CN104489996A - 一种自供能智能运动鞋 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自供能智能运动鞋，包括压电俘能装置，压电俘能装置包括压电单元1和压电薄膜叠层2，压电单元1由压电材料3和两块凸形弹性金属片4组成，弹性金属片4粘接在压电材料3两侧，压电单元1设有多个，多个压电单元1叠放在运动鞋5鞋底的鞋跟部位，压电薄膜叠层2为多层PVDF压电薄膜6与金属薄片7粘接叠加，压电单元1和压电薄膜叠层2与控制主板8的电源管理模块9电连接，电源管理模块9为集成于控制主板8的主控芯片10、运动传感器11、无线传输模块12和安置于运动鞋5鞋面的LCD屏幕13供电；本发明克服了现有智能鞋不能对日常运动进行管理的问题，并将运动中能量进行收集，为智能运动鞋供电，更加方便可靠。

Description

一种自供能智能运动鞋
[技术领域]
本发明涉及自供能智能技术领域，具体地说是一种自供能智能运动鞋。
[背景技术]
目前，人们尤其是都市白领越来越注重自身的健康问题。但由于工作时间繁忙，人们往往用于体育锻炼的时间很少。而且运动也需要适量，以免过度伤害身体。所以人们需要对体育运动科学规划和管理，使人们在有限的时间达到最佳健身效果。为了使用方便，将科学规划管理运动功能集成到运动鞋，可以在许多适合人们的运动中发挥作用，如跑步、打球等，使我们日常穿戴的运动鞋变成智能化的运动管家。
虽然已有一些厂家研制了具有一定智慧功能的运动鞋，如Adidas 2005年研制的智能鞋配置了智能避震系统，以及Nike在2012年参加上海展会的时展示了两种智能运动鞋。这两款运动鞋通过将配备数码科技的鞋款与互动式移动应用程序相结合，可以记录用户的运动数据，再通过无线数据传输发送到用户的移动设备中。2014年9月28日，意大利著名设计品牌Vibram与联想在北京设计周联合举行发布会，展示了智能鞋VL1.0，鞋内嵌入的智能芯片和传感器，通过APP由智能手机控制在鞋上实现诸如GPS导航、遥远控制和来电提示等功能。尽管如此，许多所谓智能鞋几乎都需要与智能手机连接才能实现智能化功能，而且暂时没发现专为人们日常运动提供比较系统的智能化管理功能的智能运动鞋。
而且物品智能化存在一个关键问题，即供能问题。如果一个物品需要提供能源，首先说明它还不够智能，如果能源耗尽，则无法发挥作用。而且如果物品智能化需要额外提供能源，虽然给我们的生活带来了方便，但也势必加剧目前已经很严重的能源危机和环境恶化问题。所以实现自供能智能化很关键。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种自供能智能运动鞋，克服了现有智能鞋不能对日常运动进行管理的问题，并将运动中能量进行收集，为智能运动鞋供电，不仅更加方便可靠，而且绿色环保。
为实现上述目的设计一种自供能智能运动鞋，包括压电俘能装置，所述压电俘能装置包括压电单元1和压电薄膜叠层2，所述压电单元1由压电材料3和两块凸形弹性金属片4组成，所述弹性金属片4粘接在压电材料3的两侧，所述压电单元1设有多个，所述多个压电单元1叠放在运动鞋5鞋底的鞋跟部位，所述压电薄膜叠层2为多层PVDF压电薄膜6与金属薄片7粘接叠加，所述压电薄膜叠层2安置于运动鞋5鞋底上面，所述压电单元1、压电薄膜叠层2均与控制主板8的电源管理模块9电连接，所述控制主板8安装在运动鞋5鞋底的中间部位，所述电源管理模块9为集成于控制主板8上的主控芯片10、运动传感器11、无线传输模块12以及安置于运动鞋5)鞋面的LCD屏幕(13)供电。
所述电源管理模块9包括能量回收电路、电源管理芯片(14)和可充电电池(15)，所述电源管理芯片(14)和可充电电池(15)集成于控制主板8上。
所述运动传感器11为三轴加速度传感器、压力传感器和温度传感器中的一种或多种。
所述主控芯片10用于存储控制程序。
所述无线传输模块12为低功耗蓝牙芯片。
所述无线传输模块12为整合802.11n Wi-Fi、蓝牙4.0+HS、GPS、FM于一体的四合一无线连接芯片。
本发明同现有技术相比，结构新颖、简单，设计合理，通过在运动鞋内置压电俘能装置，包括置于鞋跟部位的叠加压电单元和鞋前部的PVDF压电薄膜叠层，压电俘能装置回收运动产生的能量，通过能量回收电路处理后给可充电电池充电，如此运动鞋实现智能化可以不依赖外部能源，更加方便可靠而且绿色环保。运动鞋内置主控芯片可依据人体身体数据如体重、身高等，通过存储的科学运动公式计算规划运动计划并反馈给运动者；主控芯片依据实时运动传感器采集的运动数据，计算评估人体运动状况，如运动强度，消耗卡路里等，并可与设定运动计划进行比较，反馈给运动者；运动鞋内置无线传输模块，包含一种或一种以上的传输模块，如蓝牙模块、3G信号传输模块等。蓝牙模块与蓝牙耳机信息交互，通过语音输出和蓝牙耳机的按键输入配合实现人机交互。蓝牙模块还可以与便携式智能设备信息交互，为功能拓展提供便利，比如将运动数据通过智能手机分享至微信朋友圈或微博等社交媒体中与朋友进行交流；3G信号传输模块可以实现长距离通讯，当运动者出现紧急情况，如摔倒便可以发送信息到预先设定手机，GPS模块能为救护人员提供位置信息。而且因为压电俘能装置产生的电量与脚对鞋的压迫有关，所以压电俘能装置可以作为采集运动强度数据的传感器。
[附图说明]
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中压电单元的结构示意图；
图3是本发明中压电叠层的结构示意图；
图4是本发明中控制主板的结构示意图；
图5是本发明的基本控制流程示意图；
图中：1、压电单元 2、压电薄膜叠层 3、压电材料 4、弹性金属片 5、运动鞋 6、PVDF压电薄膜 7、金属薄片 8、控制主板 9、电源管理模块 10、主控芯片 11、运动传感器 12、无线传输模块 13、LCD屏幕 14、电源管理芯片 15、可充电电池。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作以下进一步说明：
如附图所示，本发明包括：压电俘能装置，压电俘能装置包括压电单元1和压电薄膜叠层2，压电单元1由压电材料3和两块凸形弹性金属片4组成，弹性金属片4粘接在压电材料3的两侧，压电单元1设有多个，多个压电单元1叠放在运动鞋5鞋底的鞋跟部位，压电薄膜叠层2为多层PVDF压电薄膜6与金属薄片7粘接叠加，压电薄膜叠层2安置于运动鞋5鞋底上面，压电单元1、压电薄膜叠层2均与控制主板8的电源管理模块9电连接，控制主板8安装在运动鞋5鞋底的中间部位，电源管理模块9为集成于控制主板8上的主控芯片10、运动传感器11、无线传输模块12以及安置于运动鞋5)鞋面的LCD屏幕(13)供电；其中，电源管理模块9包括能量回收电路、电源管理芯片(14)和可充电电池(15)，电源管理芯片(14)和可充电电池(15)集成于控制主板8上；运动传感器11为三轴加速度传感器、压力传感器和温度传感器等的一种或多种；主控芯片10用于存储运动管理程序；无线传输模块12可以选用低功耗蓝牙芯片，也可以为整合802.11n Wi-Fi、蓝牙4.0+HS、GPS、FM于一体的四合一无线连接芯片，通过蓝牙耳机实现人机交互。
运动者穿上自供能智能运动鞋运动时，当脚踏向地面，压迫压电单元1和压电叠层2，当脚离开地面，放松对压电单元1和压电叠层2的压迫，因此压电单元1和压电叠层2可以持续回收运动产生的能量，通过能量回收电路处理后给可充电电池充电。如此电源管理模块9可以不依赖外部能源，更加方便可靠而且绿色环保。而且因为压电单元1和压电叠层2产生的电量与脚对鞋的压迫有关，所以压电单元1和压电叠层2可以作为采集运动强度数据的传感器。
电源管理模块9为集成于控制主板8的主控芯片10、运动传感器11、无线传输模块12和安置于运动鞋5鞋面的LCD屏幕13供电。运动传感器11可以测量人体数据如体重、步长等，主控芯片10可以判断运动者身体状况如瘦、适中、胖和严重肥胖等，通过存储的科学运动公式规划运动计划并提醒运动者；主控芯片10依据实时运动传感器11采集的运动数据，计算评估运动状况，如运动强度，消耗卡路里等，并可与设定运动计划进行比较，反馈给运动者；无线传输模块12，包含一种或一种以上的传输模块，如蓝牙模块、3G信号传输模块等。蓝牙模块与蓝牙耳机信息交互，通过语音输出和蓝牙耳机(市售商品)的按键(确认键、音量增加键和音量减小键)输入配合实现人机交互。LCD屏幕13可以显示主控芯片输出信息。压电单元1和压电叠层2始终处于回收电量工作状态，其他部分则可以自动进入休眠状态。
本发明功能可以拓展，比如将运动数据通过智能手机分享至微信朋友圈或微博等社交媒体中与朋友进行交流；3G信号传输模块可以实现长距离通讯，当运动者出现紧急情况，如摔倒便可以发送信息到预先设定手机，GPS模块能为救护人员提供位置信息。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自供能智能运动鞋，其特征在于：包括压电俘能装置，所述压电俘能装置包括压电单元(1)和压电薄膜叠层(2)，所述压电单元(1)由压电材料(3)和两块凸形弹性金属片(4)组成，所述弹性金属片(4)粘接在压电材料(3)的两侧，所述压电单元(1)设有多个，所述多个压电单元(1)叠放在运动鞋(5)鞋底的鞋跟部位，所述压电薄膜叠层(2)为多层PVDF压电薄膜(6)与金属薄片(7)粘接叠加，所述压电薄膜叠层(2)安置于运动鞋(5)鞋底上面，所述压电单元(1)、压电薄膜叠层(2)均与控制主板(8)的电源管理模块(9)电连接，所述控制主板(8)安装在运动鞋(5)鞋底的中间部位，所述电源管理模块(9)为集成于控制主板(8)上的主控芯片(10)、运动传感器(11)、无线传输模块(12)以及安置于运动鞋(5)鞋面的LCD屏幕(13)供电。
2.如权利要求1所述的自供能智能运动鞋，其特征在于：所述电源管理模块(9)包括能量回收电路、电源管理芯片(14)和可充电电池(15)，所述电源管理芯片(14)和可充电电池(15)集成于控制主板(8)上。
3.如权利要求2所述的自供能智能运动鞋，其特征在于：所述运动传感器(11)为三轴加速度传感器、压力传感器和温度传感器中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的自供能智能运动鞋，其特征在于：所述主控芯片(10)用于存储运动管理程序。
5.如权利要求1至4中任一项所述的自供能智能运动鞋，其特征在于：所述无线传输模块(12)为低功耗蓝牙芯片。
6.如权利要求1至4中任一项所述的自供能智能运动鞋，其特征在于：所述无线传输模块(12)为整合802.11n Wi-Fi、蓝牙4.0+HS、GPS、FM于一体的四合一无线连接芯片。
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