一种足底压力测量装置论文和设计-弓太生

全文摘要

本实用新型提供一种足底压力测量装置，包括底座，所述底座的上侧面设有防水增敏层，所述底座上设有与人体脚掌轮廓相适应的左鞋腔和右鞋腔，左鞋腔和右鞋腔内均设有七个压力传感器，所述左鞋腔和右鞋腔内七个压力传感器中的三个压力传感器对应于人体足部大拇指、第一跖骨、第五跖骨设置，左鞋腔和右鞋腔内七个压力传感器中的两个压力传感器对应于人体脚后跟设置，左鞋腔和右鞋腔内七个压力传感器中的另外两个压力传感器对应设于人体第二跖骨和第四跖骨之间。本实用新型通过对人体足部易发生病变的压力点进行压力检测，第一时间获得发病信息，以便及时发现病情，采集的数据具有针对性，能更好的监控病情。

主设计要求

1.一种足底压力测量装置，其特征在于：包括底座，所述底座的上侧面设有防水增敏层，所述底座上设有与人体脚掌轮廓相适应的左鞋腔和右鞋腔，左鞋腔和右鞋腔内均设有七个压力传感器，所述左鞋腔和右鞋腔内七个压力传感器中的三个压力传感器对应于人体足部大拇指、第一跖骨、第五跖骨设置，左鞋腔和右鞋腔内七个压力传感器中的两个压力传感器对应于人体脚后跟设置，左鞋腔和右鞋腔内七个压力传感器中的另外两个压力传感器对应设于人体第二跖骨和第四跖骨之间。

设计方案

2.根据权利要求1所述的足底压力测量装置，其特征在于：所述足底压力测量装置还包括与左鞋腔和右鞋腔内七个压力传感器电连接的电路模块，所述电路模块包括单片机、电源电路、放大滤波电路、蓝牙模块以及移动终端，左鞋腔和右鞋腔内的七个压力传感器、单片机均与电源电连接，且左鞋腔和右鞋腔内的七个压力传感器经放大滤波电路与单片机连接，所述蓝牙模块与单片机连接，所述移动终端与蓝牙模块通讯连接。

3.根据权利要求2所述的足底压力测量装置，其特征在于：所述放大滤波电路包括相串联的一阶RC有源低通滤波电路，所述压力传感器的输出端与一阶RC有源低通滤波电路相连。

4.根据权利要求2所述的足底压力测量装置，其特征在于：所述移动终端采用智能手机或平板电脑。

5.根据权利要求1或2所述的足底压力测量装置，其特征在于：所述压力传感器采用薄膜压力传感器。

6.根据权利要求1述的足底压力测量装置，其特征在于：所述防水增敏层采用防水材料制成，所述防水材料为硅胶。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及足底压力监测设备技术领域，具体涉及一种足底压力测量装置。

背景技术

随着经济的发展以及人们饮食结构的改变，糖尿病的发病率逐渐上升，糖尿病已经成为威胁人类健康的主要疾病之一。根据IDF统计，2015年全球糖尿病患者约有4.15亿人，每11个人就有1人患有糖尿病。预测到2040年，全球将会有6.42亿人患有糖尿病，中国糖尿病患者也将达到1.51亿，位居世界首位。仅2015年我国就有130万人死于糖尿病及其并发症。糖尿病足(Diabetes Foot，DF)已成为糖尿病患者所面临的一种严重的并发症，是其致残甚至致死的重要原因之一，15％以上的糖尿病病人会发生足溃疡或坏疽，而其中14％～24％需要截肢治疗。这不但给患者造成痛苦，影响其生活质量，而且给家庭带来巨大的经济负担。足底压力升高是糖尿病患者足底发生溃疡的重要因素，其相关性高达70％～90％。因此要求患者在早期对足底压力分布数据进行及时采集，进而对其健康状况进行科学、客观的评估，采取针对性的预防和治疗措施，从而降低糖尿病足发病率。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对以上不足之处，提供了一种可监测糖尿病足患者足部压力的足底压力测量装置。

本实用新型解决技术问题所采用的方案是：一种足底压力测量装置，包括底座，所述底座的上侧面设有防水增敏层，所述底座上设有与人体脚掌轮廓相适应的左鞋腔和右鞋腔，左鞋腔和右鞋腔内均设有七个压力传感器，所述左鞋腔和右鞋腔内七个压力传感器中的三个压力传感器对应于人体足部大拇指、第一跖骨、第五跖骨设置，左鞋腔和右鞋腔内七个压力传感器中的两个压力传感器对应于人体脚后跟设置，左鞋腔和右鞋腔内七个压力传感器中的另外两个压力传感器对应设于人体第二跖骨和第四跖骨之间。

进一步地，为了精确测量糖尿病足患者的足部压力，并远程监控糖尿病足患者的足部压力；所述足底压力测量装置还包括单片机、电源电路、放大滤波电路、蓝牙模块以及移动终端，左鞋腔和右鞋腔内的七个压力传感器、单片机均与电源电连接，且左鞋腔和右鞋腔内的七个压力传感器经放大滤波电路与单片机连接，所述蓝牙模块与单片机连接，所述移动终端与蓝牙模块通讯连接。

进一步地，为了放大处理采样的信号；所述放大滤波电路包括相串联的一阶RC有源低通滤波电路，所述压力传感器的输出端与一阶RC有源低通滤波电路相连。

进一步地，为了远程控制所述足底压力测量装置；所述移动终端采用智能手机或平板电脑。

进一步地，为了精确测量糖尿病足患者的足部压力；所述压力传感器采用薄膜压力传感器。

进一步地，为了提高足底压力测量装置的表面灵敏度；所述防水增敏层采用防水材料制成，所述防水材料为硅胶。

较之现有技术而言，本实用新型具有以下优点：本实用新型通过对人体足部易发生病变的压力点进行压力检测，第一时间获得发病信息，以便及时发现病情，采集的数据具有针对性，能更好的监控病情，并且测量精确度高，相对于传统直接设置在鞋子或鞋垫上的监控设备，不易产生测量误差，设备成本低，易于推广，可作为家用、基层医疗机构的检测设备，更好的帮助糖尿病患者。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的结构爆炸图；

图3为本实用新型的电路连接图；

图4为本实用新型的电路原理图；

图5为单片机的结构原理图；

图6为蓝牙模块的结构原理图；

图7为放大滤波电路的结构原理图；

图8为电源电路的结构示意图一；

图9为电源电路的结构示意图二；

图10为移动终端APP的操作流程示意图。

图中：1-左鞋腔；2-压力传感器；3-右鞋腔；4-底座；5-防水增敏层；6-电源电路；7-承压面板。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型内容进行详细说明：

如图1-10所示，本实施例提供一种足底压力测量装置，包括底座4，所述底座4的上侧面设有防水增敏层5，所述底座4上设有与人体脚掌轮廓相适应的左鞋腔1和右鞋腔3，左鞋腔1和右鞋腔3内均设有七个压力传感器2，所述左鞋腔1和右鞋腔3内七个压力传感器2中的三个压力传感器2对应于人体足部大拇指、第一跖骨、第五跖骨设置，左鞋腔1和右鞋腔3内七个压力传感器2中的两个压力传感器2对应于人体脚后跟设置，左鞋腔1和右鞋腔3内七个压力传感器2中的另外两个压力传感器2对应设于人体第二跖骨和第四跖骨之间。

所述底座4可采用体重秤盒体，将电器盒设置于盒体内(即体重秤承压面板7的下方)，防水增敏层5和压力传感器2依次层叠设置在承压面板7的上方；压力传感器2位于承压面板7和防水增敏层5之间，防水增敏层5上具有对称排布的左鞋腔1和右鞋腔3或仅仅为足底轮廓图案，左鞋腔1和右鞋腔3内共计十四个压传感器，左右两只脚在测量时各需要七个，负责检测足底压力信号，足底轮廓图案内还可以设置用于标识各压力传感器2位置的圆圈图案，便于用户双足踩踏足底压力监测设备时对准足底压力测量位置。

在本实施例中，所述防水增敏层5采用防水材料，例如，采用柔性胶(硅胶)，从而提高了足底压力监测设备的表面灵敏度(因为硅胶轻薄，吸附性强，相较其他材料可以提高检测灵敏度)。压力传感器2采用薄膜压力传感器2，分别与位于下方的电源电路6连接以获得电源，并通过放大滤波电路将足底测量位置的压力数据输出给单片机。

在本实施例中，如图3所示，左鞋腔1和右鞋腔3内各包括七个压力传感器2，其压力测量位置分布具体为：其中，五个压力传感器2设置在左、右脚足底前掌位置，对应于人体足部大拇指以及第一跖骨至第五跖骨(五个点中，大拇指、第一、五跖骨为确定点位，第二、三、四三个点因为着力小，点位不明确，因此放置两个传感器，同时也受到压力传感器2的体积大小的限制)，剩余两个压力传感器2设置在左、右脚足跟位置；此种布置方式能够采集到糖尿病足患者足部最易发生病变位置的压力数据，对足底压力采集更具有针对性，从而提高糖尿病足患者的预警、诊断的可靠性，可为用户提供矫正建议，为医生提供治疗参考，实用性强，所用的压力传感器2可以采用单点承重20kg的RFP-603薄膜压力传感器2，单脚实际量程为140kg。

在本实施例中，如图4所示，所述压力传感器2将采集的压力传感器2信号经放大滤波、模数转换后送入单片机；蓝牙模块与单片机连接，用于足底压力测量装置与移动终端的数据传输；电源电路与单片机、压力传感器2等连接，完成供电。

在本实施例中，如图5所示，单片机可以采用STM32F103RCT6，主要利用单片机的12位A\/D转换和USART串行通信接口。单片机的电路中还包括指示灯、电阻保护、电容去耦等环节。硬件系统设计完成并制版、焊接后，通过JTAG接口将固件程序烧写至单片机内存，使其按要求正常运行。

在本实施例中，如图6所示，蓝牙模块与单片机的串行通信接口连接，用于数据的无线传输。

在本实施例中，如图7所示，在放大滤波环节，由于采用的足底压力信号的频率较低，应用运算放大器芯片与电容、电阻设计一阶RC有源低通滤波电路，截止频率为30Hz左右，压力传感器2最大输出为mV级，系统采用差动放大器芯片(运算是放大器集成电路)将信号放大200倍。图7，足底压力传感器2连接P3口、电阻R13、电源基准芯片U3和滤波电容组成2.5V的基准电源，为足底压力传感器2提供电压基准，足底压力传感器2将压力信号转换成电阻值的变化，通过与精密电阻R14组成串联分压电路，R15、C19和U4组成的1阶段RC有源滤波电路，将传感器上的电压值进行滤波放大后经过电阻R16后，再经单片机ADC采样，计算后的得到精确的压力值。

在本实施例中，如图8、图9所示，硬件系统的电源电路6采用4.2V锂电池和3.3V恒压两种方式，3.3V恒压通过图9转换成5V后再由U5电源芯片转换成3.3V。

在本实施例中，所述足底压力监测设备通过蓝牙模块与所述移动终端建立无线通信连接，将两组压力传感器2采集的压力数据发送给所述移动终端，所述移动终端接收、处理、分析压力数据，分析结果显示在移动终端上并发送给指定联系人。具体的，所述移动终端可以为智能手机、平板电脑等，这类移动终端可以通过安装APP实现接收足底压力监测设备发送的压力数据，进行简单计算和显示，可分析并显示一周的压力数据曲线，并将数据发送到预设的手机号上，当压力数据超过预设值时为患者提供预警功能。

在本实施例中，所述APP具有用户登录界面、导航界面、设置界面、实时数据界面、历史数据界面、相关知识推送界面六大功能显示界面，APP的操作流程如图10所示：

1)用户在使用前须通过登录界面注册帐号，然后用注册过的帐号登录APP，登录完成后跳转至导航界面；

2)进入导航界面，点击不同的图片即可进入不同的功能界面(设置界面、实时数据界面、历史数据界面、相关知识推送界面)；

3)设置界面为用户提供压力数值(最大值)预设和报警电话预设。其中，针对每个压力点都有一个预设值，总共有14个；

4)实时数据界面完成移动终端与足底压力监测设备的蓝牙连接、压力数据实时监测及体重测量等等；

5)历史数据界面；历史数据界面提供最近一周的压力数据曲线，供用户了解近期压力变化情况；

6)相关知识推送界面；为用户提供糖尿病、糖尿病足的相关知识及护理建议。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

设计图

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