[發(fā)明專利]一種基于摩擦納米發(fā)電機的多功能運動計數(shù)傳感器

有效

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• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111121816B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設計）人: 程廣貴;劉啟;丁建寧;潘立人;張忠強
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01C22/00
• 分類號: G01C22/00;H02N1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于摩擦納米發(fā)電機的多功能運動計數(shù)傳感器，其特征在于，所述多功能運動計數(shù)傳感器包括摩擦納米發(fā)電機，信號檢測電路，單片機1，單片機2，電源電路，藍牙主模塊，藍牙從模塊以及顯示屏；摩擦納米發(fā)電機從下至上主要由基底，彈性導電層以及第一摩擦層組成，導線從彈性導電層引出；安裝兩片摩擦納米發(fā)電機在同一個鞋墊上，其中摩擦納米發(fā)電機的形狀與鞋墊的形狀匹配，一片通過導線與單片機1的電源電路相連，并經(jīng)過整流處理之后給單片機1及藍牙主模塊供電，實現(xiàn)自供能；另一片用于檢測運動姿勢并計數(shù)；當人體運動時，摩擦納米發(fā)電機收集運動產(chǎn)生的能量并發(fā)出電信號，通過信號檢測電路判斷電壓的大小，由此判斷人體運動姿勢，然后將檢測到的0、1信號輸入單片機1，單片機1將信號輸送給藍牙主模塊，藍牙主模塊與藍牙從模塊實現(xiàn)無線通信，再通過藍牙從模塊將信號傳輸給單片機2，最后控制顯示屏分別顯示走路和跑步的步數(shù)；所述摩擦納米發(fā)電機的制備方法如下：首先，將Ecoflex00-30硅橡膠的組分A和B以1：1的質(zhì)量比均勻混合在一起，使用丙烯酸片材作為基材，設定涂膜器的厚度，將硅橡膠混合物放在烘膠臺上，第一次固化；同時制備兩片半固化硅橡膠膜，一片用作硅橡膠膜基底，另一片用于制備第一摩擦層；其次，將碳納米管和石墨顆粒加入到乙醇中并超聲攪拌，然后將碳納米管和石墨顆粒的混合物倒入將Ecoflex00-30硅橡膠的組分A和B以1：1的質(zhì)量比均勻混合的硅橡膠中以制備導電彈性體混合物，攪拌均勻并真空脫氣后，以kapton膠帶作為掩膜版，將制備的導電彈性體混合物倒入已經(jīng)半固化的硅橡膠薄基底上，第二次固化，制備半固化的彈性導電層；然后用Ag膠將銅線膠合在彈性導電層，以此作為導線；同時，采用熱壓印法將砂紙微圖案復制到用于制備第一摩擦層的半固化硅橡膠膜表面，并以此作為第一摩擦層；最后將制備帶有砂紙微圖案的第一摩擦層放置于半固化的彈性導電層，第三次固化；設定涂膜器的厚度為0.4mm；第一次固化是在80℃下固化30分鐘；碳納米管和石墨顆粒加入到乙醇中超聲攪拌的時間為20分鐘；導電彈性體混合物中，碳納米管，石墨顆粒和硅橡膠的重量比為1：4：100；第二次固化是在80℃下固化15分鐘；第三次固化是在80℃固化1個小時；所述砂紙采用鷹牌5000目砂紙。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于摩擦納米發(fā)電機的多功能運動計數(shù)傳感器，其特征在于，所述單片機1及單片機2均設有外圍電路，外圍電路均由電源電路、晶振以及復位電路組成。

3.如權(quán)利要求2所述的一種基于摩擦納米發(fā)電機的多功能運動計數(shù)傳感器，其特征在于，所述電源電路包括變壓器、整流橋、電容以及穩(wěn)壓管，單片機1的電源電路用以將摩擦納米發(fā)電機產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)化為5V的直流電，給單片機1和藍牙主模塊供電；通過單片機2的復位電路將整個系統(tǒng)以及顯示屏初始化。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于摩擦納米發(fā)電機的多功能運動計數(shù)傳感器，其特征在于，所述顯示屏采用LCD顯示屏或者LED顯示屏。

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于摩擦納米發(fā)電機的多功能運動計數(shù)傳感器，其特征在于，所述信號檢測電路包括二極管、電阻以及運算放大器；首先，將摩擦納米發(fā)電機產(chǎn)生的電信號通過二極管變成單向電流，然后輸入到運算放大器的同相端，運算放大器的反向端通過分壓電路設置為固定值20V，將同相端的電壓與反向端的電壓進行比較，當電壓高于20V時，運算放大器輸出端為高電平，此時為跑步狀態(tài)；當電壓低于20V時，輸出端為低電平，此時為走路狀態(tài)。

6.如權(quán)利要求1所述的一種基于摩擦納米發(fā)電機的多功能運動計數(shù)傳感器，其特征在于，信號檢測電路的輸出端與單片機1的P1.0口相連，所述單片機1為89C51單片機；將單片機1檢測到的0,1信號輸送給藍牙主模塊，藍牙主模塊與藍牙從模塊實現(xiàn)無線通信，再通過藍牙從模塊將信號傳輸給單片機2，最后控制顯示屏分別顯示走路和跑步的步數(shù)。

7.如權(quán)利要求1所述的一種基于摩擦納米發(fā)電機的多功能運動計數(shù)傳感器，其特征在于，摩擦納米發(fā)電機，信號檢測電路，單片機1，電源電路及藍牙主模塊直接集成并安裝在鞋墊上，單片機2，藍牙從模塊以及顯示屏集成于手表上，手表直接佩戴在手上，并實時觀測數(shù)據(jù)；單片機2、藍牙從模塊由電池供電。