CN109981705A - 自发电智能能源定位鞋 - Google Patents

Abstract

一种自发电智能能源定位鞋。它是由鞋本体，发电模块、充电模块、储能模块、智能能源管理模块、定位模块、通信模块、健康模块、加密模块及定位终端、大数据云服务器模块有机组合而成。提供一种续航时间长、定位准确、充电方便、关键时刻可以稳定发送定位信息的安全定位设备。由于采用自发电和无线充电结合方式，所以即使长期不充电，只要保持定位鞋有效运动时，便可实现有效定位。所以续航时间长，充电方便。由于采用智能能源管理模块综合管理能源，可以实现关键时刻利用最小能源仅发送最重要信息。而且可以降低无线辐射。使之即健康又节能。本发明顺应国家产业升级的需要，提升制鞋企业的产品附加值。让儿童和老人更加安全和健康。

Description

自发电智能能源定位鞋

技术领域

本发明关于一种可穿戴设备，尤其是一种自发电定位鞋。

背景技术

目前，儿童老人丢失，时有发生。 户外运动和单兵作战及地震、火灾救援皆有定位需求。

虽然Google、Nike、Adidas、李宁、361°、智标科技、双驰、完美、云朵、幻橙……国内外各种企业都展开了在智能鞋领域的探索。

然而现有智能鞋定位产品仍然有以下几个缺点。

1)电池续航时间短，智能穿戴设备通病。

2)定位不准或无法定位。特别是室内和地下室等场所。

3)充电麻烦需要接USB口充电。

4)关键时刻也许会没电，无法实现定位需求。

人们需要一种续航时间长、定位准确、充电方便、关键时刻可以稳定发送定位信息的定位设备。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足。提供一种续航时间长、定位准确、充电方便、关键时刻可以稳定发送定位信息的安全定位设备。

顺应国家产业升级的需要，提升制鞋企业的产品附加值。让儿童和老人更加安全和健康，提供一种新的选择。本项目是电子可穿戴设备和新能源交叉领域，非常有必要对此领域进行深入研究。

自发电智能能源定位鞋：是由鞋本体，发电模块、充电模块、储能模块、智能能源管理模块、定位模块、通信模块、健康模块、加密模块及定位终端、大数据云服务器模块有机组合而成。

由发电模块、充电模块、储电模块、智能能源管理模块共同组成能源系统。

发电模块；利用电磁感应发电、压电效应发电、纳米摩擦发电、太阳能发电、温差发电等多种将机械能、生物能、温差能、太阳能等环境能源高效的转换成电能发电模式。

充电模块；充电模块分两个部分，一、自发电稳压整流充电。二、采用无线充电方式，避免USB接口及防水加工难度大等缺点。用无线充电鞋架、无线充电底垫、无线充电板等方式快捷充电。

无线充电有多种方式以电磁感应充电方式最为安全健康。

储电模块；采用超级电容和微电池组合方式储电。采用超级电容原因，一、因为超级电容相比较于普通的电池，具有循环使用寿命长、不易损坏等优点，适合鞋底这样复杂的环境。二、因为目前自发电功率低。也不需要过高的存储电量。可采用外挂无线充电电池、无线充电充电宝、无线充电充电宝鞋垫、太阳能无线充电电池等方式提高存储电量。

智能能源管理模块；由于现有技术阶段，发电模块发电功率小，定位模块功耗高，智能利用有限能源发送重要定位信息，将是一种有效解决方案。

对发电和储电设备进行智能能源管理，将好钢用到刀刃上是本发明技术的最大创新点。

智能分析测量发电充电已有电量，智能分析选择不同定位方式或周期发送定位信息。

能源、单片机定位功能、服务器指令、运动频率等多参数共同决定发送定位周期。或默认定位周期

通过智能能源管理模块的单片机及相关传感器监测发电模块、超级电容和电池的电压和储电量。计算定位模块、通信模块耗电量，并合理分配能量。并控制定位模块合理定位周期、哪种定位方式以节约能源。

定位模块；采用GPS定位、北斗卫星定位，SIM卡GSM基站定位，无线信标定位组合定位。将近距离和远距离定位需求融合。

无线信标定位可以避免在野外或地下室、商场等无卫星定位信号或无基站定位信号的情况下实现近距离定位功能。弥补现有定位设备的缺陷。

也可用手机信号、Wifi或蓝牙作为定位鞋的信标无线频段，周期发送信标，进行信标定位。普通手机安装配套软件，不需网络也可实现简单的信标定位。配套软件功能为监测手机信号、WiFi或蓝牙信号及接收定位信息，并利用配套地图或软件雷达显示定位信息。

定位方式：1) 有GSM网络信号时，室外卫星定位、室内基站定位。比如城市室外、家、学校。

2) 有GSM网络信号时，近距离定位。比如商场、车站、体育场、科技馆、火灾现场。室内无卫星，基站定位误差大的场所。用户手机发送信标定位指令传到服务器。定位鞋周期监测服务器指令，收到无线信标定位指令。启动无线信标信号。用户通过手机无线信标终端得到无线信标信息进行无线定位。快速找到孩子。此种方法使得无线信标只有在找孩子时才工作，所以耗电极低。

3) 无GSM网络信号时，有卫星。比如野外，山区。卫星定位后通过无线信标或北斗短报文，发送卫星定位和无线信标定位信息。用户通过定位终端和地图软件匹配卫星定位的精确经纬度确定定位。

4)无GSM网络信号，无卫星信号。比如地下室、隧道、地铁、地震废墟。

单片机监测无GSM网络信号一定时间后，无线信标周期发送无线信标实时信号。用户通过手机或专用定位终端接收到无线信标定位信号，通过定位雷达软件确定无线信标方向和位置。

无线信标信号中加入最后一次已知的卫星定位、基站定位信号和时间可以帮助分析定位信息。提高无线信标定位效率。

SOS救援信号，根据需要，定位鞋发电或传感器为信号可发出SOS救援信号。比如跺脚频率和次数发出SOS救援信号。

通信模块；利用SIM卡GSM基站网络通信、北斗报文通信、电报通信、NB-LOT等通信方式与大数据云服务器进行网络通信及控制指令传输。

健康模块;测量鞋的温度压力、通过脚部陀螺仪、加速度温度压力等传感器测量人体温度、心率。血氧浓度、运动步数、运动强度等健康信息并进行分析传输。对人体健康信息进行监测。

加密模块；采用硬件加密或软件加密方式对通信和定位信息加密。

硬件加密采用加密芯片加密方法。定位鞋和手机电脑等设备配对硬件加密芯片。仅授权使用者和公安司法机关有权获取定位信息。

软件加密可采用数字证书、密码、手机效验等方式增强安全系数。

大数据云服务器模块；互联网平台负责定位信息查询、记录，存储、加密、分析及发送接收控制指令等功能。手机和电脑均可登录使用.

定位终端设备：电脑、手机、平板及专用定位终端，无线信标定位终端。电脑、手机可以通过登录大数据云服务器网站，注册账号绑定定位设备。查询定位信息或发出控制指令。可采用软件解密和硬件解密。硬件解密需要电脑、手机安装配套解密芯片配件。无线信标定位需要电脑、手机安装配套配件或专用定位终端。

手机可不用加装配件。可采用软件解密，用手机信号、WiFi或蓝牙作为信标无线频段，进行信标定位。

电脑或手机配套配件为蓝牙或USB插口即插即用安装即可使用。信标定位终端配件和硬件解密芯片可以组合为一个小配件，方便安装使用。

自发电智能能源定位鞋工作流程：

一、由发电模块通过人体运动产生的机械能转化为电能或通过无线充电模块充电。将电能存贮到由超级电容和微电池组合的储电模块里。

二、智能能源管理模块综合管理能源使能源智能有效利用。

三、由卫星定位、基站定位、无线信标组合定位。 将近距离和远距离定位需求融合，由定位模块得到准确定位信息传输给通信模块。

四、通信模块将定位信息和健康模块重要信息通过加密模块加密后，利用有效有限能源发送给互联网的大数据云服务器模块进行数据记录存储分析。

五、用户通过电脑、手机等网络客户端登录网站大数据云服务器，登录用户名密码并通过软件或硬件解密后，查看定位鞋相关地图定位信息及实时或长期健康分析数据。无线信标定位需要与之匹配的终端或电脑、手机配件等直接得到定位信息不需网络信号及服务器支持。使之适用于无信号的地下室、隧道、野外等特殊环境。

有益效果：

本发明的目的是克服现有技术中的不足。提供一种续航时间长、定位准确、充电方便、关键时刻可以稳定发送定位信息的安全定位设备。

1) 续航时间长，充电方便。由于采用自发电和无线充电结合方式，所以即使长期不充电，只要保持定位鞋有效运动时，便可实现有效定位。

2) 关键时刻可以稳定发送定位信息，由于采用智能能源管理模块综合管理能源，可以实现关键时刻利用最小能源仅发送最重要信息。而且可以在日常生活中智能控制降低发射周期频率，从而降低无线辐射。使之即健康又节能。

3) 定位更准确。由于卫星定位、基站定位、无线信标组合定位的组合结构。将近距离和远距离定位需求融合。由于采用了主动的无线信标定位，使其可以适用于无信号的地下室、隧道、野外等特殊环境。近距离的无线信标定位还可以弥补卫星定位、基站定位定位精度相对较低的缺陷。无线信标定位无法有效实现远距离定位，则恰好是卫星和基站定位的长项。互相补益。取长补短。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明原理方框流程图。

图2是本发明实施例二的原理方框流程图。

具体实施方式

一、全功能系统版。

1.发电：自发电鞋发电原理：通过人体生物能、机械能、温差能、太阳能等环境能源转化为电能。本实施例采用基于压电效应发电技术的发电鞋，通过在鞋底放入压电陶瓷片组成的发电装置，当人走路时，压电陶瓷装置通过人体振动产生的机械能将其转换成电能，然后通过整流电路将交流电转换成直流电，给超级电容和电池充电。

2. 充电：通过220V交流市电给无线充电底座装置供电，无线充电底座装置可以是鞋架，底座、底垫等形式。通过电磁感应或无线供电等方式，给鞋底内无线充电。一般儿童放学回家将鞋放在无线充电的鞋架上充电，或夜晚睡觉时将鞋放在无线充电底座上对鞋底内的超级电容和电池充电进行充电。通过此种充电方式可保持长期充足电源，可保证全功能使用。

3.智能能源管理：通过智能能源管理模块的单片机及相关传感器监测发电模块、超级电容和电池的电压和储电量。计算定位模块、通信模块耗电量，并合理分配能量。并控制定位模块合理定位周期、哪种定位方式以节约能源。

4. 定位通信：单片机智能管理定位模块、健康模块发送相关定位数据、健康数据给通信模块。加密后通过互联网传送给大数据服务器。

5.定位终端：用户通过电脑手机定位终端登录大数据服务器，查询定位信息。

6. 健康模块：可以通过各种传感器分析孩子健康状态，予以监测。由于能源充足，健康模块可以正常工作。定位信息更加详细。

二、定位鞋最小系统精简版

定位鞋最重要的功能是定位。大道至简，所以简化系统可以有很多优点，节能、降低成本、提高稳定性。

本实施例，定位鞋发电后直接给超级电容充电。省略无线充电模块、电池和健康模块。经过智能能源管理模块的单片机测量和分析超级电容能量，当能量达到要求后直接供给定位模块、通信模块发出最重要而简短的定位信息。

此实施例无电池更安全，寿命更长，密封性可以做得更好。完全依靠自发电定位能源更加安全可靠。

由于发电功率低，所以智能能源管理模块才会更加重要。可以管理能量、管理定位周期、定位方式。综合利用有限能源发送重要定位信息。自发电智能能源定位鞋:自发电寓意自强不息，智能寓意智慧，定位寓意寻找自我，鞋寓意千里之行始于足下。

Claims (10)

1.一种定位鞋包括鞋本体，其特征是由发电模块、充电模块、储能模块、智能能源管理模块、定位模块、通信模块、健康模块、加密模块及定位终端、大数据云服务器模块有机组合而成。

2.根据权利要求1所述的定位鞋，其特征是，所述的发电模块是利用电磁感应发电、压电效应发电、纳米发电、太阳能发电、温差发电、环境能源将机械能、生物能、温差能、太阳能、环境能源高效转换成电能的发电模块组件。

3.根据权利要求1所述的定位鞋，其特征是，所述的充电模块分两个部分，自发电充电和无线充电；无线充电底座装置采用无线充电鞋架、无线充电底垫、无线充电板择一方式快捷充电；无线充电采用电磁感应或无线供电给鞋底储能电池无线充电。

4.根据权利要求1所述的定位鞋，其特征是，所述的储电模块采用超级电容、储能电池储电；或可采用外挂无线充电电池、无线充电充电宝、无线充电充电宝鞋垫、太阳能无线充电电池择一方式提高存储电量。

5.根据权利要求1所述的定位鞋，其特征是，所述的智能能源管理模块，对发电、储电、用电设备进行智能能源管理；

智能分析测量发电、充电模块已有电量，智能分析选择不同定位方式或周期发送定位信息；

智能分析能源、定位功能、服务器指令、运动频率多参数分析决定发送定位周期；以达到节能和定位目的；

采用单片机、专用芯片、测量传感器进行智能能源管理；

通过智能能源管理模块的单片机及相关传感器，监测发电模块、超级电容和电池的电压和储电量，计算定位模块、通信模块耗电量并合理分配能量，并控制定位模块合理定位周期、定位方式以节约能源； 可以管理能量、管理定位周期、定位方式；综合利用有限能源发送重要定位信息。

6.根据权利要求1所述的定位鞋，其特征是，所述的定位模块，采用卫星定位、基站定位、无线信标定位组合定位；将近距离和远距离定位需求融合；

无线信标根据控制指令或环境智能分析采用主动发送无线信号，周期发送信标，进行信标定位；

定位终端安装配套软硬件，不需网络也可实现信标定位；利用配套地图、软件雷达显示定位信息；

无线信标信号可以发送卫星定位、基站定位坐标、时间、SOS信号，提高无线信标定位效率；

智能定位鞋可以根据分析传感器或发电约定信号，通过无线信标发出SOS救援信号。

7.根据权利要求1所述的定位鞋，其特征是，所述的通信模块为利用基站网络通信、北斗报文通信、电报通信、NB-LOT、无线信标多种通信方式与大数据云服务器进行网络通信及控制指令传输。

8.根据权利要求1所述的定位鞋，其特征是，所述的健康模块为测量鞋的温度压力、陀螺仪、加速度传感器，测量人体温度、心率、血氧浓度、运动步数、运动强度多种健康信息并进行分析传输，对人体健康信息进行监测，传输到大数据服务器进行数据分析。

9.根据权利要求1所述的定位鞋，其特征是，所述的加密模块是采用硬件加密或软件加密方式对通信和定位信息加密；

硬件加密采用加密芯片加密方法，定位鞋和手机电脑终端设备配对硬件加密芯片，仅授权使用者和公安司法机关有权获取定位信息；

软件加密可采用数字证书、密码、手机效验多种方式增强安全系数。

10.根据权利要求1所述的定位鞋，其特征是，所述的定位终端设备为电脑、手机、平板及专用定位终端，无线信标定位终端；

电脑、手机可以通过登录大数据云服务器网站，注册账号绑定定位设备，查询定位信息或发出控制指令；

可采用软件解密和硬件解密；硬件解密需要电脑、手机定位终端安装配套解密芯片配件；

无线信标定位需要电脑、手机安装配套配件或专用定位终端，电脑或手机配套配件为蓝牙或USB接口进行数据连接；

所述的大数据云服务器模块是互联网平台负责定位信息查询、记录，存储、加密、分析及发送接收控制指令多种功能。