一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，包括：溫濕度采集單元、電信號(hào)比較單元、電阻絲。本發(fā)明使用柔性電子皮膚傳感器檢測(cè)運(yùn)動(dòng)鞋鞋墊的溫濕度，以電信號(hào)的形式輸出。接著將該電信號(hào)輸入一個(gè)已經(jīng)設(shè)置閾值的電壓比較器，電壓比較器的輸出來(lái)控制電阻絲加熱電路的通斷。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、可靠性高、攜帶方便、成本低、利于產(chǎn)業(yè)化。本發(fā)明裝置，主要解決現(xiàn)在的運(yùn)動(dòng)鞋尤其籃球鞋大都不透氣，而且有很多人容易出腳汗，稍微運(yùn)動(dòng)就會(huì)造成鞋墊以及運(yùn)動(dòng)鞋里經(jīng)常是濕的問(wèn)題。本裝置可以增加了人們運(yùn)動(dòng)時(shí)的舒適感，作為一種新型的智能鞋墊裝置，具有較高的實(shí)用性。
【專利說(shuō)明】
一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及傳感器、信號(hào)處理技術(shù)等領(lǐng)域，尤其涉及一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，屬于智能可穿戴領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]智能可穿戴設(shè)備作為一種新型可穿戴設(shè)備，其研究熱度不斷提升，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛?？纱┐髟O(shè)備不僅僅是一種硬件設(shè)備，更是通過(guò)軟件支持以及數(shù)據(jù)交互、云端交互來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能，可穿戴設(shè)備將會(huì)對(duì)我們的生活、感知帶來(lái)很大的轉(zhuǎn)變。
[0003]隨著現(xiàn)在全民運(yùn)動(dòng)熱潮的不斷上漲，越來(lái)越多的人開(kāi)始從事各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，來(lái)強(qiáng)身健體，培養(yǎng)興趣，陶冶身心。隨著越來(lái)越多人參與到運(yùn)動(dòng)中來(lái)，人們對(duì)于運(yùn)動(dòng)鞋的要求也越來(lái)越高?；@球鞋、足球鞋、跑步鞋等鞋類市場(chǎng)如火如荼，各種高科技都運(yùn)用到運(yùn)動(dòng)鞋中來(lái)增加人們從事運(yùn)動(dòng)的舒適感。對(duì)于愛(ài)好籃球、長(zhǎng)跑等激烈體育運(yùn)動(dòng)的人來(lái)說(shuō)，鞋不透氣，鞋墊易濕是很大的問(wèn)題。尤其是對(duì)那些腳容易出汗的人來(lái)說(shuō)，鞋內(nèi)經(jīng)常潮濕不干簡(jiǎn)直就是噩夢(mèng)，讓很多人不能很盡興的投入到運(yùn)動(dòng)中去。而且現(xiàn)有的加熱鞋墊都是要自己去按開(kāi)關(guān)控制，操作繁瑣，做工復(fù)雜，用戶體驗(yàn)差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，用于增加人們參與運(yùn)動(dòng)的舒適度，克服了從事激烈運(yùn)動(dòng)的人經(jīng)常鞋里潮濕、鞋墊不干的不舒適感，以及習(xí)慣出腳汗的人們常年四季腳潮濕引起的各類疾病，增加了用戶體驗(yàn)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、可靠性高、攜帶方便、成本低、利于產(chǎn)業(yè)化，具有很大的實(shí)用性。
[0005]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，包括嵌于鞋墊本體內(nèi)的溫濕度采集單元、電信號(hào)比較單元和電阻絲;溫濕度采集單元、電信號(hào)比較單元和電阻絲依次連接，且均嵌于鞋墊內(nèi)；所述溫濕度采集單元包括一個(gè)恒流源和柔性電子皮膚，用于采集鞋墊的溫濕度，并以電信號(hào)的形式輸出，其中柔性電子皮膚的阻值隨著溫濕度變化，溫度或濕度越大，阻值越高，恒流源輸入后，溫濕度采集單元輸出的電信號(hào)越大。所述電信號(hào)比較單元用于將溫濕度采集單元輸出的電信號(hào)與閾值比較，通過(guò)比較結(jié)果來(lái)控制電阻絲的工作模式；當(dāng)溫濕度采集單元輸出的電信號(hào)低于閾值時(shí)，電信號(hào)比較單元輸出低電平，電熱絲處于斷開(kāi)模式；當(dāng)溫濕度采集單元輸出的電信號(hào)大于或等于閾值時(shí)，電信號(hào)比較單元輸出高電平，電熱絲處于加熱模式。
[0006]進(jìn)一步地，所述柔性電子皮膚通過(guò)以下方法制備得到:將Cu納米線-石墨烯薄膜剪出2cmX0.5cm的長(zhǎng)條，將兩端用銀膠粘上銅線，再嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)中，置于70°C鼓風(fēng)干燥箱中2h，制成柔性電子皮膚。所述Cu納米線-石墨稀薄膜的制備方法如下:
[0007](I)向20-25mL乙二醇溶液中加入20-42mgCu納米線，分散均勻后加入48-54mg抗壞血酸，分散均勻后加入3-3.SmL氧化石墨烯，移至水熱反應(yīng)釜中，將其置于120-160°C鼓風(fēng)干燥箱中反應(yīng)4-6h，再冷卻至室溫，就得到Cu納米線-石墨烯復(fù)合水凝膠。
[0008](2)將制備得到的Cu納米線-石墨烯復(fù)合水凝膠置于0.5wt%水合肼溶液中透析16h，再取出倒入150mL去離子水中分散均勻，得到懸浮液，再用砂芯過(guò)濾裝置抽濾，便得到Cu納米線-石墨稀薄膜。
[0009]進(jìn)一步地，電信號(hào)比較單元為電壓比較器，具體可采用LM339芯片，閾值電壓為I?5V。
[0010]進(jìn)一步地，溫濕度采集單元還包括運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器連接在電信號(hào)比較單元與電阻絲之間，對(duì)柔性電子皮膚輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大，放大倍數(shù)為50;電信號(hào)比較單元為電壓比較器，具體可采用LM339芯片，閾值電壓為5V。
[0011]進(jìn)一步地，運(yùn)算放大器選擇可以采用μΑ741單運(yùn)放。
[0012]本發(fā)明很好的實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)鞋墊加熱的功能，智能方便，安全可靠。本發(fā)明的柔性皮膚傳感器靈敏度高、穩(wěn)定性好，可以很好的采集鞋內(nèi)和鞋墊的溫濕度變化。鞋墊的電阻絲加熱裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，安全易實(shí)現(xiàn)，加熱速度快，加熱效果好。本發(fā)明裝置操作簡(jiǎn)單而且對(duì)人的干擾小，利于長(zhǎng)時(shí)間的重復(fù)使用。本裝置將智能控制和柔性電子皮膚很好的運(yùn)用到人們的生活中，關(guān)注人們的細(xì)微感受，改善生活質(zhì)量，提高生活品質(zhì)。
【附圖說(shuō)明】
:
[0013]圖1是本發(fā)明智能鞋墊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是智能鞋墊的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3是智能鞋墊的各部分電路連接框圖；
[0016]圖4是每隔1s用濕棉花靠近智能鞋墊，其電信號(hào)的變化波形圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0017]本發(fā)明一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，包括溫濕度采集單元、電信號(hào)比較單元、電阻絲。
[0018]所述的溫濕度采集單元，主要部件為柔性電子皮膚，柔性電子皮膚的制作方法為:將Cu納米線-石墨稀薄膜剪出2cm X 0.5cm的長(zhǎng)條，將兩端用銀膠粘上銅線，再嵌入PDMS中，置于70°C鼓風(fēng)干燥箱中2h，制成柔性電子皮膚。其中，Cu納米線-石墨烯薄膜的制備方法如下:
[0019](I)向20-25mL乙二醇溶液中加入20-42mgCu納米線，分散均勻后加入48-54mg抗壞血酸，分散均勻后加入3-3.SmL氧化石墨烯，移至水熱反應(yīng)釜中，將其置于120-160°C鼓風(fēng)干燥箱中反應(yīng)4-6h，再冷卻至室溫，就得到Cu納米線-石墨烯復(fù)合水凝膠。
[0020](2)將制備得到的Cu納米線-石墨烯復(fù)合水凝膠置于0.5wt%水合肼溶液中透析16h，再取出倒入150mL去離子水中分散均勻，得到懸浮液，再用砂芯過(guò)濾裝置抽濾，便得到Cu納米線-石墨稀薄膜。
[0021]柔性電子皮膚具有較高的靈敏性和穩(wěn)定性，其形狀和大小可以根據(jù)每個(gè)人的鞋墊的大小規(guī)格進(jìn)行定制，靈敏的采集鞋墊處溫濕度的變化。柔性電子皮膚的阻值隨著溫濕度變化，溫度或濕度越大，阻值越高，恒流源輸入時(shí)輸出的電信號(hào)越大。
[0022]本發(fā)明一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，外部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，裝置連接結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，包括嵌于鞋墊本體內(nèi)的溫濕度采集單元、電信號(hào)比較單元和電阻絲;溫濕度采集單元、電信號(hào)比較單元和電阻絲依次連接;所述溫濕度采集單元包括一個(gè)恒流源和柔性電子皮膚，用于采集鞋墊的溫濕度，并以電信號(hào)的形式輸出。所述電信號(hào)比較單元用于將溫濕度采集單元輸出的電信號(hào)與閾值比較，通過(guò)比較結(jié)果來(lái)控制電阻絲的工作模式；當(dāng)溫濕度采集單元輸出的電信號(hào)低于閾值時(shí)，電信號(hào)比較單元輸出低電平，電熱絲處于斷開(kāi)模式；當(dāng)溫濕度采集單元輸出的電信號(hào)大于或等于閾值時(shí)，電信號(hào)比較單元輸出高電平，電熱絲處于加熱模式。
[0023]所述電信號(hào)比較單元的電壓比較器芯片選擇的是LM339，閾值電壓為5V。
[0024]所述溫濕度采集單元的柔性皮膚傳感器輸出的電壓信號(hào)是非常微弱的，不能夠?qū)㈦娮杞z加熱，因此要經(jīng)過(guò)一個(gè)運(yùn)算放大器將電壓放大后才可以加熱電阻絲放熱，將鞋墊烘干。
[0025]所述運(yùn)算放大器選擇的芯片是μΑ741單運(yùn)放，放大倍數(shù)為50。
[0026]下面結(jié)合附圖并通過(guò)【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027]如圖4所示，每隔1s用濕棉花靠近一下鞋墊，從得到的信號(hào)波形形中可以明顯看出，該鞋墊的濕敏特性十分靈敏，而且穩(wěn)定性和重復(fù)性也非常好?？梢造`敏的采集溫濕度的變化并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。
[0028]具體的實(shí)施過(guò)程為:當(dāng)用戶還沒(méi)從事運(yùn)動(dòng)或在一般的狀況下，鞋里的鞋墊濕度一般，石墨烯柔性電子皮膚的電阻值較小，輸入電流時(shí)溫濕度采集單元的電壓值較小，此電壓值輸入到已經(jīng)設(shè)置閾值電壓的電壓比較器中，由于輸入電壓小于所設(shè)的閾值電壓，輸出低電平。從而基本沒(méi)有電壓輸入到后面的運(yùn)算放大器中，從而不會(huì)對(duì)鞋墊的電阻絲進(jìn)行加熱，此時(shí)處于一般的狀況下；當(dāng)用戶從事運(yùn)動(dòng)時(shí)，鞋里面的鞋墊溫度升高、濕度增加，當(dāng)濕度增加到一定程度時(shí)，石墨烯柔性電子皮膚的電阻值變大，輸入電流時(shí)溫濕度采集單元的電壓值較大，此電壓值輸入到已經(jīng)設(shè)置閾值電壓的電壓比較器中，由于輸入電壓大于所設(shè)的閾值電壓，輸出高電平。這個(gè)高電平電壓輸入到運(yùn)算放大器中將電壓進(jìn)行一定比例的放大，接著加到鞋墊的電阻絲兩端，電阻絲發(fā)熱來(lái)烘干鞋墊，當(dāng)鞋墊被烘干時(shí)，鞋墊的濕度減小，輸入電流時(shí)溫濕度采集單元的電壓值減小，此電壓值輸入到已經(jīng)設(shè)置閾值電壓的電壓比較器中，由于輸入電壓將小于所設(shè)的閾值電壓，輸出低電平，從而電阻絲的加熱被切斷，鞋墊又回到正常的狀態(tài)。就這樣，隨著鞋內(nèi)濕度的變化，鞋墊進(jìn)行自加熱和自切斷的不斷循環(huán)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于柔性電子皮膚的智能鞋墊，其特征在于:包括嵌于鞋墊本體內(nèi)的溫濕度采集單元、電信號(hào)比較單元和電阻絲;溫濕度采集單元、電信號(hào)比較單元和電阻絲依次連接，且均嵌于鞋墊內(nèi)；所述溫濕度采集單元包括一個(gè)恒流源和柔性電子皮膚，用于采集鞋墊的溫濕度，并以電信號(hào)的形式輸出，其中柔性電子皮膚的阻值隨著溫濕度變化，溫度或濕度越大，阻值越高，溫濕度采集單元輸出的電信號(hào)越大。所述電信號(hào)比較單元用于將溫濕度采集單元輸出的電信號(hào)與閾值比較，通過(guò)比較結(jié)果來(lái)控制電阻絲的工作模式；當(dāng)溫濕度采集單元輸出的電信號(hào)低于閾值時(shí)，電信號(hào)比較單元輸出低電平，電熱絲處于斷開(kāi)模式；當(dāng)溫濕度采集單元輸出的電信號(hào)大于或等于閾值時(shí)，電信號(hào)比較單元輸出高電平，電熱絲處于加熱模式。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述柔性電子皮膚通過(guò)以下方法制備得至IJ:將Cu納米線-石墨烯薄膜剪出2cmX0.5cm的長(zhǎng)條，將兩端用銀膠粘上銅線，再嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)中，置于70°C鼓風(fēng)干燥箱中2h，制成柔性電子皮膚。所述Cu納米線-石墨烯薄膜的制備方法如下: (1)向20-25mL乙二醇溶液中加入20-42mgCu納米線，分散均勻后加入48-54mg抗壞血酸，分散均勻后加入3-3.SmL氧化石墨烯，移至水熱反應(yīng)釜中，將其置于120-160 V鼓風(fēng)干燥箱中反應(yīng)4-6h，再冷卻至室溫，就得到Cu納米線-石墨烯復(fù)合水凝膠。 (2)將制備得到的Cu納米線-石墨烯復(fù)合水凝膠置于0.5wt%水合肼溶液中透析16h，再取出倒入150mL去離子水中分散均勻，得到懸浮液，再用砂芯過(guò)濾裝置抽濾，便得到Cu納米線-石墨烯薄膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，電信號(hào)比較單元為電壓比較器，具體可采用LM339芯片，閾值電壓為I?5V。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，溫濕度采集單元還包括運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器連接在電信號(hào)比較單元與電阻絲之間，對(duì)柔性電子皮膚輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大，放大倍數(shù)為50;電信號(hào)比較單元為電壓比較器，具體可采用LM339芯片，閾值電壓為5V。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，運(yùn)算放大器選擇可以采用μΑ741單運(yùn)放。
【文檔編號(hào)】A43B17/00GK105831880SQ201610173232
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月24日
【發(fā)明人】劉愛(ài)萍, 王夏華, 錢巍, 吳化平, 居樂(lè)樂(lè), 趙廷玉
【申請(qǐng)人】浙江理工大學(xué)