CN112839541A - 一种可以更换电池的防水智能鞋垫 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可以更换电池的防水智能鞋垫，包括：鞋垫主体，用以置于鞋内的踩踏面上；电池，置于鞋垫主体内部以提供鞋垫主体内部的用能部件所需电能，所述防水智能鞋垫还包括被保持在所述鞋垫主体背离人体脚部的一面上以避免外部液体进入鞋垫主体内的密封件，电池与用能部件上均设有接线端子，使得置于鞋垫主体内部的电池能够在拆除密封件的情况下从所述鞋垫主体上背离人体脚部的一面取出和/或中断其给用能部件的供电。

Description

一种可以更换电池的防水智能鞋垫

技术领域

本发明涉及可穿戴设备技术领域，尤其涉及一种可以更换电池的防水智能鞋垫。

背景技术

可穿戴装置，是结合无线通信技术、多媒体技术和计算机技术的智能设备，其通常是在日常生活中容易携带的物品的形式。可穿戴装置可以连接到个人区域网络和监控实时情况，以帮助用户在动态中处理信息，诸如运动手环、智能耳机、智能鞋垫的可穿戴装置层出不穷，有利于帮助人们检测运动与健康的数据指标并进行相关分析与服务等。其中，在尽可能不影响人们正常运动的条件下通过足底监测获取生物信息的智能鞋垫，不仅可以为人们随时实地提供足部保暖，并且还能够定期和长期地对用户身体状况进行连贯数据的跟踪，从而为智能医疗提供了一定的健康大数据。

现有技术中公开号为CN108926073A的专利文献提出了一种鞋垫，所述鞋垫内设有石墨烯发热膜、电池和控制电路；所述电池和所述石墨烯发热膜均位于鞋垫内层，所述鞋垫内层内设有壳体，所述壳体包括容纳腔，所述电池和所述控制电路收容于所述容纳腔内；所述控制电路的输入端与所述电池连接，所述控制电路的输出端与所述石墨烯发热膜连接；所述控制电路用于根据来自所述电池的输入电能，提供所述石墨烯发热膜发热所需的电能，所述石墨烯发热膜用于根据该电能发热。通过发热效率高的石墨烯材质作为鞋垫的发热体，降低单位时间内发热所耗费的电能，延长鞋垫的发热时间。

现有技术中公开号为CN110250656A的专利文献提出了一种以柔性锂硫电池为电源的保暖鞋垫，所述保暖鞋垫从上至下依次设置有上防滑层、加热层和下防滑层，所述加热层上设置有磁性温控开关、可充电插口、柔性锂硫电池和加热丝，并且所述磁性温控开关、可充电插口、柔性锂硫电池和加热丝相连接构成闭合回路。该保暖鞋垫以柔性锂硫电池为电源，该电源具有较强的耐弯曲耐折叠能力和机械性能以及电化学性能。

然而上述技术方案至少存在以下缺陷：电池要么完全封闭式设计在鞋垫内层，导致其所提出的智能鞋垫的使用寿命较短，并且采用的大容量电池相应的大电池体积将严重影响足部舒适度；要么采用开放式的可充电插口，难以避免鞋子进水时对可充电插口的影响，在人们脚部大幅走动过程中极易导致水从可充电插口蔓延至内部电路，并且需要充足的时间等待水分晾干。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

智能鞋垫不仅可以为人们随时实地提供足部保暖，并且还能够定期和长期地对用户身体状况进行连贯数据的跟踪，从而为智能医疗提供了一定的健康大数据。在目前现已提出的智能鞋垫方案中，电池要么完全封闭式设计在鞋垫内层，导致其所提出的智能鞋垫的使用寿命较短，并且采用的大容量电池相应的大电池体积将严重影响足部舒适度；要么采用开放式的可充电插口，难以避免鞋子进水时对可充电插口的影响，在人们脚部大幅走动过程中极易导致水从插口蔓延至内部电路，并且需要大量时间等待水分晾干。

针对现有技术之不足，本发明提供了一种可以更换电池的防水智能鞋垫，包括：鞋垫主体，用以置于鞋内的踩踏面上；电池，置于鞋垫主体内部以提供鞋垫主体内部的用能部件所需电能，所述防水智能鞋垫还包括被保持在所述鞋垫主体背离人体脚部的一面上以避免外部液体进入鞋垫主体内的密封件，电池与用能部件上均设有接线端子，使得置于鞋垫主体内部的电池能够在拆除密封件的情况下从所述鞋垫主体上背离人体脚部的一面取出和/或中断其给用能部件的供电。本申请所提出的智能鞋垫采用可拆分结构，电池与用能部件之间通过带有接线端子的电子连接线实现快速连接或快速替换。用户可以通过智能终端设备查看到电池的电能，在电池快用完的时候可以通过接线端子轻松更换新的电池。电池与用能部件可以是通过密封件来实现其与外部环境之间的相对隔离，可以有效地防止外部液体进入到鞋垫主体内，起到防水作用，延长智能鞋垫的使用寿命。密封件可以拆除脱离鞋垫主体，将电池与用能部件无损地拆下来，同时可以采用较小容量的电池，增加足部舒适度。

成双的两个鞋垫主体中的至少一个设置有所述用能部件。一双鞋垫中即可以单脚有用能部件/核心模块，也可以双脚均设置有用能部件/核心模块。所述防水智能鞋垫中的中央处理器与智能终端设备通信连接。

现有技术中如公开号为CN105380342A的专利文献提出了一种基于电容式压力传感器的智能鞋垫系统，包括鞋垫、分布于鞋垫中的柔性电容式压力传感器和信号采集电路系统，其中，信号采集电路系统包括传感器信号采集模块、主控芯片、数据存储模块以及电源和无线传输模块，柔性电容式压力传感器将测量的脚掌各位置的压力信号传输给传感器信号采集模块，传感器信号采集模块将多个通道的压力信号转换为数字信号输入主控芯片，主控芯片将获得的压力数据储存到数据存储模块中或者输送到电源和无线传输模块，并且分析计算出包括心率、体重、步姿、步数、步频和走速在内的人体状态数据，电源和无线传输模块将压力数据发送到移动终端。

为通过鞋垫实现定期和长期地对用户身体状况进行连贯数据的跟踪，现有技术中提出了如上述专利文献的技术方案中布置有大量压力传感器的智能鞋垫，通过对用户运动所产生的大量压力传感数据的数据，分析给出该用户当前是否适合运动或是运动方案建议。然而此类技术方案至少存在以下缺陷：通过上述技术方案所给出的运动方案建议，通常是以用户身高体重年龄等个人用户信息为基础提出的，仅仅只能提醒用户运动量是否合宜，实际上这种运动方案建议非常笼统不具体，在用户穿戴已铺放有鞋垫主体的鞋体行动时，其所穿戴的鞋体与其所在区域的路面等多方面因素均会极大地影响用户在运动时的感受以及潜在的运动损伤，上述给出的运动方案中忽略了这些因素而给出的运动量往往超标，达不到理想的运动效果，因此，现有技术无法准确可靠地给出具体的运动方案建议。

对此，本申请提出了一种智能鞋垫系统，包括：智能鞋垫，用以置于鞋体内的踩踏面上；至少一个传感器，置于智能鞋垫上以采集与用户相关的传感数据；智能终端设备，通过无线方式与智能鞋垫通信连接，智能终端设备中包括：使用环境感知模块，其被配置为在用户采用所述鞋垫主体行动时，基于至少一个传感器所采集到的传感数据来感知智能鞋垫的当前使用环境信息；运动状态感知模块，其被配置为基于智能鞋垫上至少一个传感器所采集到的传感数据来感知用户的运动模式特征；运动方案制定模块，其被配置为接收由云服务器和/或调用智能终端设备中的基础用户信息，结合当前使用环境、运动模式特征与基础用户信息分析得出运动建议并反馈至用户。

本申请所提出的智能鞋垫系统从用户穿戴时的使用环境、运动状态以及用户自身情况等多方面因素进行分析，可以得出能够准确指出具体对用户运动可能造成潜在的运动损伤的因素的运动建议方案，不仅仅从当前行为与用户运动目标之间给出了数据关联，并且还基于运动过程中对用户所可能造成的潜在运动损伤给出了更全面的运动方案建议。当前行为与用户运动目标之间的数据关联主要指的是监测用户运动量等是否符合为用户拟定的运动方案以及以百分比或图状展示的达标程度等。本申请所给出的运动方案建议中还包括基于用户当前行为进行的潜在运动损伤，以在当前行为超出与之相对应的预设时长时发出提示。避免了现已有的只关注运动量是否达标的运动监测设备易导致潜在运动损伤的问题。

根据一种优选实施方式，使用环境感知模块可基于预设压力阈值和智能鞋垫上至少一个压力传感器所采集到的压力传感数据对智能鞋垫的使用状态进行判断，在判断得出智能鞋垫被用户所使用的情况下指示该智能鞋垫进入配对模式，该智能鞋垫通过无线方式与与之相关联的至少一个其他智能鞋垫相通信连接并控制其他智能鞋垫以主备模式或主主模式进行信息交互。

根据一种优选实施方式，在用户启动智能鞋垫时智能鞋垫中的声音采集传感器处于关闭状态，运动方案制定模块根据运动状态感知模块和环境感知模块结合预设信息所分析得到的结果，激发声音采集传感器工作。

根据一种优选实施方式，运动方案制定模块被配置为：在运动状态感知模块所感知得到的运动模式特征为非活动状态，并且使用环境感知模块基于预设湿度阈值和智能鞋垫上至少一个湿度传感器所采集到的湿度传感数据分析得到环境干燥信息的情况下，指示声音采集传感器开启。

根据一种优选实施方式，所述智能鞋垫包括设于其鞋垫主体背离人体脚部的一面上的容腔和与之相适配的密封件，密封件可拆地被保持在容腔上以避免外部液体进入容腔内部，声音采集传感器以其采声孔相对容腔朝外的方式装配在密封件上。

根据一种优选实施方式，至少一个湿度传感器沿智能鞋垫的鞋垫外边缘间隔布置，运动方案制定模块被配置为：在使用环境感知模块分析得到智能鞋垫上至少一个湿度传感器所采集到的湿度传感数据超出预设湿度阈值的情况下，指示声音采集传感器关闭。

根据一种优选实施方式，在使用环境感知模块判断得出智能鞋垫被用户所使用的情况下，智能终端设备基于基础用户信息调取出预储的与之相适配的智能鞋垫调试方案指示智能鞋垫进入调试模式，并通过其显示界面和/或语音播报的方式指示已穿戴好智能鞋垫的用户完成智能鞋垫调试方案中的至少一个动作，基于在调试模式下所采集到的传感数据来设置或优化智能鞋垫中的至少一个预设参数和/或智能终端设备中的至少一个预设参数。

根据一种优选的实施方式，所述使用环境感知模块可基于由至少一个传感器所处理得到的声音采集时机，来对声音传感器所采集到的声音数据进行第一声音特征识别；基于声音特征数据库对其分析得到的第一声音特征识别结果进行第二声音特征识别，可匹配得到声音特征数据库中与之相对应的当前使用环境信息。

根据一种优选的实施方式，所述使用环境信息至少包括用户所穿戴的鞋体在用户行动时的表现能力以及用户所在区域的路面情况。

根据一种优选的实施方式，所述智能终端设备还包括设于所述鞋垫本体内部的摔倒监控模块，摔倒监控模块被配置为：监控彼此预先配对好的两个鞋垫本体中分别设置的至少一个压力传感器的压力数据；在监控到单个鞋垫本体的压力数据出现侧倾式特征时，对另一个鞋垫本体的压力数据在第一预设时长内是否低于预设阈值进行判断；若在自监控到单个鞋垫本体的压力数据出现侧倾式特征起另一个鞋垫本体的压力数据在第一预设时长内持续低于预设阈值，对所述两个鞋垫本体的相对姿态进行判断；若任一鞋垫本体的相对姿态在第二预设时长内持续满足倒地式特征，发出告警信息。

根据一种优选实施方式，所述摔倒监控模块在其检测到任一鞋垫本体的相对姿态在第二预设时长内持续满足倒地式特征的情况下，通过鞋垫本体向用户足部发出刺激信息，并在第三预设时长内未接收到用户足部对刺激信息所作出的反馈信息时，发出告警信息。

根据一种优选实施方式，所述告警信息至少包括所述智能鞋垫的定位信息、当前使用环境、运动模式特征与基础用户信息中的一个或几个。

根据一种优选实施方式，所述智能终端设备还包括设于所述鞋垫本体内部的行进引导模块，行进引导模块被配置为在智能终端设备进入步行导航的情况下获取由智能终端设备生成的当前定位信息和/或行进路线信息，并根据当前定位信息和/或行进路线信息通过智能鞋垫向用户足部不同区域发出具有指向性的刺激信息。

根据一种优选实施方式，所述运动状态感知模块通过信号采集电路可获取到由至少一个传感器所采集到的压力数据和/或三维加速度数据，并分析得出当前用户的运动模式特征。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的用能部件与电池的简化结构示意图。

附图标记列表

1：用能部件 2：电池

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本申请提出了一种可以更换电池的防水智能鞋垫，包括鞋垫主体、用能部件1、电池2和密封件。鞋垫主体用以置于鞋内的踩踏面上。电池2置于鞋垫主体内部以提供鞋垫主体内部的用能部件1所需电能。用能部件1可以是指中央处理器、PCB板或其它设备。

该鞋垫本体背离人体脚部的一面上开设有容腔，用于放置用能部件1与电池2，密封件与该容腔的开放端相适配，可以密封住该容腔。一方面防止用能部件1与电池2意外脱离出鞋垫本体，另一方面可阻止外部液体进入到容腔内部对电池2与用能部件1造成影响。智能鞋垫也可采用无线充电或自发电结构。

该电池2与用能部件1上均设有接线端子。电子连接线的两端能够通过插拔的方式使其两端分别连接上电池2与用能部件1。插拔方式快速且稳定性高，可任意更换电池2或用能部件1。当将密封件从容腔开放端取下时，暴露出位于容腔内的电池2与用能部件1，使用者可拔出电池2或拔出用能部件1或取下电子连接线进行及时地更换。

该防水智能鞋垫还包括至少一个传感器，其用以采集与用户相关的传感数据。传感器可以包括至少一个声音采集传感器、至少一个三轴加速度传感器、至少一个压力传感器、至少一个形变传感器中的一个或几个。

该声音采集传感器以其采声孔相对容腔朝外的方式装配在密封件上。传感器与核心模块之间可以是通过电子连接线相连接。用能部件1如PCB板可以是固接在密封件的内壁面上。至少一个湿度传感器沿智能鞋垫的鞋垫外边缘间隔布置。密封件设置在人体足弓所对应的区域上。人体足弓所对应的区域所受到的压力作用下，且远离足部易出汗的脚趾所在区域和前脚掌所在区域，避免足部出汗后汗水从采声孔进入到声音采集传感器，造成声音采集传感器损坏。同时湿度传感器布置在鞋垫外边缘，可以在第一时间采集到鞋体进水的意外情况，进而及时地采取措施保护声音采集传感器，避免水从采声孔进入到处于工作状态下的声音采集传感器，造成声音采集传感器损坏。

本申请还提出了适用于上述智能鞋垫的系统，包括该智能鞋垫和智能终端设备。智能终端设备通过无线方式与智能鞋垫通信连接。

本申请中所提及的智能终端设备可以是指智能手机、智能手环等可穿戴设备。智能终端设备/云服务器可主动采集用户的基础用户信息，包括用户身高、体重、年龄、心率、脉搏、呼吸、血压、血糖、体温、生理周期、历史就诊记录等信息。由于防水智能鞋垫置于鞋底部，且不是持续与使用者脚部保持接触，对此，现有技术中大多数所提出的面向健康的智能鞋垫，在用户行进甚至跑动时根本无法采集到准确的心率信息，而其所得出的心率数据并不是经传感器采集而是经验公式推算得到的估算值。对此，本申请中防水智能鞋垫采用通信传输的方式，来获取用户实时的真实生物数据，防水智能鞋垫既可以通过云服务器获取也可以直接连接智能终端设备进行信息交互。防水智能鞋垫将其接收到的基础用户信息，整合进将向用户展示的运动方案中，使得运动方案更全面且准确。

该智能终端设备中至少包括使用环境感知模块、运动状态感知模块与运动方案制定模块。使用环境感知模块、运动状态感知模块与运动方案制定模块彼此之间可进行信息交互。

该使用环境感知模块可获取到智能鞋垫中至少一个压力传感器、至少一个湿度传感器和声音采集传感器所采集到的压力传感数据、湿度传感数据和声音数据。在用户采用所述鞋垫主体行动时，使用环境感知模块基于压力传感数据、湿度传感数据和声音数据来感知智能鞋垫的当前使用环境信息。当前使用环境信息可用于指示智能鞋垫的使用状态，即用户是否踩踏至鞋垫上。也可指示用户所在局部区域内的路面类型。也可指示智能鞋垫环境湿度。

优选地，使用环境感知模块可基于预设压力阈值和智能鞋垫上至少一个压力传感器所采集到的压力传感数据对智能鞋垫的使用状态进行判断。在当前的压力传感数据在预设时长内持续超出预设压力阈值时，判断智能鞋垫正被用户所使用，指示该智能鞋垫进入配对模式。通过配对模式，该智能鞋垫可与与之相关联的至少一个其他智能鞋垫相通信连接。该智能鞋垫可控制其他智能鞋垫以主备模式或主主模式进行信息交互。

主备模式可以是指两个智能鞋垫之间彼此数据同步共享，由作为主机的智能鞋垫与智能移动终端进行信息交互，将两个智能鞋垫所采集到的信息传输至智能移动终端。智能移动终端向作为主机的智能鞋垫发出控制指令，作为主机的智能鞋垫再向作为备机的另一智能鞋垫转发控制指令。当作为主机的智能鞋垫电力不足或损坏的情况下，作为备用机的另一个智能鞋垫主动与智能移动终端进行信息交互。

主主模式可以是指两个智能鞋垫之间彼此数据同步共享，两个智能鞋垫分包将其所采集到的信息传输至智能移动终端，智能移动终端同时向两个智能鞋垫发出控制指令。

优选地，智能移动终端中预储有至少两套彼此参数设置不同的管理方案。在与其他智能鞋垫配对失败或无配对对象时选用与单一智能鞋垫相对应的管理方案来分析处理数据。在与其他智能鞋垫配对成功时选用与成对智能鞋垫相对应的管理方案来分析处理数据。

在用户打开智能鞋垫电源开关时，智能鞋垫中的声音采集传感器处于关闭状态而不会启动。根据运动状态感知模块和环境感知模块结合预设信息所分析得到的结果，由运动方案制定模块向智能鞋垫发出激发声音采集传感器工作的控制指令。

优选地，在运动状态感知模块所感知得到的运动模式特征为非活动状态，并且使用环境感知模块基于预设湿度阈值和智能鞋垫上至少一个湿度传感器所采集到的湿度传感数据分析得到环境干燥信息的情况下，运动方案制定模块指示声音采集传感器开启。在使用鞋垫前，通过优先对环境湿度进行判断，保证声音采集传感器所处环境干燥，避免在声音采集传感器进水的情况下打开声音采集传感器而造成其损坏。

在使用环境感知模块分析得到智能鞋垫上至少一个湿度传感器所采集到的湿度传感数据超出预设湿度阈值的情况下，运动方案制定模块指示声音采集传感器关闭。以保护在鞋体进水的情况下，可以及时地关闭声音采集传感器，延长其使用寿命。

在使用环境感知模块判断得出智能鞋垫被用户所使用的情况下，智能终端设备指示智能鞋垫进入调试模式。智能终端设备中预储有至少一个智能鞋垫调试方案，不同用户可对应不同的智能鞋垫调试方案。智能终端设备根据基础用户信息，获取到用户的身高体重年龄以及就医史等，利用其可调取到至少一个与之相适配的智能鞋垫调试方案。不仅可以根据不同用户情况选择不同的调试方案，以避免让年龄过大或有腿部疾病的用户进行过于激烈的动作，同时通过适配性的调试，可以将智能鞋垫与智能终端设备更好地适用不同用户的不同状态。

智能鞋垫调试方案是指根据指定的动作，采集指定动作下用户对鞋垫的作用情况即传感数据，基于在调试模式下所采集到的传感数据来设置或优化智能鞋垫中的至少一个预设参数和/或智能终端设备中的至少一个预设参数。

在用户穿戴已铺放有鞋垫主体的鞋体行动时，其所穿戴的鞋体与其所在区域的路面均会极大地影响用户在运动时的感受以及潜在的运动损伤。对此，设于防水智能鞋垫内部的声音传感器能够采集到至少包括鞋体与地面之间接触而发出的声音信号的数据。使用环境感知模块可基于三轴加速度传感器所处理得到的用户脚部落地信息，来对声音传感器所采集到的声音数据进行第一声音特征识别，并识别得出其中用以描述鞋体与地面之间接触而发出的声音信号的声音数据。使用环境感知模块/云服务器中预储有通过大量实验得到的声音特征数据库。

使用环境感知模块可基于声音特征数据库对其分析得到的声音数据进行第二声音特征识别，可匹配得到声音特征数据库中与之相对应的当前使用环境信息。当前使用环境信息主要用于指示用户所在局部区域内的路面类型。

在声音特征数据库的建立过程中，我们通过收集日常中使用率高的路面/地面类型，包括路面砖铺设的人行道、泥土地面、混凝土地面、沥青路面、瓷砖地面、塑胶地板、实心木板、空心木板、运动跑道九种类型。并采用日常中使用率高的鞋体类型分别在不同路面/地面类型上进行试验，采用的鞋体类型是按照不同鞋底材料如橡塑合成底、牛筋、PU底、塑料鞋底、真皮鞋底等所选用的球鞋、皮鞋、帆布鞋、休闲鞋、板鞋、气垫鞋、布鞋七大鞋体类型。分别采集不同鞋体类型在不同的路面/地面类型上行进或运动试验的过程中的时域声音信号，采集无故障轴承在跑合试验过程中的时域声音信号，并将其转化为声音频谱图。将所述时域声音信号、声音频谱图和相应的试验条件进行存储，以此建立分别针对路面砖铺设的人行道、泥土地面、混凝土地面、沥青路面、瓷砖地面、塑胶地板、实心木板、空心木板、运动跑道九种类型的第一至第九声音特征数据库。

我们将鞋垫绑定在用户脚底部，采集其在硬质不可形变的地面上行进或运动时对鞋垫所造成的压力数据，并以此为试验标准库。基于此分别在九种路面上穿上不同类型鞋体进行试验评测，将试验得到的在不同路面上使用不同鞋体的情况下对鞋垫所造成的压力数据建立分别针对不同路面/地面类型的第一至第九压力数据库。各压力数据库分别与至少一个声音特征数据库。并基于预设的试验标准库分别计算得到与不同表现能力的鞋体相对应的压力值修正系数。

使用环境感知模块可基于第一至第九声音特征数据库对其分析得到的声音数据进行第二声音特征识别，可匹配得到第一至第九声音特征数据库中与之相对应的其中一个声音特征数据库和路面类型。基于确定的声音特征数据库可调取到与之相对应的压力数据库，在得出当前用户所穿戴的鞋体在用户行动时的表现能力时，可以获取到压力数据库中其表现能力相对应的压力值修正系数。压力值修正系数可用以修正在用户穿戴已铺放有鞋垫主体的鞋体行动时，设于鞋垫主体内部的至少一个压力传感器所采集到的鞋垫本体因用户施压变化所产生的压力数据。

目前针对用户所在区域的路面情况的识别技术中，大多数采用摄像头智能视觉感知，但受限于其价格昂贵且摄像稳定性要求高，无法适用于本申请所面向的大多数用户。现有技术中提出了结合声音采集功能的智能鞋，但由于用户不可能每天都固定穿那一双智能鞋，并且此类智能设备与鞋体相结合的制作工艺复杂，将导致智能鞋成本高且可用性低。对此，本申请将鞋垫与使用环境模块相结合，将声音特征识别集合到鞋垫中，不仅使得声音特征识别处理更加简化，同时还增强了鞋垫的智能感知能力，其优势主要在于：

其一，鞋垫不同于鞋体，鞋垫是被完全包覆在鞋体与足部之间，相对封闭，正基于此鞋垫内的声音采集传感器可以隔离开外界的大部分噪音，极大地降低了在开放环境下进行声音采集而导致的大量声音数据，对声音传感器灵敏度要求不高，有利于提高本申请中使用环境感知模块的数据处理速度。

其二，鞋垫相对更靠近鞋体和地面，极大地增强了声音采集传感器对目标声音信号的重点采集，对声音传感器灵敏度要求不高，有利于得到具有明显声音特征的声音数据，减少了声音特征识别处理步骤，进一步提高了本申请中使用环境感知模块的数据处理速度。

其三，本申请没有对在鞋垫使用期间所有的声音进行采集，而是实时动态地根据用户移动来设置采集时机，极大地降低了本申请中使用环境感知模块的数据处理量，存储空间占用量小，提升了整体响应速度。

其四，本申请对声音传感器的灵敏度要求不高，声音传感器与鞋垫的成本均较低，并且鞋垫的使用灵活度高，可以匹配至使用者的多双鞋来使用，在低成本的同时实现了高可用性。

在用户穿戴已铺放有鞋垫主体的鞋体行动时，设于鞋垫主体内部的至少一个形变传感器能够采集到鞋垫本体因用户走动时随鞋体所产生的形变。该形变传感器主要设置在足部跖骨与跖骨间相连的区域，能够有效地针对鞋垫主体内主要发生大形变的区域进行数据采集。使用环境感知模块可基于由至少一个形变传感器所采集得到的形变数据分析得出鞋垫本体在至少两个维度上的形变信息，并基于预设的形变特征规则可匹配得出与之相对应的用户所穿戴的鞋体在用户行动时的表现能力。该表现能力主要是指针对在不同路面上和/或针对不同体重的人群和/或针对不同的运动状态的可提供的缓冲减震能力、稳定支撑能力等。

在用户穿戴已铺放有鞋垫主体的鞋体行动时，设于鞋垫主体内部的至少一个压力传感器能够采集到鞋垫本体因用户施压变化所产生的压力数据。运动状态感知模块通过信号采集电路可获取到该压力数据以及由三轴加速度传感器所得出的三维加速度数据，并分析得出用户的运动模式特征。运动模式特征可以包括体重、步姿、步数、步频和走速中的一个或几个。

至少一个压力传感器分别用于监测脚部大脚趾作用力、四个小脚趾作用力、第一趾骨头作用力、第二趾骨头和第三趾骨头共同作用力、第四趾骨头和第五趾骨头共同作用力、足弓内侧作用力、足弓外侧作用力、足跟内侧作用力和足跟外侧作用力。传感器的分布位置与人脚掌骨骼的位置相对应。鞋垫中的传感器可以位于相应的骨骼所在区域的正下方的区域内。该第一压力传感器设置于鞋垫上对应于脚掌的根骨底端处。该第二压力传感器设置于鞋垫上对应于脚掌的第五跖骨靠近骰骨端的端点处。该第三压力传感器设置于鞋垫上对应于脚掌的第五跖骨靠近第五近节趾骨的端点处。该第四压力传感器设置于鞋垫上对应于脚掌的第三远节趾骨和第四远节趾骨的中点处。该第五压力传感器设置于鞋垫上对应于脚掌的第三跖骨靠近第三近节趾骨的端点处。该第六压力传感器设置于鞋垫上对应于脚掌的第一远节趾骨中点处。该第七压力传感器设置于鞋垫上对应于脚掌的第一跖骨靠近第一近节趾骨的端点处。

所述智能终端设备还设置有摔倒监控模块。摔倒监控模块用于对彼此预先配对好的两个鞋垫本体中分别设置的至少一个压力传感器的压力数据进行监控。在监控到单个鞋垫本体的压力数据出现侧倾式特征时，摔倒监控模块对另一个鞋垫本体的压力数据在第一预设时长内是否低于预设阈值进行判断。侧倾式特征是指压力数据逐渐减小且逐渐集中至鞋垫本体的单侧。若在自监控到单个鞋垫本体的压力数据出现侧倾式特征起另一个鞋垫本体的压力数据在第一预设时长内持续低于预设阈值，摔倒监控模块对所述两个鞋垫本体的相对姿态进行判断。相对姿态主要是指通过倾角传感器等所检测到的鞋垫本体相对地面所形成的姿态。摔倒监控模块中预设有倒地式特征，其可以包括鞋垫本体的相对姿态接近与地面相垂直。若任一鞋垫本体的相对姿态在第二预设时长内持续满足倒地式特征，摔倒监控模块发出告警信息。

优选地，在其检测到任一鞋垫本体的相对姿态在第二预设时长内持续满足倒地式特征的情况下，摔倒监控模块通过鞋垫本体向用户足部发出刺激信息。摔倒监控模块在第三预设时长内未接收到用户足部对刺激信息所作出的反馈信息时，发出告警信息。

所述告警信息至少包括所述防水智能鞋垫/智能终端设备的定位信息、当前使用环境、运动模式特征与基础用户信息中的一个或几个。在定位信息不能精准确定用户位置的情况下，通过鞋垫所提供的当前使用环境可以缩小寻找范围，有利于及时在用户跌倒无法活动的情况下快速锁定用户位置。并且预先将运动模式特征与基础用户信息发送至第三方，有利于第三方提前准备好应急措施，实现快速救援。

所述智能终端设备还设置有行进引导模块。在用户使用智能终端设备进行地图导航时，此时智能终端设备与鞋垫之间距离较近，彼此可以自动配对连接。在智能终端设备进入步行导航的情况下，行进引导模块可获取到由智能终端设备生成的当前定位信息和/或行进路线信息。行进引导模块可根据当前定位信息和/或行进路线信息通过鞋垫本体向用户足部不同区域发出具有指向性的刺激信息。此处刺激信息可以是指有频率的振动。在鞋垫本体上装配有若干个振动提示模块，其分别设置在鞋垫本体的边缘位置上。

在鞋垫进行日常生理状态监测的时候，由设于智能鞋垫上的心率传感器持续进行数据监测。当用户生理状态发生改变时，所述心率传感器监测到非正常心率并传输至智能鞋垫上的中央处理器。

中央处理器将接收的一级数据进行分类。中央处理器将按不同通道接收的一级数据进行分类储存，并将类别信息作为标记信息链接至一级数据中各个传感器对应的传感数据记录之上。例如，前述一级数据仅包含心率数据，则通过文字和/或特定的数字对所述心率数据进行标注，并将包含标注信息的一级数据基于其标注的传感类别信息储存至数据储存单元对应传感数据类别的数据库。同时，中央处理器将包含心率数据以及链接或标注值心率数据的标注信息数据作为二级数据经数据传输单元以有线和/或无线的方式发送至智能移动终端。前述无线发送方式包括蓝牙、数据热点和无线WIFI等方式。

用户可以通过智能移动终端随时查看中央处理器发送的二级数据。所述智能移动终端将接受的二级数据通过2G、3G、4G或WIFI等网络发送至云服务器。运动状态感知模块中包括第一至第五处理单元。第一处理单元将接受的由智能移动终端发送的二级数据，并完成其数据的预处理。所述预处理过程为：完成二级数据中的标注信息识别，从而是对接收的二级数据中的传感数据种类进行确认。所述第一处理单元基于识别出的传感数据种类信息调取储存于方案数据库中的与心率相关的数据分类方案。从而实现对该二级数据为生理数据的判别与分类。同时，实现对二级数据中包含的心率数据的数值范围分类。所述第一处理单元将对二级数据进行应用类型分类和数值范围分类后形成的三级数据发送至第二处理单元。

所述第二处理单元基于接收的三级数据中的数值范围信息调取方案数据库中对应传感数据种类和对应范围的生理处理方案完成对用户当前生理状态的分析与监测。同时基于不同的用户个人信息，将心率异常分为初级异常、中级异常和严重异常。例如，普通成年人的正常值为60至100次每分钟。运动员的心率正常值则为45至55左右。根据一个优选的实施方式，将普通成年人的心率值为60至100设置为无异常，其中，心率为50至60以及100至160为初级异常。心率为40至50以及160至220为中级异常。心率为40以下以及220以上为严重异常。因此，系统根据不同的个人信息调取不同标准的生理处理方案，实现用户生理状态的监测。例如，若当前用户的心率值为150，则判断用户处于心率过快的初级异常状态。所述第二处理单元将接受的三级数据信息完成处理后形成的包含心率值和心率异常等级的四级数据发送至第三处理单元。

所述第三处理单元基于接收的包含用户心率值和心率异常等级的四级数据进行用户当前生理安全状态的确认。所述生理安全状态的确认过程包括第三处理单元基于接收的四级数据所包含的传感数据类别以及对应传感数据的异常等级完成从方案数据库调取与该类别相关的数据处理方案。所述确认结果包括在充足数据的支持下的生理安全状态的确认成功，也包括在数据不足的情况下的生理安全状态的确认失败。

例如，当所述四级数据仅包括心率值为150与心率处于偏高的初级异常的情况下，所述第三处理单元从方案数据库调取心率处于偏高异常的并且所需传感数据种类最少的数据处理方案实现用户生理安全等级判断或确认。根据一个优选的实施方式，所述包含心率偏高异常的并且所需传感数据种类最少的数据处理方案至少还需获得用户足部的温度信息和湿度信息。因此，在当前四级数据仅为心率值和心率处于偏高的初步异常等级的条件下，用户生理安全状态的确认失败。

所述第三处理单元基于缺少的数据信息经智能移动终端向中央处理器发送调取包含温度信息、湿度信息和心率信息的详细监测数据采集命令。中央处理器基于详细监测数据采集命令控制湿度传感器、温度传感器打开并进行数据采集。中央处理器将采集包含心率数据、足部温度数据和足部湿度数据的一级数据进行初步处理后作为二级数据经数据传输单元和智能移动终端发送至云服务器。

所述第一处理单元基于二级数据中识别出的传感数据种类信息调取储存于方案数据库中的与心率、湿度和温度相关的数据分类方案。从而实现对该二级数据为生理数据的判别与分类。同时，实现对二级数据中包含的心率数据、足部温度数据和足部湿度数据的数值范围分类。所述第一处理单元将对二级数据进行应用类型分类和数值范围分类后形成的三级数据发送至第二处理单元。

所述第二处理单元基于接收的三级数据中的数值范围信息调取方案数据库中对应传感数据种类和对应范围的生理处理方案完成对用户当前生理状态的分析与监测。由第四处理单元完成心率数据、足部温度数据和足部湿度数据的异常等级判定。所述第二处理单元并将接受的三级数据信息完成处理后形成的包含心率值、心率异常等级、足部温度值、足部温度异常等级、足部湿度值和足部湿度异常等级的四级数据发送至第三处理单元。

所述第三处理单元基于接收的包含用户心率值、心率异常等级、足部温度值、足部温度异常等级、足部湿度值和足部湿度异常等级的四级数据进行用户当前生理安全状态的确认。所述生理安全状态的确认过程包括第三处理单元基于接收的四级数据所包含的传感数据类别以及对应传感数据的异常等级完成从方案数据库调取与该类别相关的数据处理方案。

例如，当四级数据中足部湿度数据有异常的情况下，由第三处理单元再次发送调取汗液传感器的传感数据的命令，实现通过汗液的电解质含量、钠含量、乳酸含量和酸碱性监测人体当前生理安全等级，并通过移动终端以文字、数字列表和图像中的至少一种数据方式将人体汗液参数展示给用户。同时由智能移动终端通过扬声装置和/或振动装置进行安全等级报警，或者由位于鞋垫的中央处理器通过控制震动模块和扬声模块进行报警用户生理安全状态提醒，所述报警内容可以包括需补足水分、补充盐类、补充糖类或需要休息等报警内容。

若当四级数据中足部温度数据有异常的情况下，由第三处理单元再次发送调取加速度传感器的传感数据的命令，实现通过步频和累计步长对警报进行分级。所述反馈至智能移动终端或中央处理器的警报内容可以为速度过快、放慢速度、需要休息等。根据一个优选的实施方式，以成年男子身高1.7m，体重65kg处于跑步模式为例，当步频一段时间(例如为10分钟)内处于一定频率(例如为200次)以上时，对其发出3级警报(速度过快)；当步频处于(例如为180次)时，并且维持这一步频运动时间超过设定值(例如为30分钟)，将对其发出二级警报(放慢速度)；当用户步频在某一阈值(例如为160次)以上的时间累积到一定(例如为2小时)时，对其发出一级警报(需要休息)。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种可以更换电池的防水智能鞋垫，包括：

鞋垫主体，用以置于鞋内的踩踏面上；

电池(2)，置于鞋垫主体内部以提供鞋垫主体内部的用能部件(1)所需电能，

其特征在于，所述防水智能鞋垫还包括被保持在所述鞋垫主体背离人体脚部的一面上以避免外部液体进入鞋垫主体内的密封件，电池(2)与用能部件(1)上均设有接线端子，使得置于鞋垫主体内部的电池(2)能够在拆除密封件的情况下从所述鞋垫主体上背离人体脚部的一面取出和/或中断其给用能部件(1)的供电。

2.如权利要求1所述的防水智能鞋垫，其特征在于，成双的两个鞋垫主体中的至少一个设置有所述用能部件(1)。

3.如权利要求2所述的防水智能鞋垫，其特征在于，所述防水智能鞋垫中的中央处理器与智能终端设备通信连接，智能终端设备中包括：

使用环境感知模块，其被配置为在用户采用所述鞋垫主体行动时，基于至少一个传感器所采集到的传感数据来感知智能鞋垫的当前使用环境信息；

运动状态感知模块，其被配置为基于智能鞋垫上至少一个传感器所采集到的传感数据来感知用户的运动模式特征；

运动方案制定模块，其被配置为接收由云服务器和/或调用智能终端设备中的基础用户信息，结合当前使用环境、运动模式特征与基础用户信息分析得出运动建议并反馈至用户。

4.一种智能鞋垫系统，包括：

智能鞋垫，用以置于鞋体内的踩踏面上；

至少一个传感器，置于智能鞋垫上以采集与用户相关的传感数据；

智能终端设备，通过无线方式与智能鞋垫通信连接，

其特征在于，智能终端设备中包括：

使用环境感知模块，其被配置为在用户采用所述鞋垫主体行动时，基于至少一个传感器所采集到的传感数据来感知智能鞋垫的当前使用环境信息；

运动状态感知模块，其被配置为基于智能鞋垫上至少一个传感器所采集到的传感数据来感知用户的运动模式特征；

运动方案制定模块，其被配置为接收由云服务器和/或调用智能终端设备中的基础用户信息，结合当前使用环境、运动模式特征与基础用户信息分析得出运动建议并反馈至用户。

5.如权利要求4所述的智能鞋垫系统，其特征在于，使用环境感知模块可基于预设压力阈值和智能鞋垫上至少一个压力传感器所采集到的压力传感数据对智能鞋垫的使用状态进行判断，在判断得出智能鞋垫被用户所使用的情况下指示该智能鞋垫进入配对模式，该智能鞋垫通过无线方式与与之相关联的至少一个其他智能鞋垫相通信连接并控制其他智能鞋垫以主备模式或主主模式进行信息交互。

6.如权利要求5所述的智能鞋垫系统，其特征在于，在用户启动智能鞋垫时智能鞋垫中的声音采集传感器处于关闭状态，运动方案制定模块根据运动状态感知模块和环境感知模块结合预设信息所分析得到的结果，激发声音采集传感器工作。

7.如权利要求6所述的智能鞋垫系统，其特征在于，运动方案制定模块被配置为：在运动状态感知模块所感知得到的运动模式特征为非活动状态，并且使用环境感知模块基于预设湿度阈值和智能鞋垫上至少一个湿度传感器所采集到的湿度传感数据分析得到环境干燥信息的情况下，指示声音采集传感器开启。

8.如权利要求7所述的智能鞋垫系统，其特征在于，所述智能鞋垫包括设于其鞋垫主体背离人体脚部的一面上的容腔和与之相适配的密封件，密封件可拆地被保持在容腔上以避免外部液体进入容腔内部，声音采集传感器以其采声孔相对容腔朝外的方式装配在密封件上。

9.如权利要求8所述的智能鞋垫系统，其特征在于，至少一个湿度传感器沿智能鞋垫的鞋垫外边缘间隔布置，运动方案制定模块被配置为：在使用环境感知模块分析得到智能鞋垫上至少一个湿度传感器所采集到的湿度传感数据超出预设湿度阈值的情况下，指示声音采集传感器关闭。

10.如权利要求9所述的智能鞋垫系统，其特征在于，在使用环境感知模块判断得出智能鞋垫被用户所使用的情况下，智能终端设备基于基础用户信息调取出预储的与之相适配的智能鞋垫调试方案指示智能鞋垫进入调试模式，并通过其显示界面和/或语音播报的方式指示已穿戴好智能鞋垫的用户完成智能鞋垫调试方案中的至少一个动作，基于在调试模式下所采集到的传感数据来设置或优化智能鞋垫中的至少一个预设参数和/或智能终端设备中的至少一个预设参数。

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