CN104977042A - 基于运动发电的便携式智能监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于运动发电的便携式智能监测装置，置于穿戴物内，具有一个控制器、一个用于采集使用者运动信息的运动传感器、一个用于采集使用者位置信息的GPS定位器、运动发电模块连接控制器，用于通过使用者运动对控制器供电；运动传感器连接控制器，用于将采集的使用者运动信息信号输入控制器，控制器用于处理运动者的运动量、运动时间、运动强度、健康状态信息，并通过WIFI模块将运动状态信息数据发送到网络服务器和使用者的手机APP端；GPS定位器连接控制器，将采集的使用者位置信息数据通过使用者的手机APP端和WIF发送到网络服务器，用于监护者查看用户的位置信息，从而更好的照顾被监护人。

Description

基于运动发电的便携式智能监测装置

技术领域

    本发明涉及一种智能监测装置，尤其是一种可实现穿戴者运动状态和位置定位等监测功能的智能监测装置。

背景技术

现有的大多穿戴设备，如智能手环等等，这些设备都需要在使用一段时间内进行充电不能实现超长时间待机的问题；并且这些穿戴设备不具备定位功能，不能实现对用户运动状态及位置信息的反馈等功能，例如：户外运动者和需要照顾的弱势群体不能实现实时监护。

另外，现有的穿戴设备的数据采集采用的是实时采集，但在实际使用中，实时数据并不是必须的，这会造成资源浪费，这种浪费带来的后果是，增加了硬件设备的功耗，使得穿戴设备的电池使用时间下降，每次充电使用时间缩短，用户需要不断充电，才能使用穿戴设备，这导致用户对设备的体验舒适感大大下降。

发明内容

本发明是要提供一种基于运动发电的便携式智能监测装置，该装置将运动感应发电与定位技术融合使其便携化。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于运动发电的便携式智能监测装置，置于穿戴物内，具有一个控制器、一个用于采集使用者运动信息的运动传感器、一个用于采集使用者位置信息的GPS定位器、一个运动发电模块，所述运动发电模块连接控制器，用于通过使用者运动对控制器供电；所述运动传感器连接控制器，用于将采集的使用者运动信息信号输入控制器，所述控制器用于处理运动者的运动量、运动时间、运动强度、健康状态信息，并通过WIFI模块将运动状态信息数据发送到网络服务器和使用者的手机APP端；所述GPS定位器连接控制器，将采集的使用者位置信息数据通过使用者的手机APP端和WIF模块发送到网络服务器，用于监护者查看用户的位置信息，从而更好的照顾被监护人。

所述运动发电模块包括运动发电机构、电路整流及电池充电模块、电压检测电路，所述运动发电机构通过电路整流及电池充电模块和电压检测电路连接控制器，所述电压检测电路用于检测锂电池的电压，所述控制器连接电路整流及电池充电模块，用于控制电路整流及电池充电模块充放电。

所述智能监测装置嵌入穿戴物，所述穿戴物为运动鞋或背包或帽子或皮带。

所述智能监测装置配备650mAh的锂电池。

本发明的有益效果：1、用户只要穿上嵌入智能监测装置的运动鞋、背包、帽子、皮带等穿戴物，就可以实现运动状态和位置定位等监测功能，使用方便，易于被用户接受。2、用户不必按时对设备充电，只需要穿着嵌入智能监测装置的运动鞋、背包、帽子、皮带等穿戴物活动，就能实现智能监测装置的充电，不必为忘记充电或者设备没电了而烦恼，影响用户使用感受。3、现有设备对用户运动数据采集过多，数据实际使用率不高，造成设备功耗增加，待机时间下降，本装置将用户运动数据采集降到每分钟一次，并且引入了运动状态估计（估计规则）为设备提供运动状态数据，通过以上措施来降低设备功耗，是电池达到最佳使用状态；4、市面上销售的穿戴设备中并未采用定位技术，已及位置定位信息查询的功能，本设备可以为户外运动者和需要照顾的弱势群体，在户外运动时提供位置定位信息，为监护人提供帮助，保障生活安全。

附图说明

图1是本发明的智能监测装置系统框图；

图2是智能监测装置嵌入运动鞋中的示意图；

图3是智能监测装置嵌入背包中的示意图；

图4是运动感应发电模块结构示意图；

图5是智能监测装置使用流程框图；

图6是智能监测装置主视图；

图7是图6的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图7所示，本发明的基于运动发电的便携式智能监测装置，采用运动感应发电技术与定位技术融合到便携式设备中，本便携式智能监测装置10可以可嵌入在运动鞋、背包、帽子、皮带等穿戴物中，实现穿戴者运动状态和位置定位等监测功能。

基于运动发电的便携式智能监测装置，具有一个控制器1、一个用于采集使用者运动信息的运动传感器5、一个用于采集使用者位置信息的GPS定位器4、一个运动发电模块11。

运动发电模块11连接控制器1，用于通过使用者运动对控制器供电；运动传感器5连接控制器1，用于将采集的使用者运动信息信号输入控制器1，控制器1用于处理运动者的运动量、运动时间、运动强度、健康状态信息，并通过WIFI模块3将运动状态信息数据发送到网络服务器和使用者的手机APP端；GPS定位器4连接控制器1，将采集的使用者位置信息数据通过使用者的手机APP端和WIF模块3发送到网络服务器，用于监护者查看用户的位置信息，从而更好的照顾被监护人。

运动发电模块11包括运动发电机构6、电路整流及电池充电模块7、电压检测电路2，运动发电机构6通过电路整流及电池充电模块7和电压检测电路2连接控制器1，电压检测电路2用于检测锂电池的电压，控制器1连接电路整流及电池充电模块7，用于控制电路整流及电池充电模块充放电。

本发明的实施方式分为三部分：（1）智能监测装置嵌入运动鞋、背包、帽子、皮带等穿戴物的设计，（2）智能监测装置控制电路及传感器设计，（3）运动发电模块电路设计。

一、如图2所示，经过人体工程学的分析，在运动鞋的根部嵌入智能监测装置模块10（模块具有防水设计），智能监测装置模块10位置在右（左）脚鞋跟部高度40mm处，嵌入此处是因为由于智能监测装置模块不易被弯折，有利于延长使用寿命，并且人体在运动时脚跟部位的运动频率、幅度较大，有利于运动发电模块发电，也不会影响运动鞋设计的美观性。如图3所示，背包中嵌入智能监测装置模块10位置设计在侧面，这种设计是因为装置不易被挤压，并且符合发电模块对运动频率、幅度的要求。

二、如图4所示，运动发电模块11中的运动感应发电模块设计电路，应用电磁感应原理，当人体运动时，由于发电管垂直于地面安装，管内的永磁铁，在管内弹簧的作用下将做上下往复运动，以此在管壁外的线圈中感应出电势，经过外围的整流电路为锂电池进行充电。该发电模块由两根微型弹簧分别连接在柱形的高性能钕铁硼磁铁（牌号N48，最大磁能积（BH）46-49，剩磁感应强度(KG) 13.8-14.2，最高工作温度 80℃）上，磁铁13和微型弹簧16密封在一个内径为6mm壁厚为0.5mm长30mm的柱状圆管14内，管内有4-5g的润滑油，以此来减小磁铁运动是与管壁的摩擦，管壁外为用直径0.1mm的漆包线15绕成的4层线圈共1000匝，总共有两个的发电模块，在人体运动时垂直于地面安装的两个发电模块中的高性能磁铁上下往复运动，由电磁感应现象在管壁外的线圈内感应处电势，进而经过整流电路的整流来为电池充电，只要脚部在运动，则上述电路会不断地为电池充电知道电池充满。电池12采用403050 650mAH锂电池。TP4057 800mA 锂电池充电电路保证发电装置对电池的充电，只有当电压检测电路检测到的锂电池电压大于等于电路正常工作电压时，控制电路才会工作，否则控制电路处于关闭状态，当发电模块为锂电池充电使得电池电压达到正常工作电压时，控制电路自动有关闭转工作状态。

三、如图1，5所示，为智能监测装置系统框图和程序框图。该系统包含七个部分：①核心控制模块由CPU MK24 FN1M0V12RAM CY62167EV18LL-55BVX Cypress 2 MB SRAM ，MX66U51235FXDi Macronix 64 MB；②电压检测电路有L339电压比较器组成；③WIFI通信模块采用BL-R8723RB1；④GPS模块采用芯片MT3336N使用数据接口协议NMEA-0183；⑤姿态传感器模块采用MPU-6050整合了3轴陀螺仪、3轴加速器，使用I2C端口通信；⑥运动发电模块为图2所示；⑦采用TP4057 输入电压4.5-5.5V 截止电压4.2V±1%  800mA 锂电充电电路。

智能监测装置控制器采用CPU MK24 FN1M0V12 飞思卡尔Kinetis K24 32位ARM Cortex-M4 ，随机存储器采用RAM CY62167EV18LL-55BVX Cypress 2 MB SRAM ，存储采用 MX66U51235FXDi Macronix 64 MB非易失性闪存，姿态传感器采用MPU-6050整合了3轴陀螺仪、3轴加速器，使用I2C端口通信，加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g。GPS采用芯片MT3336N使用数据接口协议NMEA-0183。控制算法采用了新的运动状态估计算法，估计规则为：当系统由待机转为正常工作时第一次传感器检测到用户为运动状态并保存数据，一分钟后再次检测，若用户仍然具有相似强度的运动加速度时，判断用户在前一分钟内一直以相同的运动速度运动；若用户的运动强度减弱，则系统以 为基础来计算运动量，其中为两次运动的加速度差为常数；若用户的运动强度大幅下降，则认为用户在一分钟内之运动了三十秒，以此为基础来计算运动量，并且进一步将运动量换算成卡路里消耗量。

四、智能监测装置系统使用MT3336N GPS芯片在控制算法中设计为每隔5分钟工作一次采集GPS坐标，并通过WIFI模块将数据发送到指定的服务器，间隔时间段内为低功耗待机时间，当监护人想要知道被监护者位置信息时，只需要使用唯一的登陆账号登陆网站查看相应得记录数据即可。若用户不想使用位置信息功能时，可以通过移动或者网站平台关闭该功能。当用户需要查看自身运动量、运动状态等信息时只需将手机APP与智能鞋通过WIFI相连接，便可轻松获得运动数据，若手机APP不与智能鞋相连接时WIFI处于低功耗待机状态。

本发明采取的技术方案完成其发明目的：1、将智能监测装置嵌入到运动鞋的跟部的合理位置（或者背包、帽子、皮带等穿戴物的合理位置），不影响用户的生活习惯、舒适性、美观性；使用（经过运动分析到达运动发电模块的发电效率最高，人体脚部运动最平凡的部位）；2、采用运动发电技术，在本装置中加入了运动发电模块，只要用户穿着运动鞋或者、帽子、皮带等穿戴物运动就会源源不断的发电，为设备中的锂电池提供电能进行充电；3、为了降低本设备的功耗，首先采用低功耗芯片，其次在控制设计中本装置对数据的采集降到每钟一次，（若前后都是运动状态则估算在前一分钟里都是运动，连续10次都为运动状态则判断为运动），不使用WIFI时WIFI模块处于待机模式；4、采用GPS定位技术，将GPS坐标通过WIFI模块发送到网络服务器，供用户查询位置信息。

Claims (4)

1.一种基于运动发电的便携式智能监测装置，置于穿戴物内，具有一个控制器(1)、一个用于采集使用者运动信息的运动传感器(5)、一个用于采集使用者位置信息的GPS定位器(4)、一个运动发电模块(11)，其特征在于：所述运动发电模块(11)连接控制器(1)，用于通过使用者运动对控制器(1)供电；所述运动传感器(5)连接控制器(1)，用于将采集的使用者运动信息信号输入控制器(1)，所述控制器(1)用于处理运动者的运动量、运动时间、运动强度、健康状态信息，并通过WIFI模块(3)将运动状态信息数据发送到网络服务器和使用者的手机APP端；所述GPS定位器(4)连接控制器(1)，将采集的使用者位置信息数据通过使用者的手机APP端和WIF模块(3)发送到网络服务器，用于监护者查看用户的位置信息，从而更好的照顾被监护人。

2.根据权利要求1所述的基于运动发电的便携式智能监测装置，其特征在于：所述运动发电模块(11)包括运动发电机构(6)、电路整流及电池充电模块(7)、电压检测电路(2)，运动发电机构(6)通过电路整流及电池充电模块(7)和电压检测电路(2)连接控制器(1)，电压检测电路(2)用于检测锂电池的电压，控制器(1)连接电路整流及电池充电模块(7)，用于控制电路整流及电池充电模块充放电。

3.根据权利要求1所述的基于运动发电的便携式智能监测装置，其特征在于：所述智能监测装置嵌入穿戴物，所述穿戴物为运动鞋或背包或帽子或皮带。

4.根据权利要求2所述的基于运动发电的便携式智能监测装置，其特征在于：所述智能监测装置配备650mAh的锂电池。