CN202890675U - 多功能智能鞋 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于日常生活领域，具体公开了一种多功能智能鞋。所述多功能智能鞋，包括电源模块、控制模块与保暖模块；电源模块内部设置有供电电源；控制模块内部设置有单片机、红外传感器与控制电路，红外传感器是由单片机控制的；保暖模块内部设置有温度传感器与电阻发热丝，温度传感器连接在单片机上，电阻发热丝均匀布置在鞋垫的内部；供电电源与单片机之间设置有降压稳压电路，供电电源通过降压稳压电路为所述单片机提供电能。本实用新型述及的多功能智能鞋，通过通电对电阻发热丝进行加热，使得鞋垫变暖，达到温暖脚部的目的，由于电阻发热丝均匀布置在鞋垫内部，并采用绝缘导热硅酮硅胶密封，使得鞋垫温度分布均匀、高低适中，安全可靠。

Description

多功能智能鞋

技术领域

本实用新型属于日常生活领域，具体涉及一种多功能智能鞋。 

背景技术

随着人们生活水平的提高，对生活质量要求越来越高。鞋子，作为一种穿着用品，被赋予了多元化的要求。当今的制鞋行业正面临着前所未有的竞争，消费者主导的时代已经来临，对于任何企业来说，想要在未来激烈的市场竞争中取胜，很大程度上依赖于能否以新颖的创意、最佳的整合，生产出高质量的满足客户个性化需求的产品。 

市场上出现的鞋子大都功能单一，存在如下问题：冬天人们出行时脚会比较寒冷，如何增强鞋子的温暖舒适度，成为人们的一种渴求；对养生的要求进一步提高，如何赋予鞋子随时随地进行按摩的功能，以满足人们对养生的需求；老人小孩在外出行时家人不放心，如何随时随地了解他们的动向；随着环保节能意识的增强，如何使得鞋子更加环保；在没有路灯的地段夜间出行不便。 

为了适应鞋子市场发展的需要，迫切需要推出一种多功能智能鞋，以满足人们对鞋子多元化的需求。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种多功能智能鞋，能够有效解决现有技术中存在的上述技术问题。 

为了实现上述目的，所采用的技术方案是： 

多功能智能鞋，包括电源模块、控制模块与保暖模块；电源模块内部设置有供电电源；控制模块内部设置有单片机、红外传感器与控制电路，红外传感器是由单片机控制的；保暖模块内部设置有温度传感器与电阻发热丝，温度传感器连接在单片机上，电阻发热丝均匀布置在鞋垫的内部；供电电源与单片机之间设置有降压稳压电路，供电电源通过降压稳压电路为所述单片机提供电能。 

作为本实用新型的优选改进，多功能智能鞋还包括磁疗保健模块，磁疗保健模块内部设置有磁体与磁疗加热电路，磁疗加热电路与所述控制电路连接，在磁疗加热电路上设置有发热电阻。 

作为本实用新型的优选改进，多功能智能鞋还包括GPS定位模块，GPS定位模块内部采用A-GPS信号处理芯片。 

作为本实用新型的优选改进，多功能智能鞋还包括照明模块，照明模块内部设置有LED 智能补光电路，LED智能补光电路上设置有第一、第二三极管、光敏电阻与发光LED，光敏电阻的一端连接在第一三极管的基极端上并通过第一上拉电阻连接到直流电源上，另一端接地，在光敏电阻的两端并联有电容，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极通过第二上拉电阻连接到直流电源上；第二三极管的基极与第一三极管的集电极相连，所述第二上拉电阻位于第二三极管基极与第一三极管集电极的连接点与直流电源之间的连接线路上，第二三极管的发射极连接到直流电源上，发光LED设置在第二三极管的集电极上，在第二三极管上设置有保护电阻。 

优选地，第一三极管采用NPN型三极管，第二三极管采用PNP型三极管。 

作为本实用新型的优选改进，多功能智能鞋还包括发电模块与无线电能传输模块，发电模块内部设置有发电电路；无线电能传输模块包括与发电电路连接的电能发射电路、与供电电源连接的电能接收电路，在电能接收电路与供电电源之间设置有充电控制电路与充电保护电路。 

优选地，发电模块内部包括设置在鞋底的若干个层叠排列的层片，所有层片中，最上层层片的下表面上均匀布置有向下的凸起部，最下层层片的上表面上均匀布置有向下的凹陷部，其余层片的上表面上均匀布置有向下的凹陷部，下表面上均匀布置有向下的凸起部，凸起部直径小于凹陷部直径；每个凹陷部内部放置一片或多片压电陶瓷片，所有压电陶瓷片通过串并联连接到所述发电电路上。 

优选地，所述充电保护电路上设置有IC芯片与两个MOS管,所述两个MOS管的漏极相连，栅极分别通过一个电阻连接到IC芯片的两个不同管脚上。 

作为本实用新型的优选改进，多功能智能鞋还包括电量显示模块，电量显示模块内部设置有并联在供电电源两端的电量显示延时电路，包括第一支路与第二支路，在第一支路上设置有电容、触发开关与三极管，电容的一端连接在供电电源的正极端上，另一端分别与三极管的基极、触发开关的一端连接，三极管的集电极连接在供电电源的正极端上，发射极与触发开关的另一端连接，电容的两端并联有可调电位器；在第二支路上设置有电量显示屏；第一支路上设置有用于控制第二支路电量显示屏点亮的继电器，继电器的一端连接在三极管的发射极上，另一端接地。 

优选地，所述电阻发热丝采用绝缘导热硅酮硅胶密封。 

本实用新型中所述及的多功能智能鞋，具有如下优点： 

（1）设置有保温模块，如果温度传感器监测到的温度低于设定温度，通电对电阻发热丝加热，使得鞋垫变暖，达到温暖脚部的目的，电阻发热丝均匀布置在鞋垫内部，使得鞋垫温度分布均匀、高低适中，安全可靠。 

（2）设置有磁疗保健模块，由于组织血液流动切割磁感线产生微弱电流，微弱电流作用于组织，起到刺激穴位的功能，另外，可以通过单片机设定磁疗保健时间，智能化程度更高，利于提高保健效果。 

（3）设置有GPS定位模块，能够随时随地了解家人动向。 

（4）设置有照明模块，在夜晚光线不足的地方，增强光线，方便夜间出行活动。 

（5）采用无线充电方式，由于不需要接触金属电极就可以进行充电，因此避免了因充电接口氧化、进水而导致的接触不良、短路等故障，提高鞋子的密封性。 

附图说明

图1为本实用新型中多功能智能鞋的整体电路结构图； 

图2为图1中电能发射电路与电能接收电路的结构图； 

图3为图1中降压稳压电路的结构图； 

图4为图1中LED智能补光电路的结构图； 

图5为图1中电量显示延时电路的结构图。 

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步说明： 

结合图1至图5所示，多功能智能鞋，包括电源模块、控制模块与保暖模块；电源模块内部设置有供电电源；控制模块内部设置有单片机、红外传感器与控制电路，红外传感器是由单片机控制的；保暖模块内部设置有温度传感器与电阻发热丝，温度传感器连接在单片机上，电阻发热丝均匀布置在鞋垫的内部；供电电源与单片机之间设置有降压稳压电路，供电电源通过降压稳压电路为所述单片机提供电能。供电电源采用两块3.7V/1000ma锂电池串联组成。 

使用绝缘导热硅酮硅胶密封电阻发热丝，配合温度传感器由单片机进行恒温控制，鞋垫温度分布均匀，高低适中，不仅温度舒适，而且安全可靠。 

多功能智能鞋还包括磁疗保健模块，磁疗保健模块内部设置有磁体与磁疗加热电路，磁疗加热电路与上述控制电路连接，在磁疗加热电路上设置有发热电阻。 

磁疗的本质是磁场作用于组织，由于组织血液流动切割磁感线产生微弱电流，进而微弱电流作用于组织，起到刺激穴位的功能。发热电阻产生的温热温度刺激位于磁体之上的组织，加速组织血液流动，取得令人满意的磁疗效果，重要的是可以结合每个穴位的特点实现定时定点定位的人性化内增强按摩效果。例如：有三个穴位在一时间内对消化比较好，通过程序的设定，可以实现在该时间段内对这三个穴位产生温热刺激加速血液流动，达到增强的效果。 

单片机完成对各模块进行智能化控制，被控模块包括：保暖模块和磁疗保健模块。当红 外传感器检测到脚放入鞋子后给单片机发出信号，控制电路由待机转为开始自动工作。首先单片机读取当前时间，根据当前设定的计划进行控制外围电路的接通或关断磁疗加热电路。与此同时温度传感器给单片机反馈当前温度信息，如果温度低于当前设定的温度值，单片机控制外围电路接通保暖电路对电阻发热丝进行加热，如果温度高于设定值则断开保暖电路，停止对电阻加热丝加热。 

多功能智能鞋还包括GPS定位模块，GPS定位模块内部采用A-GPS信号处理芯片及相关电路。GPS定位模块可以随时的定位当前使用者的位置。只要用手机给GPS发一条短信，GPS会在短时间内给予回复它当前的位置。这里使用的GPS定位技术不依赖传统的卫星GPS，而是使用新型的A-GPS（Assisted GPS）定位，通过GSM移动通信运营基站它可以快速地定位。该系统克服了SIRF Star III芯片依赖卫星定位需要空旷地区和较长时间冷启动缺点。 

多功能智能鞋还包括照明模块，照明模块内部设置有LED智能补光电路，LED智能补光电路上设置有第一、第二三极管Q1、Q、光敏电阻与发光LED，光敏电阻的一端连接在第一三极管的基极端上并通过第一上拉电阻R1连接到直流电源上，另一端接地，在光敏电阻的两端并联有电容，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极通过第二上拉电阻R2连接到直流电源上；第二三极管的基极与第一三极管的集电极相连，所述第二上拉电阻位于第二三极管基极与第一三极管集电极的连接点与直流电源之间的连接线路上，第二三极管的发射极连接到直流电源上，发光LED设置在第二三极管的集电极上，在第二三极管上设置有保护电阻。第一三极管Q1采用NPN型三极管，第二三极管Q采用PNP型三极管。 

在有光的条件下，光敏电阻Rp呈低阻状态，进而拉低NPN型三极管9014基极电压，此时9014为截止状态，9014集电极处为高电势，这时的PNP型三极管9012为截止状态。LED不发光。当光照强度逐渐减小，光敏电阻Rp电阻逐渐增大，我们使用电容C防止9014基极电压突变，9014基极电势随着光敏电阻的阻值增大而逐渐上升，进而改变了9014EB之间的导通程度，当9014导通角增大，PNP型三极管9012基极电势会被拉低，进而增大9012EB导通程度，最终使LED发光。改变R1的大小可以改变补光电路感受环境光线变化的灵敏度。 

多功能智能鞋还包括发电模块与无线电能传输模块，发电模块内部设置有发电电路；无线电能传输模块包括与发电电路连接的电能发射电路、与供电电源连接的电能接收电路，在电能接收电路与供电电源之间设置有充电控制电路与充电保护电路。 

无线传输模块设置有零电压开关(Zero Voltage Switch)，电能发射电路产生高频正弦电流加载于充电发射线圈，使发射线圈在空间中产生迅速变化的磁场，通过磁场的谐振耦合技术将电能传送到接收线圈，电能接收电路经整流滤波后的电流由智能锂电充电控制电路对锂电池进行充电，完成无线输电的功能。零电压电路的设计实现MOS管的软开关，使功率管上 的损耗为零，很大的提高了的电能的转化效率。 

电能发射电路供电采用12V/2A的直流电源供电。接收电路捕获的电能经整流滤波后空载电压可达28.60V，接入充电控制电路后电压为9.02v，无线充电电路效率为78.4%，充电控制电路的效率约为92%。 

发电模块采用压电陶瓷，利用人走路时运动来产生的压力来发电。发电模块内部包括设置在鞋底的若干个层叠排列的层片，所有层片中，最上层层片的下表面上均匀布置有向下的凸起部，最下层层片的上表面上均匀布置有向下的凹陷部，其余层片的上表面上均匀布置有向下的凹陷部，下表面上均匀布置有向下的凸起部，凸起部直径小于凹陷部直径；每个凹陷部内部放置一片或多片压电陶瓷片，所有压电陶瓷片通过串并联连接到所述发电电路上，利用压电陶瓷片通过串并联产生的合适电压和电流最后经过整流滤波进行充电。 

降压稳压电路采用LM2678稳压电路，lM2678开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路,该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器,开关频率为260KHz,它有较高的dc-dc变换效率，最大输出电流可达5A，LM2678系列产品具有过热保护和限流短路保护功能。它的输出电压精度优于±2％，为单片机持续稳定的工作提供了保障。 

充电控制电路将对无线传输模块提供的电能进行稳压恒流处理，充电状态分为涓流充电、恒流充电、恒压充电三个阶段。 

其充电过程分为以下几点： 

1.涓流充电阶段（在电池过度放电，电压偏低的状态下）7.4V锂电池组电压在6.0V以下。电池内部的介质会发生一些物理变化，致使充电特性变坏，容量降低等。在这个阶段，只能通过涓涓细流缓慢的对电池充电，使电池内部的电介质慢慢的恢复到正常状态。 

2.恒流充电阶段（电池从过放状态恢复到了正常状态）在涓流充电状态结束后，电池电压逐步稳定，然后进去恒流充电状态，这里使用较大的电流对电池进行充电，使电池中的能量迅速增多。 

3.恒压充电阶段（已经充满85%以上，在慢慢的进行补充）在锂电池的电容量达到了85％时候（约值），必须再次进入慢充阶段。使电压慢慢上升。最终达到锂电池组的最高电压8.4V。 

充电保护电路，设置有IC芯片与两个MOS管,所述两个MOS管的漏极相连，栅极分别通过一个电阻连接到IC芯片的两个不同管脚上。 

由于锂离子电池能量密度高，因此难以确保电池的安全性。在过度充电状态下，电池温度上升后能量将过剩，于是电解液分解而产生气体，因内压上升而产生自燃或破裂的危险；反之，在过度放电状态下，电解液因分解导致电池特性及耐久性劣化，因而降低可充电次数。所以锂电池在使用时需要对其进行监控保护。锂离子电池的充电保护电路就是要确保过度充 电及放电状态时的安全性，并防止特性劣化。锂离子电池的保护电路是由保护IC及两颗功率MOS管所构成，其中保护IC监视电池电压，当有过度充电及放电状态时切换到以外挂的功率MOS管来保护电池，保护IC的功能有过度充电保护、过度放电保护过流短路保护。 

过度放电保护IC原理： 

在过度放电的情况下，电解液因分解而导致电池特性劣化，并造成充电次数的降低。采用锂电池保护IC可以避免过度放电现象产生，实现电池保护功能。为了防止锂电池的过度放电状态，假设锂电池接上负载，当单节锂电池电压低于其过度放电电压检测点2.3V时将激活过度放电保护，使功率MOS管由开转变为切断而截止放电，以避免电池过度放电现象产生，并将电池保持在低静态电流的待机模式，此时的电流仅0.1μA。 

过度充电保护IC原理： 

当单节锂电池充电时，为防止因过冲上升所导致的内压上升，需终止充电状态。此时，保护IC需检测电池电压，当到达4.25V时即激活过度充电保护，将功率MOS管由开转为切断，进而截止充电。 

多功能智能鞋还包括电量显示模块，电量显示模块内部设置有并联在供电电源两端的电量显示延时电路，包括第一支路与第二支路，在第一支路上设置有电容、触发开关与三极管，电容的一端连接在供电电源的正极端上，另一端分别与三极管的基极、触发开关的一端连接，三极管的集电极连接在供电电源的正极端上，发射极与触发开关的另一端连接，电容的两端并联有可调电位器；在第二支路上设置有电量显示屏；第一支路上设置有用于控制第二支路电量显示屏点亮的继电器，继电器的一端连接在三极管的发射极上，另一端接地。 

按下触发开关给电容充电后，电容给三极管基极供电获得发射极和集电极的持续导通来控制继电器的吸合以控制电量指示电路的工作，延时时间受电容泄放电阻的影响，通过调节泄放电阻的大小来控制延时时间。这里我们使用PNP型三极管9012，基极限流电阻为470Ω，泄放电阻采用10K精密可调电位器。 

按下触发开关然后松开，电量显示会延迟一段设定时间后关断显示。使用电量显示延时电路可以方便人们使用电量显示功能，不需要长时间按住按键观察，较一直显示的电量显示电路来说更加节约电能。 

技术参数：温度传感器相关参数 

全部传感元件及转换电路集成在一只形如三极管的集成电路内，独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，电压范围：3.0～5.5V，温度范围-55～125摄氏度，精度为±0.5％。 

磁疗加热电路：发热电阻功率为7.4W，使用7.4V锂电池供电，加热电流约为1A，9根 加热电阻并联，长度约70cm，一厘米的加热电阻的电阻丝电阻约为1Ω。磁疗加热电路使用10Ωx3的电阻进行固定磁场增强磁疗加热。 

Claims (10)

1.多功能智能鞋，其特征在于，包括电源模块、控制模块与保暖模块；电源模块内部设置有供电电源；控制模块内部设置有单片机、红外传感器与控制电路，红外传感器是由单片机控制的；保暖模块内部设置有温度传感器与电阻发热丝，温度传感器连接在单片机上，电阻发热丝均匀布置在鞋垫的内部；供电电源与单片机之间设置有降压稳压电路，供电电源通过降压稳压电路为所述单片机提供电能。 

2.根据权利要求1所述的多功能智能鞋，其特征在于，还包括磁疗保健模块，磁疗保健模块内部设置有磁体与磁疗加热电路，磁疗加热电路与所述控制电路连接，在磁疗加热电路上设置有发热电阻。 

3.根据权利要求1所述的多功能智能鞋，其特征在于，还包括GPS定位模块，GPS定位模块内部采用A-GPS信号处理芯片。 

4.根据权利要求1所述的多功能智能鞋，其特征在于，还包括照明模块，照明模块内部设置有LED智能补光电路，LED智能补光电路上设置有第一、第二三极管、光敏电阻与发光LED，光敏电阻的一端连接在第一三极管的基极端上并通过第一上拉电阻连接到直流电源上，另一端接地，在光敏电阻的两端并联有电容，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极通过第二上拉电阻连接到直流电源上；第二三极管的基极与第一三极管的集电极相连，所述第二上拉电阻位于第二三极管基极与第一三极管集电极的连接点与直流电源之间的连接线路上，第二三极管的发射极连接到直流电源上，发光LED设置在第二三极管的集电极上，在第二三极管上设置有保护电阻。 

5.根据权利要求4所述的多功能智能鞋，其特征在于，第一三极管采用NPN型三极管，第二三极管采用PNP型三极管。 

6.根据权利要求1至5任一项所述的多功能智能鞋，其特征在于，还包括发电模块与无线电能传输模块，发电模块内部设置有发电电路；无线电能传输模块包括与发电电路连接的电能发射电路、与供电电源连接的电能接收电路，在电能接收电路与供电电源之间设置有充电控制电路与充电保护电路。 

7.根据权利要求6所述的多功能智能鞋，其特征在于，发电模块内部包括设置在鞋底的若干个层叠排列的层片，所有层片中，最上层层片的下表面上均匀布置有向下的凸起部，最下层层片的上表面上均匀布置有向下的凹陷部，其余层片的上表面上均匀布置有向下的凹陷部，下表面上均匀布置有向下的凸起部，凸起部直径小于凹陷部直径；每个凹陷部内部放置一片或多片压电陶瓷片，所有压电陶瓷片通过串并联连接到所述发电电路上。 

8.根据权利要求6所述的多功能智能鞋，其特征在于，所述充电保护电路上设置有IC芯片与两个MOS管,所述两个MOS管的漏极相连，栅极分别通过一个电阻连接到IC芯片的两 个不同管脚上。 

9.根据权利要求6所述的多功能智能鞋，其特征在于，还包括电量显示模块，电量显示模块内部设置有并联在供电电源两端的电量显示延时电路，包括第一支路与第二支路，在第一支路上设置有电容、触发开关与三极管，电容的一端连接在供电电源的正极端上，另一端分别与三极管的基极、触发开关的一端连接，三极管的集电极连接在供电电源的正极端上，发射极与触发开关的另一端连接，电容的两端并联有可调电位器；在第二支路上设置有电量显示屏；第一支路上设置有用于控制第二支路电量显示屏点亮的继电器，继电器的一端连接在三极管的发射极上，另一端接地。 

10.根据权利要求1所述的多功能智能鞋，其特征在于，所述电阻发热丝采用绝缘导热硅酮硅胶密封。 

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