用FSR402便捷测压传感器实现高精度数据采集，以IAP15W4K63S4开发板为核心的MCU足底压力测量分析一体机，实现了足底压力测量的智能化与嵌入式。MCU系统即开即用，FSR402可将足底压力实时转换成电阻值，并通过LM2903电压比较器和电阻反馈回路将FSR402传感器足底压力的电阻值实时准换成TTL数字信号，最后通过数字信号电路接口将并行多路输出传入到IAP15W4K63S4的多路ADC输入口，并用TFT彩屏实时显示多路足底压力实时测量信号与其对应的步态分类结果。选用的IAP15W4K63S4开发板中内置了63.5K的EEPROM，这样就节省了片外资源，使用起来也更加方便。在当前智能化、便携化的大趋势下替代造价昂贵的足底压力鞋垫，故具有较强的工程实践意义。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式，其中，存储介质包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等。
以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种足底压力无线采集显示电路，其特征在于，包括：
多个信号采集电路，分别用于采集人体足底不同部位的压力值，并将采集到的压力值转换为数字信号；
多个单片机，分别与对应的信号采集电路的输出端电连接，用于接收人体足底的压力值的数字信号；
多个无线发射模块，分别与对应的单片机电连接，用于将信号采集电路送入单片机的数字信号进行发送；
无线接收模块，用于接收多个无线发射模块发射出的数字信号；
主处理器，与无线接收模块信号连接，用于接收无线接收模块发送来的数字信号，对数字信号进行判断处理，并将最终的步态相位结果传输给显示器进行显示；
所述信号采集电路包括压力传感器F1、比较器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电位器P1、LED二极管D1和LED二极管D2，所述压力传感器F1的一端接地，另一端与比较器U1的信号输入端电连接，所述比较器U1的信号输入端与电阻R1的一端电连接，电阻R1的另一端接电源，所述比较器U1的参考电压输入端与电位器P1的移动端电连接，所述电位器P1的其中一端接地，所述电位器P1的另外一端接电源，电阻R2的一端接电源，另外一端和比较器U1的信号输出端电连接，所述LED二极管D1的一端连接电源，所述LED二极管D1的另一端与电阻R3的一端电连接，所述电阻R3的另一端和比较器U1的信号输出端电连接，所述LED二极管D2的一端连接电源，所述LED二极管D2的另一端与电阻R4的一端电连接，所述电阻R4的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种足底压力无线采集显示电路，其特征在于，每个单片机上连接有用于复位、校核和测量的功能按键。
3.根据权利要求1所述的一种足底压力无线采集显示电路，其特征在于，所述比较器为双电压比较器，所述多个无线发射模块和无线接收模块基于无线蓝牙传输，主处理器为MCU开发板。
4.利用权利要求1所述的一种足底压力无线采集显示电路进行足底压力采集的方法，其特征在于，包括以下步骤：
分别调节各个电位器P1的电阻值，设置各ADC通道的基准电压；
利用足底压力传感器F1实时采集足底压力，并将采集到的足底压力输入比较器U1的信号输入端；
当采集到的足底压力大于比较压力值，比较器U1输出1，当采集到的足底压力小于比较压力值，比较器U1输出0；
比较器U1输出0到ADC口，LED二极管D1熄灭，比较器U1输出1到ADC口，LED二极管D1点亮；
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开单片机；
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单片机将各ADC通道同时接收到的数字信号通过无线蓝牙模块进行转发；
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