一种压力自感知、自发电的智能鞋垫制造技术

本实用新型专利技术公开了一种压力自感知、自发电的智能鞋垫，它由上、下鞋垫体、鞋垫夹层、电热片、压电叠堆、蓝牙模块、功能选择开关、处理及控制模块、蓄电池、mini-USB接口等部分组成，可通过蓝牙与智能手机上的应用软件通信；本实用新型专利技术使用了压电叠堆，可不用外接传感器就可测量脚部的压力和计算行走时的步数，以监测用户的活动水平、行走健康等问题，还可产生电能，具有自发电功能；还具有手机充电功能，可为手机提供少量电能，以应对紧急情况，特别适用于在野外没有电源的地方使用；具有节能、使用方便、安装简便和低成本等优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种压力自感知、自发电的智能鞋垫，它由上、下鞋垫体、鞋垫夹层、电热片、压电叠堆、蓝牙模块、功能选择开关、处理及控制模块、蓄电池、mini-USB接口等部分组成，可通过蓝牙与智能手机上的应用软件通信；本技术使用了压电叠堆，可不用外接传感器就可测量脚部的压力和计算行走时的步数，以监测用户的活动水平、行走健康等问题，还可产生电能，具有自发电功能；还具有手机充电功能，可为手机提供少量电能，以应对紧急情况，特别适用于在野外没有电源的地方使用；具有节能、使用方便、安装简便和低成本等优点。【专利说明】—种压力自感知、自发电的智能鞋垫
本技术属于智能穿戴
，尤其涉及一种压力自感知、自发电的智能鞋垫。
技术介绍
随着现代科技的进步和人们生活质量的提高，人们开始对我们的日常穿戴提出了更高的要求，因此智能穿戴发展迅速，智能鞋垫就是其中的一种。杨慎达等人的专利“一种医用智能测试调节负重量的鞋垫(No:201010216224.8) ”公开了一种医用智能测试调节负重量的鞋垫，它由放在鞋垫内部的压力采集传感器和外接的信号处理器组成，该专利技术可实时检测负重量，根据测量值调节负重量大小，便于患者术后康复锻炼；郑斌等人的专利“一种测定行走步态的智能鞋垫及方法(No:201310105338.9) ”与杨慎达等人的专利相似，它通过压力传感器可随时测定使用者的行走步态，使人们能够及时了解自身的足部情况；姬自生的专利“电热鞋垫(No:200620092588.9)”、刘祖学的专利“多功能电热鞋垫(No:201220040833.7) ”、吕维克的专利“电热鞋垫(No =200620157092.5) ”和周挺的专利“低压电热鞋垫(No =201320076984.2) ”分别从不同的角度提出了一种可产生热量的电热鞋垫；3L Lab在2014国际消费电子展(CES)上推出的鞋垫具备了三轴加速计和八个压力传感器，能够监测用户的活动水平、行走健康等问题，还支持无线充电，其售价约200美元。以上智能鞋垫和现有的智能鞋垫均需要自带大容量蓄电池或外接电源才能实现其功能，并且要在鞋垫内部集成各种传感器，这必然导致鞋垫的安全性受到质疑，成本会也比较高。 研究表明压电陶瓷受到挤压时可产生电，当对其进行周期性的挤压时，可产生同频率的周期性的电信号，并且挤压时力越大，产生的电信号的幅值越大，对应的电能也越多。翟振明等人的专利“一种鞋垫式步行输入传感装置”所用的压电传感器正是利用了压电陶瓷片的压电效应，将应力(或应变)转换成电压或电荷，再通过放大进行放大和输出的装置。翟振明等人利用了压电陶瓷输出电压或电荷与其所受应力存在相关性的特点，但并未提及和利用压电陶瓷输出电压的周期与人行走时步调相关的特点，即可以通过测量压电陶瓷输出电压的周期数间接得到人行走的步数，本技术正是基于这一原理对现有技术进行了改进和专利技术，通过相应的处理电路测得压电陶瓷所产生电信号的周期数和幅值，产生的电能还可以收集起来给处理电路供电。
技术实现思路
针对现有智能鞋垫存在的问题和压电陶瓷的压电效应，本技术公开了一种压力自感知、自发电的智能鞋垫。 为实现上述目的，本技术采用的技术方案为: 一种压力自感知、自发电的智能鞋垫，包括:上、下鞋垫体、鞋垫夹层、电热片、压电叠堆、蓝牙模块、功能选择开关、处理及控制模块、蓄电池、min1-USB接口、智能手机应用软件。 所述上、下鞋垫体为智能鞋垫的上表面和下表面，用于保护鞋垫内的电路和元器件；其中上表面与人的脚接触，下表面与鞋底接触；两鞋垫体边沿均分别为两条可配对的拉链链带，可通过拉链将上下鞋垫体连接在一起，并形成一个封闭空间，用于放置智能鞋垫的其它部分。 所述鞋垫夹层为介于上鞋垫体和下鞋垫体之间的一个夹层，略小于上、下鞋垫体，放置于上下鞋垫体形成的封闭空间内；其相应位置已经掏空，用于固定智能鞋垫内部的电路和元器件。 所述电热片为鞋形低压电热片，略小于鞋垫夹层，置于上鞋垫体和鞋垫夹层之间，与处理及控制模块相连，用于对鞋子内部加热和保暖。 所述压电叠堆为本智能鞋垫的核心部件，由若干个压电陶瓷片并联组成，固定在鞋垫夹层脚掌或脚后跟位置，用于检测脚部压力、计算步数和给本智能鞋垫提供电能；其输出分为两路，一路用于给蓄电池充电，另一路经过处理后进入微处理器的模数转换引脚，用于计算脚步压力和行走步数。 所述蓝牙模块为集成的小型蓝牙从机模块，通过串行通信接口与控制器相连，与运行在智能手机上的蓝牙应用软件配套使用，可实现智能鞋垫与智能手机之间的通信。 所述功能选择开关为一个六触点单通的旋钮开关，用于控制智能鞋垫的各项功能，如接通电源、开启或关断加热功能、开启或关断蓝牙功能等。 所述处理及控制模块包括:整形及电压转换电路、蓄电池充放电模块、稳压模块和微控制器及其外围电路。所述整形及电压转换作用是将压电叠堆输出的交流电转换为正5V的直流电,其直流电输出端与蓄电池充放电模块的电源输入端相连，可将电能输入到蓄电池充放电模块；所述蓄电池充放电模块作用是收集压电叠堆输出的电能用于对蓄电池充电，同时也可将蓄电池内部存储的电能释放出来，对蓄电池起到保护作用，如充电时可根据电池的特性选恒流或恒压方式充电，放电时可输出稳定的电压，有过充或过放保护等；稳压模块作用是将蓄电池充放电模块的输出电压稳定在微控制器的供电电压范围内；所述微控制器及其外围电路为单片机最小系统电路和与其它模块的接口电路。 所述蓄电池为小容量聚合物锂电池，其作用是收集压电叠堆产生的电能并且给其它用电部分供电；由于本技术所用的压电叠堆可以在人们行走时产生电能，可随时给蓄电池充电，所以本技术可以使用容量更小的蓄电池，这样不仅能减少成本，还能减小鞋垫的体积和质量，同时也能提高系统安全性(大容量电池在发生泄露或爆炸时危害更大)。 所述min1-USB接口分为输入接口和输出接口，分别与蓄电池充放电模块的电能输入端和电能输出端相连；min1-USB输入接口可连接充电器，从外部对蓄电池充电，min1-USB输出接口可在紧急情况下对手机进行充电。 所述智能手机应用软件为安装在智能手机上的应用程序，智能手机必须具有蓝牙功能才能使用本软件；在手机和本智能鞋垫均开启蓝牙功能后运行本应用软件，完成蓝牙配对后，可通过该软件对智能鞋垫进行监控。 上述智能鞋垫的实现方法，包括如下步骤: 1、鞋垫夹层上相应的位置已掏空，将压电叠堆、蓝牙模块、功能选择开关、处理及控制模块、蓄电池、min1-USB接口等固定在相应的位置上，并按照前文所述方法进行连接； 2、将电热片连接到鞋垫夹层上的处理及控制模块上，并平铺于鞋垫夹层之上，将电热片连同鞋垫夹层及其之上的电路和元器件放入上下鞋垫之间，拉上上下鞋垫上的拉链，使之形成一个完整的智能鞋垫； 3、将智能鞋垫置于合适的鞋子内，当用户行走时，就会踩压鞋垫，鞋垫内部的压电叠堆就会产生与人行走步调一致的周期性电信号，并且踩压鞋垫的力越大时，电信号的幅值就会越大，产生的电能也就越多；智能鞋垫内部的处理电路可对该电信号进行测量，得到相应的周期数和幅值，并且通过相应电路对该电能进行收集；微处理器可根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力自感知、自发电的智能鞋垫，其特征在于：拉链将上鞋垫体(1)和下鞋垫体(10)连接在一起形成一个封闭空间，智能鞋垫其它部分包围在其内部；鞋垫形电热片(2)，置于上鞋垫体(1)和鞋垫夹层(10)之间，其加热控制信号由微处理器给出；鞋垫夹层(3)，固定智能鞋垫内部的电气元件和电路板；压电叠堆(4)，置于鞋垫夹层(3)前部，检测脚部压力、计算步数，并为本智能鞋垫提供电能；蓝牙模块(5)，置于鞋垫夹层(3)右后方；功能选择开关(6)，置于鞋垫夹层(3)右后方，是一个六触点单通的旋钮开关，控制电源通断和功能选择；处理及控制模块(7)，置于鞋垫夹层(3)后部，所有元器件均集成在一块可弯曲的电路板上，实现智能鞋垫的相关处理和控制功能；小容量蓄电池(8)，置于鞋垫夹层(3)左后方；mini USB接口(9)，也置于鞋垫夹层(3)左后方，但在小容量蓄电池(8)前面，分为输入接口和输出接口；智能手机(11)，运行本专利技术配套的应用软件，通过蓝牙实现对智能鞋垫的实时监控。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁亮，李新波，高伟，刘建芳，周秀文，付云博，刘维帅，石要武，吴越，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22