CN109846133A - 一种免充电智能安全鞋 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种免充电智能安全鞋，涉及智能设备领域，本申请通过在鞋子本体中内置智能用电组件可以实现定位及位置上报功能，同时内置的智能用电组件还可以实现步数测量及步数上报功能，功能较为丰富；同时，本申请中的发电组件利用各组件的机械传动配合，将用户穿着该安全鞋的行走动作转变符合发电机最佳发电频率的转动发电动作实现自发电功能，稳压储能组件的合理电路设计实现了对可充电电池的充电和保护功能，可充电电池在用户行走过程中进行储能充电，为智能用电组件的正常运行提供了充足的电量支持，从而可以在无需充电的情况下就能保证安全鞋的持续性工作，满足穿着该智能安全鞋的用户的更为全面的安全性和智能性使用需求。

Description

一种免充电智能安全鞋

技术领域

本发明涉及智能设备领域，尤其是一种免充电智能安全鞋。

背景技术

近年来，儿童和老人被拐、走失等现象频繁发生，家人为了便于儿童、老人丢失后找回，通常会让他们佩戴以定位手环为典型的定位外设，但定位外设容易丢失而且容易被犯罪分子察觉而主动丢弃，同时这一类定位外设都需要定期充电，电量耗尽后就无法正常工作，使用局限性较大。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种免充电智能安全鞋，该安全鞋可以在不影响正常穿着的情况下实现定位功能，同时可以在正常行走过程中自行充电，无需充电就能持续性工作。

本发明的技术方案如下：

一种免充电智能安全鞋，该免充电智能安全鞋包括鞋子本体、智能用电组件、发电组件、稳压储能组件和可充电电池，鞋子本体的底部设有鞋底内腔，智能用电组件、发电组件、稳压储能组件和可充电电池均设置在鞋底内腔中；

智能用电组件包括主控电路以及与主控电路相连的定位电路和蓝牙通信电路，智能用电组件还包括分别连接主控电路、定位电路和蓝牙通信电路并进行供电的供电电路，可充电电池连接供电电路的电源端进行供电；主控电路基于STM8L051F3主控芯片，定位电路基于SKG09A定位芯片；

发电组件包括转动踏板、复位弹簧、弧形齿条、齿轮增速机构和微型发电机，转动踏板设置在鞋子本体的鞋跟处，转动踏板靠近鞋子本体前端的一侧铰接在鞋子本体上、相对的另一侧为活动端，转动踏板的底部通过复位弹簧与鞋子本体的底部连接；弧形齿条固定在转动踏板的底部，弧形齿条与齿轮增速机构啮合，齿轮增速机构与微型发电机啮合，微型发电机在转动踏板转动时同步转动发电；

微型发电机的发电输出端连接稳压储能组件的输入端，稳压储能组件包括稳压电路和储能充电电路，稳压电路的输入端作为稳压储能组件的输入端、输出端连接储能充电电路的输入端，储能充电电路的输出端作为稳压储能组件的输出端，稳压电路基于BL-8505升压稳压芯片，储能充电电路基于TP4058充电芯片；稳压储能组件的输出端连接可充电电池进行充电。

其进一步的技术方案为，智能用电组件中还包括与主控电路连接的计步电路，计步电路基于ADXL345芯片。

其进一步的技术方案为，稳压电路还包括四个二极管构成的桥式整流电路，桥式整流电路的两个交流输入端作为稳压电路的两个输入端用于连接微型发电机，桥式整流电路的整流正极输出接地、整流负极输出分别连接第一电感和第一电容，第一电容的另一端接地，第一电感的另一端分别连接BL-8505升压稳压芯片的LX引脚和肖特基二极管的正极，肖特基二极管的负极与BL-8505升压稳压芯片的OUT脚相连并作为稳压电路的正极输出端，肖特基二极管的负极还连接第二电容的一端，第二电容的另一端接地，BL-8505升压稳压芯片的GND引脚接地，稳压电路中的接地端同时作为稳压电路的负极输出端引出。

其进一步的技术方案为，在储能充电电路中，TP4058充电芯片的CHRG引脚连接第一电阻，第一电阻的另一端作为储能充电电路的正极输入端，储能充电电路的正极输入端还分别连接TP4058充电芯片的VCC引脚、第二电阻和第三电容，第二电阻的另一端连接TP4058充电芯片的BAT引脚并作为储能充电电路的正极输出端，第三电容的另一端接地；TP4058充电芯片的GND引脚接地、PROG引脚通过第三电阻接地、BAT引脚还通过第四电容接地，储能充电电路中的接地端同时作为储能充电电路的负极输入端和负极输出端。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种免充电智能安全鞋，通过在鞋子本体中内置智能用电组件可以实现定位及位置上报功能，同时内置的智能用电组件还可以实现步数测量及步数上报功能，功能较为丰富。本申请中的发电组件利用各组件的机械传动配合，将用户穿着该安全鞋的行走动作转变符合发电机最佳发电频率的转动发电动作实现自发电功能，稳压储能组件的合理电路设计实现了对可充电电池的充电和保护功能，可充电电池在用户行走过程中进行储能充电，为智能用电组件的正常运行提供了充足的电量支持，从而可以在无需充电的情况下就能保证安全鞋的持续性工作，满足穿着该智能安全鞋的用户的更为全面的安全性和智能性使用需求。

附图说明

图1是本申请公开的免充电智能安全鞋的结构图。

图2是本申请的智能安全鞋中的智能用电组件的电路图。

图3是智能用电组件中的主控电路的电路图。

图4是智能用电组件中的定位电路的电路图。

图5是智能用电组件中的蓝牙通信电路的电路图。

图6是智能用电组件中的供电电路的电路图。

图7是智能用电组件中的计步电路的电路图。

图8是本申请中的稳压储能组件的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种免充电智能安全鞋，可以在无需充电的情况下实现定位以及计步功能，请参考图1，该智能安全鞋包括鞋子本体1、智能用电组件2、发电组件3、稳压储能组件4和可充电电池5。鞋子本体1的底部设有鞋底内腔，图1未完整示出鞋子本体1的结构，重点示出了其鞋跟处的结构，智能用电组件2、发电组件3、稳压储能组件4和可充电电池5均设置在鞋底内腔中，不影响鞋子的正常使用。发电组件3和稳压储能组件4配合工作为可充电电池5进行充电，可充电电池5作为电源供给保证智能用电组件2的正常使用，从而实现无需充电而定位、计步的功能。

请参考图2，本申请中的智能用电组件2包括主控电路以及与主控电路相连的定位电路和蓝牙通信电路。其中，主控电路为智能用电组件2的核心，用于执行各项处理和控制功能，本申请中的主控电路基于STM8L051F3主控芯片，主控电路的具体电路图请参考图3，图3中U1即为STM8L051F3主控芯片。定位电路基于SKG09A定位芯片，定位电路的具体电路图请参考图4，图4中的U3即为SKG09A定位芯片，定位电路可以实现GPS定位功能并将GPS定位发送给主控电路。蓝牙通信电路可以直接选用现有市售的蓝牙模组，蓝牙通信电路可以实现与手机等电子设备的蓝牙连接，从而将GPS定位发送给其连接的电子设备，本申请中的蓝牙通信电路的电路图请参考图5。除此之外，智能用电组件中还包括供电电路，供电电路的电源端连接可充电电池、输出端连接智能用电组件中的各部分电路，供电电路用于将可充电电池提供的电能转换为所需的电压后供给智能用电组件中的各部分电路，供电电路的电路图请参考图6。可选的，本申请中的智能用电组件中还包括与主控电路连接的计步电路，计步电路可以实现步数测量然后将测得的步数发送给主控电路，主控电路同样可以利用蓝牙通信电路将测得步数发送给手机等电子设备，本申请中的计步电路基于ADXL345芯片，具体电路图请参考图7，图7中的芯片U2即为ADXL345芯片。智能用电组件2中的各部分电路之间通过图3-7中的引脚标号对应连接。

本申请中的智能用电组件2可以实现定位和计步功能，而智能用电组件2的正常工作需要有可充电电池5的电压输入，本申请利用发电组件3和稳压储能组件4的结合为可充电电池5进行充电实现自发电功能。发电组件3包括转动踏板31、复位弹簧32、弧形齿条33、齿轮增速机构34和微型发电机35。请参考图1，转动踏板31设置在鞋子本体1的鞋跟处，转动踏板31靠近鞋子本体1前端的一侧铰接在鞋子本体1上、相对的另一侧为活动端，转动踏板31可绕着铰接处转动，转动踏板31的底部通过复位弹簧32与鞋子本体1的底部连接。当用户穿上该智能安全鞋时，若用户脚踩下，则转动踏板31随之下压转动并压缩复位弹簧32，当用户脚抬起时，转动踏板31在复位弹簧32的作用下上抬转动复位。弧形齿条33固定在转动踏板31的底部，弧形齿条33与齿轮增速机构34啮合，齿轮增速机构34与微型发电机35啮合，转动踏板31转动时带动弧形齿条33上下移动，弧形齿条33、齿轮增速机构34和微型发电机35之间通过齿轮传动实现同步转动。其中由于人走路的速度有限，因此转动踏板31的转速有限，本申请采用齿轮增速机构34对转动踏板31的转速进行增速从而满足微型发电机35的最佳发电频率。齿轮增速机构34可以通过若干个相互啮合的齿轮实现，也可以直接采用市售的增速器，图1示出的举例以齿轮增速机构34包括2个相互啮合的齿轮为例，通过配置各齿轮的齿轮数可以实现不同倍数的增速效果，在本申请中，齿轮增速机构34将转动踏板31的转速增速至2000-3500r/min。

微型发电机35的发电输出端连接稳压储能组件4的输入端，稳压储能组件4包括稳压电路和储能充电电路，其中，稳压电路的输入端作为稳压储能组件的输入端、输出端连接储能充电电路的输入端，储能充电电路的输出端作为稳压储能组件的输出端。请参考图8，稳压电路基于BL-8505升压稳压芯片，还包括四个二极管D1、D2、D3和D4构成的桥式整流电路，二极管D1、D2、D3和D4采用整流二极管1N4001，该桥式整流电路的两个交流输入端作为稳压电路的两个输入端Vin1和Vin2用于连接微型发电机35。桥式整流电路的整流正极输出接地、整流负极输出分别连接第一电感L1和第一电容C1，第一电容C1的另一端接地，第一电感L1的另一端分别连接BL-8505升压稳压芯片的LX引脚和肖特基二极管D的正极，肖特基二极管D5的负极与BL-8505升压稳压芯片的OUT脚相连并作为稳压电路的正极输出端，该正极输出端用于连接储能充电电路的正极输入端。肖特基二极管D5的负极还连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地，BL-8505升压稳压芯片的GND引脚接地，稳压电路中的接地端同时作为稳压电路的负极输出端引出，稳压电路的负极输出端用于连接储能充电电路的负极输入端。在储能充电电路中，TP4058充电芯片的CHRG引脚连接第一电阻R1，第一电阻R1的另一端作为储能充电电路的正极输入端连接稳压电路的正极输出端，储能充电电路的正极输入端还分别连接TP4058充电芯片的VCC引脚、第二电阻R2和第三电容C3，第二电阻R2的另一端连接TP4058充电芯片的BAT引脚并作为储能充电电路的正极输出端，该储能充电电路的正极输出端即为整个稳压储能组件4的正极输出端Vout+，第三电容C3的另一端接地。TP4058充电芯片的GND引脚接地、PROG引脚通过第三电阻R3接地、BAT引脚还通过第四电容C4接地，储能充电电路中的接地端同时作为储能充电电路的负极输入端和负极输出端，储能充电电路的负极输入端连接稳压电路的负极输入端，储能充电电路的负极输出端即作为整个稳压储能组件4的负极输出端Vout-。稳压储能组件4的正极输出端Vout+和负极输出端Vout-连接可充电电池5，微型发电机35产生的交流电压经过桥式整流电路整流后变为直流电，然后经电解电容滤波稳压，再经过DC-DC升压稳压芯片升压到所需的电压后输出给储能充电电路。储能充电电路以TP4058充电芯片为核心，利用输入的电流为可充电电池充电，因此用户在穿着该智能安全鞋正常行走过程中就能实现发电以及对可充电电池的充电，从而保证智能用电组件的正常工作，使得主控电路可以持续获取GPS定位以及测得步数然后发送给其连接的电子设备，实现了该智能安全鞋的持续性使用。同时本申请选用的TP4058充电芯片可以自行控制充电操作，在可充电电池容量满了以后会进行涓流充电，从而保证可充电电池的电池寿命。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种免充电智能安全鞋，其特征在于，所述免充电智能安全鞋包括鞋子本体、智能用电组件、发电组件、稳压储能组件和可充电电池，所述鞋子本体的底部设有鞋底内腔，所述智能用电组件、发电组件、稳压储能组件和可充电电池均设置在所述鞋底内腔中；

所述智能用电组件包括主控电路以及与所述主控电路相连的定位电路和蓝牙通信电路，所述智能用电组件还包括分别连接所述主控电路、定位电路和蓝牙通信电路并进行供电的供电电路，所述可充电电池连接所述供电电路的电源端进行供电；所述主控电路基于STM8L051F3主控芯片，所述定位电路基于SKG09A定位芯片；

所述发电组件包括转动踏板、复位弹簧、弧形齿条、齿轮增速机构和微型发电机，所述转动踏板设置在所述鞋子本体的鞋跟处，所述转动踏板靠近所述鞋子本体前端的一侧铰接在所述鞋子本体上、相对的另一侧为活动端，所述转动踏板的底部通过所述复位弹簧与所述鞋子本体的底部连接；所述弧形齿条固定在所述转动踏板的底部，所述弧形齿条与所述齿轮增速机构啮合，所述齿轮增速机构与所述微型发电机啮合，所述微型发电机在所述转动踏板转动时同步转动发电；

所述微型发电机的发电输出端连接所述稳压储能组件的输入端，所述稳压储能组件包括稳压电路和储能充电电路，所述稳压电路的输入端作为所述稳压储能组件的输入端、输出端连接所述储能充电电路的输入端，所述储能充电电路的输出端作为所述稳压储能组件的输出端，所述稳压电路基于BL-8505升压稳压芯片，所述储能充电电路基于TP4058充电芯片；所述稳压储能组件的输出端连接所述可充电电池进行充电。

2.根据权利要求1所述的免充电智能安全鞋，其特征在于，所述智能用电组件中还包括与所述主控电路连接的计步电路，所述计步电路基于ADXL345芯片。

3.根据权利要求1或2所述的免充电智能安全鞋，其特征在于，所述稳压电路还包括四个二极管构成的桥式整流电路，所述桥式整流电路的两个交流输入端作为所述稳压电路的两个输入端用于连接所述微型发电机，所述桥式整流电路的整流正极输出接地、整流负极输出分别连接第一电感和第一电容，所述第一电容的另一端接地，所述第一电感的另一端分别连接所述BL-8505升压稳压芯片的LX引脚和肖特基二极管的正极，所述肖特基二极管的负极与所述BL-8505升压稳压芯片的OUT脚相连并作为所述稳压电路的正极输出端，所述肖特基二极管的负极还连接第二电容的一端，所述第二电容的另一端接地，所述BL-8505升压稳压芯片的GND引脚接地，所述稳压电路中的接地端同时作为所述稳压电路的负极输出端引出。

4.根据权利要求1或2所述的免充电智能安全鞋，其特征在于，在所述储能充电电路中，所述TP4058充电芯片的CHRG引脚连接第一电阻，所述第一电阻的另一端作为所述储能充电电路的正极输入端，所述储能充电电路的正极输入端还分别连接所述TP4058充电芯片的VCC引脚、第二电阻和第三电容，所述第二电阻的另一端连接所述TP4058充电芯片的BAT引脚并作为所述储能充电电路的正极输出端，所述第三电容的另一端接地；所述TP4058充电芯片的GND引脚接地、PROG引脚通过第三电阻接地、BAT引脚还通过第四电容接地，所述储能充电电路中的接地端同时作为所述储能充电电路的负极输入端和负极输出端。