基于PVDF壓電薄膜的“智能鞋墊”測(cè)試分析系統(tǒng)研究.pdf

1、近幾十年，由于傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及人們對(duì)健康穿鞋的日漸重視，足底壓力測(cè)量技術(shù)得到了迅速發(fā)展，并且普遍應(yīng)用于步態(tài)分析、鞋體設(shè)計(jì)、臨床醫(yī)療等眾多領(lǐng)域。本文設(shè)計(jì)了一種基于PVDF壓電薄膜用于足底壓力測(cè)量的“智能鞋墊”測(cè)試分析系統(tǒng)。系統(tǒng)采用MSP430系列單片機(jī)作為核心處理器，輔以nRF24L01無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理與無(wú)線傳輸，最后在由Visual Studio編程設(shè)計(jì)的上位機(jī)界面上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理與實(shí)時(shí)顯示。<

2、br>　　論文首先簡(jiǎn)述了足壓測(cè)量技術(shù)的研究意義及趨勢(shì)，回顧了該技術(shù)的分類及原理，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展過(guò)程，分析了國(guó)內(nèi)外研究的優(yōu)缺點(diǎn)，指出了當(dāng)前該技術(shù)的研究和應(yīng)用方面存在的不足，在此基礎(chǔ)上提出了本文的主要研究?jī)?nèi)容。接著從壓電效應(yīng)、材料參數(shù)和材料分類等方面介紹了壓電材料并闡述其傳感原理。結(jié)合本系統(tǒng)需求，選用PVDF壓電薄膜并闡述了其特性及優(yōu)勢(shì)?；谄漭敵鲂盘?hào)微弱，但具有良好的壓電線性度等特性，采用雙層PVDF薄膜進(jìn)行傳感器設(shè)計(jì)以提高壓

3、電輸出。利用ANSYS Workbench對(duì)其進(jìn)行壓電仿真分析，并進(jìn)行了電壓實(shí)驗(yàn)，結(jié)合足部生物力學(xué)及測(cè)量需求設(shè)計(jì)了傳感器足底分布圖。
　　然后結(jié)合系統(tǒng)需求，從信號(hào)調(diào)理電路、微處理器、無(wú)線模塊、其他硬件電路、PCB設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。其中信號(hào)調(diào)理電路包括：多路模擬開關(guān)、放大電路、濾波電路等，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的多路采集與調(diào)理；其他硬件電路包括電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)相關(guān)電路等。采用Altium Designer繪制了各電路原理圖并

4、進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，制作了PCB樣板并焊接了元器件，制成系統(tǒng)硬件。為實(shí)現(xiàn)硬件功能，從單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)與上位機(jī)界面設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。前者通過(guò)IAR EW430編程實(shí)現(xiàn)，主要實(shí)現(xiàn)功能包括：A/D轉(zhuǎn)換、串口通訊和控制無(wú)線收發(fā)；后者采用Visual Studio編程設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)功能包括：串口通訊、數(shù)據(jù)處理和界面顯示。
　　最后，為驗(yàn)證系統(tǒng)測(cè)量效果，進(jìn)行了準(zhǔn)靜載荷測(cè)試和運(yùn)動(dòng)測(cè)試并分析了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用砝碼進(jìn)行了準(zhǔn)靜載荷測(cè)試；通過(guò)平地步