CN111567981B - 一种智能定位鞋及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能定位鞋及定位方法，该定位鞋包括鞋本体以及自发电模块、储能模块、电源模块、控制模块、定位模块与通信模块；自发电模块与储能模块电联；储能模块与控制模块、电源模块电联，并在存储的电量达到第一阈值后在控制模块的控制下为电源模块充电；电源模块与控制模块、定位模块、通信模块电联；电源模块在控制模块的控制下向定位模块与通信模块供电；通信模块与控制模块、定位模块电联；通信模块在控制模块的控制下将定位信息发送至云端。根据控制模块在第一设定时段内是否接收到能够证明鞋本体在运动的电信号来发送定位信息，即使得自发电模块参与到实际控制中，避免了智能定位鞋在静止时不断地发出定位信息，减少了能源消耗。

Description

一种智能定位鞋及定位方法

技术领域

本发明涉及定位设备技术领域，具体是一种智能定位鞋及定位方法。

背景技术

随着时代的发展和技术的进步，对特定人群的定位需求不断上升，最典型的设备就是儿童定位手表和普通定位器。这些设备在一定程度上能够解决用户定位需求，但是其存在难以克服的缺点，其一是这些定位设备没有融合到现有衣物鞋帽中，容易被防范对象察觉，也容易丢失；其二是能源和通信模式决定了其续航能力达不到用户期望值，需要经常充电，这会大大影响定位功能的使用效果，甚至在关键时刻失去定位功能。

为了克服儿童手表等定位器的缺点，带有自发电的定位鞋是一种比较好的解决方案。目前最相近的发明专利是：实审状态的发明专利号 201711451547.3名称为《自发电智能能源定位鞋》、实用新型专利号 201520265554.4名称为《一种自发电定位鞋》等相关专利。这些专利是利用各种发电模块、智能电源管理模块、定位模块、通信模块组合在一起实现定位鞋功能，如图1所示。目前已经存在的自发电智能定位鞋，还是存在一些功能上的不足，其缺点如下：

其一、前面所述专利中的智能鞋自发电模块仅仅是用来电源的补充，没有参与到实际控制来，而原有的专利发明没有涉及这一点，这样会导致定位鞋子在静止时不断地发出定位信息，造成没必要的能源消耗。

其二、前面所述专利中的智能鞋通信模块还是利用现有的GSM通信模块，耗电量比较高，导致定位鞋的续航性能较差。

其三、前面所述专利中的智能鞋需要外露充电口来补充电能。因鞋子的作业环境比较差，充电口的存在容易使整个定位系统受到损害，甚至导致整个定位功能系统失效。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种智能定位鞋及定位方法。

为实现上述目的，本发明提供一种智能定位鞋，包括鞋本体以及密闭设在鞋本体内部的自发电模块、储能模块、电源模块、控制模块、定位模块与通信模块；

自发电模块与储能模块电联；自发电模块基于鞋本体的运动产生感应电流，并将感应电流导入储能模块；

储能模块与控制模块、电源模块电联；储能模块将自发电模块产生的感应电流进行存储，并在存储的电量达到第一阈值后在控制模块的控制下为电源模块充电，同时为控制模块的运行供电；

电源模块与控制模块、定位模块、通信模块电联；电源模块在控制模块的控制下向定位模块与通信模块供电；定位模块在电源模块供电后获取鞋本体的定位信息；

通信模块与控制模块、定位模块电联；通信模块在控制模块的控制下将鞋本体的定位信息发送至云端。

进一步优选的，所述控制模块包括电联的信号转换子模块与控制子模块，控制子模块与储能模块、电源模块、通信模块电联；

所述信号转换子模块与自发电模块电联；信号转换子模块接收自发电模块的感应电流，将电信号转换为数字信号，并将该数字信号转换为能够证明鞋本体在运动的电信号后发送至控制子模块；

当控制子模块在第一设定时段内接收到能够证明鞋本体在运动的电信号时，控制子模块控制电源模块向定位模块、通信模块供电，并控制通信模块将鞋本体的定位信息实时发送至云端；

当控制子模块在第一设定时段内未接收到能够证明鞋本体在运动的电信号时，控制子模块控制电源模块停止向定位模块、通信模块供电，并控制通信模块将鞋本体当前的定位信息发送至云端后停止运行。

进一步优选的，所述定位模块包括与控制模块、电源模块、通信模块电联的窄带物联网通信子模块、GPS定位子模块、北斗定位子模块。

进一步优选的，所述自发电模块采用电磁感应自发电的方式。

进一步优选的，所述储能模块由若干个电联的电容组成。

为实现上述目的，本发明还提供一种定位方法，包括如下步骤：

步骤1，判断控制模块在第一设定时段内是否接收到能够证明鞋本体在运动的电信号，若是则进入步骤2，否则进入步骤3；

步骤2，控制模块控制电源模块向定位模块、通信模块供电，并控制通信模块按照定位策略将鞋本体的定位信息发送至云端；

步骤3，控制模块控制电源模块停止向定位模块、通信模块供电，并控制通信模块将鞋本体当前的定位信息发送至云端后停止运行。

进一步优选的，步骤2中，所述控制通信模块按照定位策略将鞋本体的定位信息发送至云端具体为：

判断自发电模块在第二设定时段内的发电量是否达到第二阈值；

若是则控制通信模块每隔t₁秒将鞋本体的定位信息发送至云端；

否则控制通信模块每隔t₂秒将鞋本体的定位信息发送至云端；

其中，t₁<t₂。

进一步优选的，步骤2中，控制模块在控制通信模块按照定位策略将鞋本体的定位信息发送至云端的过程中，同时还按照充电策略控制储能模块向电源模块充电，所述充电策略具体为：

当自发电模块存储的电量高于第一阈值，且电源模块存储的电量低于第三阈值时，控制储能模块向电源模块充电；当充电至自发电模块存储的电量低于第四阈值时，控制储能模块停止向电源模块充电。

本发明提供的一种智能定位鞋及定位方法，根据控制模块在第一设定时段内是否接收到能够证明鞋本体在运动的电信号来发送定位信息，即使得自发电模块参与到实际控制中，避免了智能定位鞋在静止时不断地发出定位信息，减少了能源消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为现有技术中定位鞋的模块示意图；

图2为本发明实施例中定位鞋的模块示意图；

图3为本发明实施例中定位方法的流程示意图；

图4为本发明实施例中自发电模块启动控制模块的示意图；

图5为本发明实施例中控制模块控制电源模块向定位模块、通信模块供电的示意图；

图6为本发明实施例中控制模块控制定位模块发送定位信号的示意图；

图7为本发明实施例中控制模块控制储能模块向电源模块充电的示意图；

图8为本发明实施例中控制模块控制储能模块向电源模块充电的充电策略流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本实施例公开了一种智能定位鞋，包括鞋本体以及密闭设在鞋本体内部的自发电模块、储能模块、电源模块、控制模块、定位模块与通信模块。具体的，本实施例中将自发电模块、储能模块、电源模块、控制模块、定位模块与通信模块封闭成一个“黑盒子”后密闭在鞋本体的后跟或前脚掌位置，即类似于市面上的“发光鞋”；其密闭过程为常规技术手段，因此本实施例中不再赘述。由于定位鞋的各个功能模块均密闭在鞋本体内，没有外露充电接口和线缆，因而具有较高的防尘、防水与防震动功能。

参考图2，下面对智能定位鞋中的自发电模块、储能模块、电源模块、控制模块、定位模块与通信模块作出进一步说明。

自发电模块，采用电磁感应自发电的方式，与储能模块、控制模块电联；自发电模块的主要功能是利用鞋本体的运动，电磁感应产生电流，产生的电流具有两个流向，其一是流向储能模块；其二作为控制模块的启动电源和控制信息。鞋本体刚运动时，电磁感应自发电产生的电流不仅启动控制模块，其信息也是控制信号，控制模块依据该信息启动电源模块对定位模块进行供电，同时控制通信模块发送定位信息；如果鞋本体在第一设定时段内不运动，不产生电流，该信息也会作为控制信息被控制模块探测到，控制模块根据该信息控制通信模块发送最后定位信息，并控制电源模块停止向 定位模块供电。电磁感应发电为非常成熟的技术，在市面上也具有通用的模块组件，因此本实施例中对于自发电模块的结构、原理不再赘述。

储能模块，由若干个超级电容组成；由于自发电模块电磁感应产生的电流较小，不适合时刻给电源模块充电。利用超级电容组成储能模块，当控制模块探测到储能模块存储的电量达到第一阈值后，通过指令控制储能模块向电源模块充电，当超级电容的电量下降到第三阈值时时，终止充电，剩余电量作为控制模块的电源之一。

控制模块，包括电联的信号转换子模块与控制子模块，控制子模块与储能模块、电源模块、通信模块电联；信号转换子模块与自发电模块电联；信号转换子模块接收自发电模块的感应电流，将电信号转换为数字信号，并将该数字信号转换为能够证明鞋本体在运动的电信号后发送至控制子模块；当控制子模块在第一设定时段内接收到能够证明鞋本体在运动的电信号时，控制子模块控制电源模块向定位模块、通信模块供电，并控制通信模块将鞋本体的定位信息实时发送至云端；当控制子模块在第一设定时段内未接收到能够证明鞋本体在运动的电信号时，控制子模块控制电源模块停止向定位模块、通信模块供电，并控制通信模块将鞋本体当前的定位信息发送至云端后停止运行。其中，信号转换子模块在本实施例中的功能主要在于将电信号转换为数字信号，再将数字信号转换为电信号，其可以直接采用市面上现有的信号转换器实现，因此本实施例中不再对信号转换子模块的电路结构进行赘述；控制子模块在本实施例中的功能主要在于根据接收到的电信号进行发送控制指令的操作，可以直接采用市面上现有的单片机与传感器实现，因此本实施例中不再对控制子模块的电路结构进行赘述。

综上，本实施例中的控制模块具有四个工作状态：

第一、启动模式：控制模块的启动电源是自发电模块产生的感应电流，其有益效果在于，如果鞋本体没有运动，整个定位鞋的能源处于电源模块自然放置状态，定位模块和通信模块均不消耗电能，且控制模块也不消耗能源，能够极大地节省能源，延长整个定位鞋的续航时间；

第二、供电模式：控制模块的运作电源来自自发电模块和储能模块，其有益效果在于控制模块不会消耗电源模块的电量，不会受到电源模块电量的影响；

第三、关闭模式：当定位鞋在运动一段时间后，在第一设定时段内部运动，为了节约能源，控制模块会控制其他结构发送一次定位信息后，切断电源模块供电模块，并关闭自身，等待下次鞋本体运动启动，其有益效果在于，当鞋本体长时间不运动时，默认为鞋本体处于静止状态，只需要发出静止前的定位信息即可，后续整个定位鞋处于等待模式，能够延长定位鞋的续航时间；

第四、定位信息发送模式：控制模块根据自发电模块的发电情况控制发送定位信息的频率，如果自发电模块在第二设定时段内发出的电量超过第二阈值，将按照比较高的频率发送定位信息，如30秒一次，如果自发电模块在第二设定时段内发出的电量没有超过第二阈值，将按照比较低的频率发出定位信息，如一分钟一次。

定位模块，包括与控制模块、电源模块、通信模块电联的窄带物联网通信子模块、GPS定位子模块、北斗定位子模块；采用GPS、北斗和窄带物联网三重定位，本实施例中的新型智能定位鞋主要用于布置好窄带物联网的产所，该场所布置有覆盖面广的窄带物联网。室外可采用卫星和窄带物联网三重定位，室内主要采用窄带物联网定位。窄带物联网NB-IoT有很多优点，首先是覆盖更广，NB-IoT信号穿墙性远远超过现有的网络，即使用户深处地下停车场，定位鞋也能利用NB-IoT；其次是可以连接更多设备，NB-IoT技术比传统移动通信网络连接能力高出100倍以上，也就是说，同一基站可以连接更多的智能定位鞋，避免掉线情况；三是更低功耗，NB-IoT设备的待机时间在现有电池无需充电的情况下可使用2-3年，基于这个特点本发明的智能定位鞋不需要充电接口，使整个定位装置处于封闭状态，防水防尘防震。

通信模块，与控制模块、定位模块电联，根据控制模块的指令，发送定位数据给云端，具体的，通信模块采用软件加密方式发送数据。用户最终通过终端即能查看云端上的定位信息。

本实施例中的电源模块为锂电池。

参考图3，本实施例还功能一种上述智能定位鞋的定位方法，包括如下步骤：

步骤1，判断控制模块在第一设定时段内是否接收到能够证明鞋本体在运动的电信号，若是则进入步骤2，否则进入步骤3；

步骤2，控制模块控制电源模块向定位模块、通信模块供电，并控制通信模块按照定位策略将鞋本体的定位信息发送至云端；

步骤3，控制模块控制电源模块停止向定位模块、通信模块供电，并控制通信模块将鞋本体当前的定位信息发送至云端后停止运行。

步骤2中，所述控制通信模块按照定位策略将鞋本体的定位信息发送至云端具体为：

判断自发电模块在第二设定时段内的发电量是否达到第二阈值；

若是则控制通信模块每隔t₁秒将鞋本体的定位信息发送至云端；

否则控制通信模块每隔t₂秒将鞋本体的定位信息发送至云端；

其中，t₁<t₂。

步骤2中，控制模块在控制通信模块按照定位策略将鞋本体的定位信息发送至云端的过程中，同时还按照充电策略控制储能模块向电源模块充电，所述充电策略具体为：

当自发电模块存储的电量高于第一阈值，且电源模块存储的电量低于第三阈值时，控制储能模块向电源模块充电；当充电至自发电模块存储的电量低于第四阈值时，控制储能模块停止向电源模块充电。

具体的，本实施例中的定位鞋上具有一个编号，该编号同时有加密序号和独立二维码，便于购买者通过手机终端绑定，优选的，定位鞋绑定权的最高权限在服务端。

在定位鞋出厂前，先电源模块充满电；购买者穿上定位鞋，行走后，自发电模块开始发电，产生的感应电流一部分用于启动控制模块，另一部分用于为储能模块充电，即如图4所示；

控制模块根据自发电模块的控制信号，启动电源模块给定位模块、通信模块供电，即图5所示。供电后，定位模块根据GPS、北斗、窄带物联网进行快速定位；

控制模块根据自发电模块的的电流信号情况，控制通信模块，按照一定的频率发送定位数据到云端，用户终端通过网络连接云端，可以查看定位信息，即如图6所示；

当购买者穿着智能定位鞋行走一段时间后，控制模块探测到储能的容量超过第一阈值、且电源模块电量损耗超过一定数值，打开控制充电线路，使得储能模块给电源模块充电，如图7所示。其中，通过电容向锂电池充电的电路结构为常规技术手段，因此本实施例中不再赘述；

本实施例中的充电逻辑示例如下：如果储能模块的电量超过80％，且电源模块电量低于总电量的90％，控制模块开放充电线路，储能模块给电源模块充电，当储能模块的电量低于20％时，控制模块关闭充电线路，其逻辑如图8所示；

当用户的智能定位鞋静止超过一段时间，如30分钟，自发电模块没有产生电流，控制模块根据逻辑，控制定位数据发送装置发送最后一次数据，关闭电源模块供电，将自身也关闭，静待下一次智能定位鞋运动产生电流重新启动。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种定位方法，其特征在于，采用智能定位鞋，所述智能定位鞋包括鞋本体以及密闭设在鞋本体内部的自发电模块、储能模块、电源模块、控制模块、定位模块与通信模块；

自发电模块与储能模块电联；自发电模块基于鞋本体的运动产生感应电流，并将感应电流导入储能模块；

储能模块与控制模块、电源模块电联；储能模块将自发电模块产生的感应电流进行存储，并在存储的电量达到第一阈值后在控制模块的控制下为电源模块充电，同时为控制模块的运行供电；

电源模块与控制模块、定位模块、通信模块电联；电源模块在控制模块的控制下向定位模块与通信模块供电；定位模块在电源模块供电后获取鞋本体的定位信息；

通信模块与控制模块、定位模块电联；通信模块在控制模块的控制下将鞋本体的定位信息发送至云端；

所述控制模块包括电联的信号转换子模块与控制子模块，控制子模块与储能模块、电源模块、通信模块电联；

所述信号转换子模块与自发电模块电联；信号转换子模块接收自发电模块的感应电流，将电信号转换为数字信号，并将该数字信号转换为能够证明鞋本体在运动的电信号后发送至控制子模块；

当控制子模块在第一设定时段内接收到能够证明鞋本体在运动的电信号时，控制子模块控制电源模块向定位模块、通信模块供电，并控制通信模块将鞋本体的定位信息实时发送至云端；

当控制子模块在第一设定时段内未接收到能够证明鞋本体在运动的电信号时，控制子模块控制电源模块停止向定位模块、通信模块供电，并控制通信模块将鞋本体当前的定位信息发送至云端后停止运行；

所述定位方法包括如下步骤：

步骤1，判断控制模块在第一设定时段内是否接收到能够证明鞋本体在运动的电信号，若是则进入步骤2，否则进入步骤3；

步骤2，控制模块控制电源模块向定位模块、通信模块供电，并控制通信模块按照定位策略将鞋本体的定位信息发送至云端；

步骤3，控制模块控制电源模块停止向定位模块、通信模块供电，并控制通信模块将鞋本体当前的定位信息发送至云端后停止运行。

2.根据权利要求1所述定位方法，其特征在于，步骤2中，所述控制通信模块按照定位策略将鞋本体的定位信息发送至云端具体为：

判断自发电模块在第二设定时段内的发电量是否达到第二阈值；

若是则控制通信模块每隔t₁秒将鞋本体的定位信息发送至云端；

否则控制通信模块每隔t₂秒将鞋本体的定位信息发送至云端；

其中，t₁<t₂。

3.根据权利要求1所述定位方法，其特征在于，步骤2中，控制模块在控制通信模块按照定位策略将鞋本体的定位信息发送至云端的过程中，同时还按照充电策略控制储能模块向电源模块充电，所述充电策略具体为：

当自发电模块存储的电量高于第一阈值，且电源模块存储的电量低于第三阈值时，控制储能模块向电源模块充电；当充电至自发电模块存储的电量低于第四阈值时，控制储能模块停止向电源模块充电。

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