基于PVDF壓電薄膜的“智能鞋墊”測試分析系統(tǒng)研究.pdf

1、近幾十年，由于傳感技術、計算機技術及電子技術的不斷進步，以及人們對健康穿鞋的日漸重視，足底壓力測量技術得到了迅速發(fā)展，并且普遍應用于步態(tài)分析、鞋體設計、臨床醫(yī)療等眾多領域。本文設計了一種基于PVDF壓電薄膜用于足底壓力測量的“智能鞋墊”測試分析系統(tǒng)。系統(tǒng)采用MSP430系列單片機作為核心處理器，輔以nRF24L01無線模塊實現數據的處理與無線傳輸，最后在由Visual Studio編程設計的上位機界面上實現數據的進一步處理與實時顯示。<

2、br>　　論文首先簡述了足壓測量技術的研究意義及趨勢，回顧了該技術的分類及原理，總結了國內外研究現狀及發(fā)展過程，分析了國內外研究的優(yōu)缺點，指出了當前該技術的研究和應用方面存在的不足，在此基礎上提出了本文的主要研究內容。接著從壓電效應、材料參數和材料分類等方面介紹了壓電材料并闡述其傳感原理。結合本系統(tǒng)需求，選用PVDF壓電薄膜并闡述了其特性及優(yōu)勢?；谄漭敵鲂盘栁⑷?，但具有良好的壓電線性度等特性，采用雙層PVDF薄膜進行傳感器設計以提高壓

3、電輸出。利用ANSYS Workbench對其進行壓電仿真分析，并進行了電壓實驗，結合足部生物力學及測量需求設計了傳感器足底分布圖。
　　然后結合系統(tǒng)需求，從信號調理電路、微處理器、無線模塊、其他硬件電路、PCB設計等方面進行了系統(tǒng)硬件設計。其中信號調理電路包括：多路模擬開關、放大電路、濾波電路等，可實現信號的多路采集與調理；其他硬件電路包括電源電路、單片機最小系統(tǒng)相關電路等。采用Altium Designer繪制了各電路原理圖并

4、進行PCB設計，制作了PCB樣板并焊接了元器件，制成系統(tǒng)硬件。為實現硬件功能，從單片機軟件設計與上位機界面設計兩方面進行了系統(tǒng)軟件設計。前者通過IAR EW430編程實現，主要實現功能包括：A/D轉換、串口通訊和控制無線收發(fā)；后者采用Visual Studio編程設計，主要實現功能包括：串口通訊、數據處理和界面顯示。
　　最后，為驗證系統(tǒng)測量效果，進行了準靜載荷測試和運動測試并分析了實驗數據。利用砝碼進行了準靜載荷測試；通過平地步