[发明专利]一种基于摩擦纳米发电机的多功能运动计数传感器

权利要求书

1.一种基于摩擦纳米发电机的多功能运动计数传感器，其特征在于，所述多功能运动计数传感器包括摩擦纳米发电机，信号检测电路，单片机1，单片机2，电源电路，蓝牙主模块，蓝牙从模块以及显示屏；摩擦纳米发电机从下至上主要由基底，弹性导电层以及第一摩擦层组成，导线从弹性导电层引出；安装两片摩擦纳米发电机在同一个鞋垫上，其中摩擦纳米发电机的形状与鞋垫的形状匹配，一片通过导线与单片机1的电源电路相连，并经过整流处理之后给单片机1及蓝牙主模块供电，实现自供能；另一片用于检测运动姿势并计数；当人体运动时，摩擦纳米发电机收集运动产生的能量并发出电信号，通过信号检测电路判断电压的大小，由此判断人体运动姿势，然后将检测到的0、1信号输入单片机1，单片机1将信号输送给蓝牙主模块，蓝牙主模块与蓝牙从模块实现无线通信，再通过蓝牙从模块将信号传输给单片机2，最后控制显示屏分别显示走路和跑步的步数；所述摩擦纳米发电机的制备方法如下：首先，将Ecoflex00-30硅橡胶的组分A和B以1：1的质量比均匀混合在一起，使用丙烯酸片材作为基材，设定涂膜器的厚度，将硅橡胶混合物放在烘胶台上，第一次固化；同时制备两片半固化硅橡胶膜，一片用作硅橡胶膜基底，另一片用于制备第一摩擦层；其次，将碳纳米管和石墨颗粒加入到乙醇中并超声搅拌，然后将碳纳米管和石墨颗粒的混合物倒入将Ecoflex00-30硅橡胶的组分A和B以1：1的质量比均匀混合的硅橡胶中以制备导电弹性体混合物，搅拌均匀并真空脱气后，以kapton胶带作为掩膜版，将制备的导电弹性体混合物倒入已经半固化的硅橡胶薄基底上，第二次固化，制备半固化的弹性导电层；然后用Ag胶将铜线胶合在弹性导电层，以此作为导线；同时，采用热压印法将砂纸微图案复制到用于制备第一摩擦层的半固化硅橡胶膜表面，并以此作为第一摩擦层；最后将制备带有砂纸微图案的第一摩擦层放置于半固化的弹性导电层，第三次固化；设定涂膜器的厚度为0.4mm；第一次固化是在80℃下固化30分钟；碳纳米管和石墨颗粒加入到乙醇中超声搅拌的时间为20分钟；导电弹性体混合物中，碳纳米管，石墨颗粒和硅橡胶的重量比为1：4：100；第二次固化是在80℃下固化15分钟；第三次固化是在80℃固化1个小时；所述砂纸采用鹰牌5000目砂纸。

2.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的多功能运动计数传感器，其特征在于，所述单片机1及单片机2均设有外围电路，外围电路均由电源电路、晶振以及复位电路组成。

3.如权利要求2所述的一种基于摩擦纳米发电机的多功能运动计数传感器，其特征在于，所述电源电路包括变压器、整流桥、电容以及稳压管，单片机1的电源电路用以将摩擦纳米发电机产生的交流电转化为5V的直流电，给单片机1和蓝牙主模块供电；通过单片机2的复位电路将整个系统以及显示屏初始化。

4.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的多功能运动计数传感器，其特征在于，所述显示屏采用LCD显示屏或者LED显示屏。

5.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的多功能运动计数传感器，其特征在于，所述信号检测电路包括二极管、电阻以及运算放大器；首先，将摩擦纳米发电机产生的电信号通过二极管变成单向电流，然后输入到运算放大器的同相端，运算放大器的反向端通过分压电路设置为固定值20V，将同相端的电压与反向端的电压进行比较，当电压高于20V时，运算放大器输出端为高电平，此时为跑步状态；当电压低于20V时，输出端为低电平，此时为走路状态。

6.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的多功能运动计数传感器，其特征在于，信号检测电路的输出端与单片机1的P1.0口相连，所述单片机1为89C51单片机；将单片机1检测到的0,1信号输送给蓝牙主模块，蓝牙主模块与蓝牙从模块实现无线通信，再通过蓝牙从模块将信号传输给单片机2，最后控制显示屏分别显示走路和跑步的步数。

7.如权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的多功能运动计数传感器，其特征在于，摩擦纳米发电机，信号检测电路，单片机1，电源电路及蓝牙主模块直接集成并安装在鞋垫上，单片机2，蓝牙从模块以及显示屏集成于手表上，手表直接佩戴在手上，并实时观测数据；单片机2、蓝牙从模块由电池供电。