一種智能鞋墊式消防員防護(hù)靴足底應(yīng)力分布采集測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于消防設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種智能鞋墊式消防員防護(hù)靴足底應(yīng)力分布采集測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]消防員防護(hù)靴是消防員在救災(zāi)作業(yè)中必不可少的裝備，消防員防護(hù)靴多用于隔絕火場中高熱、積水等因素對消防員足部產(chǎn)生的侵害。以往的研究表明，消防員足部壓力在消防員防護(hù)靴靴底內(nèi)表面的分布情況對穿著者的工作狀態(tài)有著十分重要的影響。所以通過對消防員防護(hù)靴穿著者足底壓力數(shù)據(jù)的采集分析可較為有效地為消防員防護(hù)靴的優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)。但是由于消防員防護(hù)靴在實際使用中，不同穿著者的足部形態(tài)存在較大差異，且其使用場合也有較大不同，所以需要大量地采集數(shù)據(jù)以便進(jìn)行相應(yīng)的分析。數(shù)據(jù)采集方式應(yīng)盡可能簡單有效，且應(yīng)盡可能考慮成本限制、可靠性與可擴(kuò)展性因素。采集系統(tǒng)應(yīng)盡可能獨立工作，同時為了便于對步態(tài)應(yīng)力分布等進(jìn)行較為詳細(xì)的評估，還應(yīng)具有較快的數(shù)據(jù)采集速度。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是實現(xiàn)對消防員防護(hù)靴使用過程當(dāng)中穿著者的足底壓力分布進(jìn)行采集，并實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的無線傳輸。本實用新型擬通過結(jié)合ZigBee技術(shù)與低功耗高集成度單片機(jī)，實現(xiàn)高度集成化的可穿戴式足底壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此外還將通過配套的鞋墊輔助結(jié)構(gòu)，提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的穿著靈活性與耐用性。
[0004]消防員防護(hù)靴足底壓力采集系統(tǒng)需要對穿著者在實際消防作業(yè)中的足底壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行高速采集，并希望通過無線信道將采集結(jié)果送往上位機(jī)。近年來ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展為其功能的實現(xiàn)提供了可以利用的技術(shù)手段。ZigBee技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的骨干支撐技術(shù)，其具有組網(wǎng)簡單、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性好、可靠性高、功耗低與價格低廉等優(yōu)點，可以較好地滿足對消防員防護(hù)靴足底壓力實時采集數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)男枨?。而且借助ZigBee的組網(wǎng)能力，可以同時進(jìn)行多個消防員防護(hù)靴的足底應(yīng)力分布數(shù)據(jù)傳輸，從而可較大程度地提高數(shù)據(jù)采集效率與監(jiān)測效果。而通過具有高集成度、高可靠性、低功耗的單片機(jī)，可以實現(xiàn)較高程度的系統(tǒng)集成化，從而令可穿戴式的足底壓力采集系統(tǒng)成為可能。利用ZigBee與低功耗單片機(jī)的組合，可望在滿足消防員防護(hù)靴足底壓力數(shù)據(jù)采集需求的前提下，形成便于穿戴、使用簡單、持續(xù)工作時間長與成本低廉的系統(tǒng)設(shè)計方案。此外為了使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠與消防員防護(hù)靴及穿著者足部契合，還需設(shè)計相應(yīng)的承重包絡(luò)結(jié)構(gòu)及壓力傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)組成的鞋墊本體，從而滿足系統(tǒng)實際應(yīng)用需求。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案是，一種智能鞋墊式消防員防護(hù)靴足底應(yīng)力分布采集測試系統(tǒng)，包括用于消防員防護(hù)靴的鞋墊，該鞋墊的本體內(nèi)設(shè)有低功耗單片機(jī)、ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊、多個壓力傳感器和電源電路，所述的多個壓力傳感器包括前腳掌壓力傳感器和后腳跟壓力傳感器，所述的鞋墊本體由硅膠片構(gòu)成。
[0006]所述的ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊采用表貼陶瓷全向天線。
[0007]所述的壓力傳感器采用壓敏電阻式壓力傳感器，該壓敏電阻式壓力傳感器接電壓跟隨器后接入低功耗單片機(jī)的壓力檢測輸入端。
[0008]所述的電源電路由線性穩(wěn)壓器與輸入供電分壓電路組成，該線性穩(wěn)壓器采用低壓差線性穩(wěn)壓器，其輸出連接低功耗單片機(jī)和ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊，輸入供電分壓電路采用電阻分壓方式，并在分壓電阻上并聯(lián)電容。
[0009]所述的鞋墊本體采用硅膠材質(zhì)，包括三層硅膠片結(jié)構(gòu)，三層硅膠片的外部輪廓根據(jù)消防員防護(hù)靴靴底內(nèi)表面的具體輪廓進(jìn)行修形剪裁，修形后應(yīng)保證對消防員防護(hù)靴靴底內(nèi)表面形成平整覆蓋，
[0010]所述的三層硅膠片結(jié)構(gòu)包括作為基本支撐層的底層硅膠片、中層硅膠片和上層硅膠片，
[0011]所述中層硅膠片包含鏤空空間，該鏤空空間用于容納包含低功耗單片機(jī)的PCB，
[0012]所述上層硅膠片設(shè)有開孔，在所述開孔中置入硅膠承力墊片，該硅膠承力墊片下表面緊貼所述的壓力傳感器。
[0013]為了滿足對消防員防護(hù)靴使用過程中的足底壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并無線發(fā)送的需求，需有針對性地設(shè)計壓力采集、數(shù)據(jù)處理、無線傳輸與電源管理的電路部分，及與數(shù)據(jù)采集需求配套的足底承重包絡(luò)結(jié)構(gòu)與壓力傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)組成的鞋墊本體。系統(tǒng)還應(yīng)滿足使用簡便、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉與可靠性高的要求。
[0014]本實用新型提出了一種可用于對消防員防護(hù)靴足底壓力進(jìn)行采集的智能鞋墊，系統(tǒng)可以不間斷地對消防員防護(hù)靴足底壓力進(jìn)行采集，并通過ZigBee無線通信方式將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)出。系統(tǒng)使用簡便、成本低廉。通過其采集到的數(shù)據(jù)可以供消防員防護(hù)靴的設(shè)計者與使用者參考，從而為實現(xiàn)對消防員防護(hù)靴性能及使用方式的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型實施例中用于消防員防護(hù)靴足底壓力數(shù)據(jù)采集的智能鞋墊系統(tǒng)組成示意圖；
[0016]圖2是本實用新型實施例中PIC16F690單片機(jī)、PICKIT下載接口及外圍電路的原理圖；
[0017]圖3是本實用新型實施例中ZigBee通信模塊DRF-1607H的電路原理圖；
[0018]圖4是本實用新型實施例中壓力傳感電路原理圖；
[0019]圖5是本實用新型實施例中左右腳鞋墊上壓力傳感器布設(shè)位置示意圖；
[0020]圖6是本實用新型實施例中鞋墊供電部分電路原理圖；
[0021]圖7是本實用新型實施例中硅膠鞋墊本體剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示是本實用新型用于消防員防護(hù)靴足底壓力數(shù)據(jù)采集的智能鞋墊系統(tǒng)組成示意圖。在具體實施中，低功耗單片機(jī)選擇微芯公司(Microchip)生產(chǎn)的PIC16F690單片機(jī)，該單片機(jī)為采用納瓦技術(shù)的20引腳8位CMOS閃存單片機(jī)。實施中采用PIC16F690內(nèi)部振蕩器作為系統(tǒng)時鐘，振蕩頻率設(shè)定為8MHz。為減小系統(tǒng)尺寸，選用SS0P-20封裝的PIC16F690芯片。PIC16F690芯片及其外圍電路的原理圖如圖2所示。PIC16F690的RAO與RAl管腳與PICKIT下載器接口相連，用于程序的下載與調(diào)試。RA3管腳用作MCLR復(fù)位功能。在供電引腳Vdd處使用0.1uF電容抑制干擾。RA2、RCO、RCU RC2、RB4、RC7、RC6與RC3管腳用于采集壓力傳感電路的實時電壓數(shù)據(jù)。RA4管腳用于采集電池輸出電壓的比例分壓值。PIC16F690單片機(jī)、PICKIT下載接口及外圍電路的原理圖如圖2所示。圖中電容為0402封裝的表貼陶瓷電容，電阻為0402封