【跑步姿势训练鞋】No.009-作品提交

sipower

【跑步姿势训练鞋】No.009-作品提交 [复制链接]

跑步姿势训练鞋

作者：sipower

一、作品简介

现在很多人通过跑步来锻炼身体，但是怎样的跑步姿势是健康的，跑步达到什么强度是合理的，实际上关注的人不够多，长期不健康的跑步会造成很多不良后果。比如我们在跑步时全脚掌着地，或后脚跟先着地，就会对我们的骨骼和关节造成很大的冲击；如果跑步时迈八字，就会导致膝盖与脚尖不在同一个方向，加重膝关节的负担；本设计针对足部姿势设计，通过手机APP实时提示可以纠正错误的跑步姿势，从而解决由于跑步姿势错误造成的各种不良后果。

完成作品图片如下：

图1，整个作品

手机APP界面如下：

图2，APP界面

二、系统框图

本作品采用四个压力传感器采集足底的压力，通过对四个点的压力变化进行分析，识别出当前的跑步姿势，通过蓝牙将结果发到手机，训练人员就能通过实时获取的数据来对比纠正自己的跑步姿势，达到正确健康的跑步训练效果。具体的系统框图如下：

图3，系统框图

三、各部分功能说明

主控部分选用RSL10-002GEVB开发板，该板卡有4个ADC输入IO口，用来连接4个薄膜式压力传感器。传感器在鞋垫下4个方向分布，用来检测全脚掌前后左右受力情况，单片机程序通过不同的受力分布识别跑步姿势。还能够通过传感器的压力变化进行步频计算。

图4，传感器与AD的连接

本作品采用自己做的压力传感器采集足底的压力，基本思路就是用刷有一层碳粉的纸壳做个鞋垫，作为基底公共电极，传感器的另外一极用铜箔裁成小块，贴到碳粉上，压力越大，铜箔和碳粉之间接触越紧密，电阻越小，反之电阻变大，从而实现压力传感器的功能。做完的样品如下图。详细制作过程请参见我的第四贴《传感器制作和数据初级处理》。

图5，自制传感器

考虑到鞋内的电路不方便充电，而且RSL10的功耗极低，电源设计成无电池系统。发电装置为一个按压式微型发电机，此装置来自于一个自发电门铃。我保留了上面的整流，稳压，储能部分，输出接入到开发板上。在快速按压时，实测电压基本能稳定在4V以上，大概能产生0.4mA电流，用LDO降压到3.3V，能得到大约1mW的电能。大约1秒钟发一次包，勉强是够用的。实际应用中，至少应在脚掌和脚跟各装一个发电机才能保证稳定供电。连接好的样品如下图。详细测试过程请参见我的第七贴《自发电功能研究》。

图6，按压发电机与评估板连接

这里简单介绍一下分析算法的设计思路。我在足底设置了4个压力传感器，分别编号为：0,1,2,3的序号，如下图所示。在走路或跑步时，这四个点达到压力最大点的顺序是不一样的，而这个顺序，是代表了不同的脚部姿态的，比如内八字走路，0,1两点达到压力最大值要早于2，3两点；跑步时前脚掌先着地的就会是1,3先达到最大值，反之后脚跟先着地则0,2先达到最大值。只要算出这个顺序就能识别姿态。然后通过每个点的最大值的幅度，持续时间可以进一步分析姿态的合理程度。通过计算变化周期可以算出步频。详细处理过程请参见我的第五贴《姿态识别和步频计算》。

图7，脚掌的传感器位置

蓝牙通讯部分，原计划采用广播包传输数据，后经过多次调试，程序整合没有成功，最后改为用《peripheral_server》这个例程为基础，移植我写好的ADC程序，通过添加分析算法等代码实现最终的功能。程序实际运行后，从蓝牙调试APP中能够正确读到数据，如下图。详细处理过程请参见我的第六贴《蓝牙通信程序设计》。

图8，蓝牙通讯成功

最后是安卓手机APP设计。由于本人一直从事硬件相关的工作，对PC、手机软件开发不是很擅长。采用了一款不需要了解太多专业编程知识，只需要有逻辑思维就能设计安卓手机APP的工具App Inventor，由Google设计的在线开发工具，虽然不能设计处很华丽的界面，但是实现常用的各种功能没有问题。目前常用的是第二版即App Inventor2，国内建议使用WxBit 汉化增强版，扩展了好多功能，提供实例展厅，用起来更方便。代码块设计和界面设计如下图。详细设计过程请参见我的第八贴《安卓APP设计》。

图9，APP设计

四、作品源码

源代码打包中包含：RSL10的整个工程，基于App Inventor2的安卓APP的源文件，APK安装文件。链接如下：

https://download.eeworld.com.cn/detail/sipower/620028

code.zip (3.99 MB, 下载次数: 8)

五、作品功能演示视频

第一个视频为微型按压式发电机的测试演示，在快速按压的能够满足BLE通讯的电能需求。其中电脑屏幕上显示的是示波器测试到的电压变化波形，手机上运行的是BLE测试APP，屏幕上滚动到最后显示绿色的字符表示连接蓝牙成功并收到评估板发来的数据。

https://training.eeworld.com.cn/course/6092/lesson/30522/media

第二个视频是整个作品的演示，先是介绍了作品的组成，然后进行了实际使用流程的演示。为了达到较好的演示效果，电源使用充电宝供电，没有像上个视频那样疯狂按压发电机。

https://training.eeworld.com.cn/course/6092/lesson/30523/media

六、项目总结

通过本次比赛，我熟悉了RSL10这个低功耗蓝牙芯片，也学习使用了安森美的集成IDE。尤其是学习到很多BLE蓝牙的知识，为以后越来越多的蓝牙相关开发做好了知识铺垫。通过本次比赛的各种实验也证明了RSL10这个芯片的强大。同时也意识到，如果真正的要做一款好的产品，在器件选择上，电路优化上，程序设计上都需要很细致的选择，精准的调校，严谨的验证，才能收获优秀的用户体验。本次我的这个作品实现了基本功能，还比较简陋，能够优化的点还很多，希望我这个作品能起到抛砖引玉的作用，让更多用户得到启发，做出功能完善好用的产品。