CN213074685U - 一种智能自发光跑鞋 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能自发光跑鞋，包括鞋体和鞋底，鞋体包括鞋面、感光组件和反光组件；鞋底包括内垫层、中垫层和防滑层。中垫层设有压电发光组件，包括PVDF柔性压电薄膜、电子器件、LED。PVDF柔性压电薄膜采用分区块的模式附于中垫层上部，通过柔性导线接入到中垫层的电子器件中。电子器件内包含有手动开关、DC‑DC转化器、锂电池、数模转化器、单片机、蓝牙装置、驱动芯片。中垫层边缘嵌有若干数量的三引脚LED，用来实现发光功能，且能发出红、黄、绿三种颜色的光，分别代表不同的运动状态。本实用新型在保证跑鞋舒适性能的同时，还能彰显个性，提高了夜间运动的安全性；其云端连接可实现实时监测用户运动数据，并分析运动数据来推送用户健康运动计划。

Description

一种智能自发光跑鞋

技术领域

本实用新型涉及一种跑鞋，具体涉及一种智能自发光跑鞋。

背景技术

跑鞋又名运动鞋，根据生物力学的需要跑鞋可分为提供减震性、提供稳定性、提供运动控制三大类。提供减震性的跑鞋，通常有较柔软的夹层鞋底，辅助足部在运动时均匀受力，帮助足部减震，鞋体通常较轻，稳定性会相对较差，鞋底通常具有受力均匀的柱子或内侧具有夹层结构，通常比较坚硬，能减小或控制足部的过度内翻，防止脚踝受伤，这种跑鞋的重量通常要比其他跑鞋重。很多运动爱好者喜欢夜间跑步，然而夜间运动存在极大的隐患，当运动人员跑步至光线昏暗的地方时，不容易被其他人发现，很容易相撞造成安全事故。目前市面上的发光跑鞋需要充电，且其发光功能单一，且无智能监测功能。如今现代科技发展迅速，智能可穿戴设备、物联网等技术日益成熟，将此技术运用到运动领域可以更好地打造一款舒适、安全、时尚、实时监测、功能全面的跑鞋。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种智能自发光跑鞋，该跑鞋结构设计简单合理，能实现自供电，指示灯在光线昏暗时亮而保证安全，实时监测，具有极佳的舒适性和安全性，可推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种智能自发光跑鞋，其特征在于，包括鞋体和鞋底，所述鞋体包括鞋面、感光组件和反光组件，所述鞋底包括内垫层、中垫层和防滑层，所述中垫层内设置压电发光组件，所述压电发光组件包括 PVDF柔性压电薄膜、电子器件和LED灯，所述PVDF柔性压电薄膜采用分区块的模式附于中垫层上部，更进一步的可以采用点阵的形式，PVDF柔性压电薄膜通过柔性导线连接所述电子器件，所述电子器件内包含有通过柔性导线连接的手动开关、DC-DC转化器、锂电池、数模转化器、单片机、蓝牙装置和驱动芯片，所述中垫层的边缘嵌固有若干数量的三引脚LED灯，三引脚LED灯用来实现发光功能，且能发出红、黄、绿三种颜色的光，分别代表不同的运动状态，所述LED灯通过柔性导线连接电子器件。感光组件可以在光线昏暗时自动开启LED灯。

优选的，所述PVDF柔性压电薄膜采用分区块点阵分布的形式，分布在前部、外侧边以及后跟部，增加传感器的灵敏度，PVDF 柔性压电薄膜采集的信号传导放大后会经KNN分类算法处理，对足部应力进行运动强度识别和运动状态判断。PVDF是一种高灵敏的柔性压电薄膜，厚度小，与足底完美贴合，能便捷敏感地测出足底压力分布及大小，且通过人体运动时在脚底产生的压力，通过压电效应产生不稳定的电流，储存在锂电池中，给LED灯供电。

优选的，所述LED灯嵌于鞋前部及后跟的凹槽内，中垫层四周会用塑料被膜封装，起到发散光源和防水、防污垢的作用，所述LED灯为硅基氮化镓LED灯。LED灯筛网开关来源有两种，一是驱动芯片智能控制，可通过蓝牙连接的智能终端，蓝牙连接终端APP，通过5G网络实时连接，实时监测记录足底压力分布及大小分析跑者的姿势状态，利用人工智能和机器学习，在应用程序中为用户提供相应的健康知识和运动状态分析数据和建议；二是通过鞋底上设置的手动开关启闭，防止在无智能设备的情况下 LED灯不发光。根据对运动者的实时监测，LED灯发出的绿、黄、红三种颜色的光分别对应舒缓、恰当、剧烈三种运动状态；用户还可以在APP上控制LED灯的开关以及自行选择和编辑发光模式。

优选的，所述感光组件为光敏电阻，光敏电阻结合单片机等原件共同实现对LED的智能控制。所述反光组件为3M反光材料。

优选的，所述中垫层由TPU材质制成，TPU材质性能优异，弹性好、机械强度高，还可回收利用。

优选的，防滑层外底使用加碳橡胶，坚韧耐磨。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构设计科学合理，选材实用舒适，在兼顾跑鞋的运动舒适性的同时提供足够的智能发光安全保障，功能多样，实用性强，可推广使用。

2、本实用新型采用新型硅基氮化镓LED发光二极管，发光效率高且器件成本更低；PVDF柔性压电传感器足部贴合度好，检测更灵敏；足部应力监测，填补市场空缺；跑步姿势分析，运动更科学；夜间自发光，更时尚、更安全。

3、本实用新型通过PVDF柔性压电传感器实现对锂电池的自动发电存储，避免使用过程中的电源补充，实用性强，更加科学先进。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中PVDF柔性压电薄膜结构示意图。

图3是本实用新型中LED灯连接分布示意图。

图4是本实用新型的电路原理框图。

附图标记说明：

1—光敏电阻； 2—网面； 3—鞋面板；

4—防滑层； 5—塑料被膜； 6—中垫层；

7—智能电路； 8—硅基LED灯； 9—手动开关；

10—气垫层； 11—三引脚LED灯； 12—PVDF柔性压电薄膜；

13—内垫层； 14—反光层； 15—柔性导线；

16—PVDF柔性压电传感器； 17—充电电路； 18—信号采集电路；

19—发光电路； 20—蓝牙装置； 21—智能手机；

22—云端。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型包括本实用新型提供一种智能自发光跑鞋，包括鞋体和鞋底，鞋体的外侧为鞋面板3，鞋面板 3以网布和皮革构成，前部上表面设计为网面2，保持透气干燥，网面2周围环绕皮革材料，增加鞋体的牢固性和防水性能。

鞋面板3上设置有反光层14。在鞋舌与网面2的交界处设置有光敏电阻1，光敏电阻1体积微小，可以修饰成Logo。与光敏电阻1相连的柔性导线15隐含在鞋体内部，沿着鞋体的结构和折痕下行到鞋底，接入位于鞋底的智能电路7内。

鞋底由内垫层13、PVDF柔性压电薄膜12、中垫层6和防滑层4构成。中垫层6边缘设有若干三引脚LED灯11，外部用塑料被膜5封装，起到发散光源和防水、防污垢的作用。足弓部即中垫层6的中部设置智能电路7，智能电路7外侧设有指示用硅基 LED灯8和手动开关9，足跟部即中垫层6后部设置气垫层10，起缓冲减震作用。智能电路7位于足弓的位置，不会影响鞋底的弹性和正常受力。

本实施例中，中垫层6是由TPU制作，TPU材料性能优异，弹性好、机械强度高还可回收二次利用，具有良好的经济价值和实用价值。防滑层4是由加碳橡胶制作，加碳橡胶坚韧耐磨。反光层14是3M生产的反光材料涂覆在鞋面板上制作而成，光源照射在反光层4上会将光反射回去起到夜间警示作用。

本实施例中，所述PVDF柔性压电薄膜12为PVDF柔性压电传感器16，兼传感和发电功能于一体。如图2所示，PVDF柔性压电传感器16依据足底受力情况合理分布，由柔性导线15将电信号和电能传入智能电路7内。

本实施例中，如图3所示，若干三引脚LED灯11由柔性导线 15并联在一起，由智能电路7集中控制。三引脚LED灯11可以根据供电情况发出红、黄、绿三种颜色的光，来展示不同的运动状态和使用者的个性，并提醒行人、车辆，从而提高安全性能。

本实施例中，光敏电阻1具有光电效应，光照愈强，阻值就愈低。利用光敏电阻1这一特性结合单片机等原件共同实现智能控制。

本实施例中，硅基LED灯8使用硅片作为外延薄膜的衬底实现光电子和微电子的集成，使发光效率更高。

本实施例中，柔性导线15利用高弹性、高电导率的材料作为导电介质。

本实施例中，智能电路7包含手动开关9、DC-DC转化器、锂电池、数模转化器、单片机、蓝牙装置20、驱动芯片及将上述器件相连的柔性导线15和开关。PVDF柔性压电薄膜12产生的电流经由四个半导体二极管组成的电路整流形成单向电流，再经过电容、电感等整流滤波形成一个较为恒定的电流，其间串联有 DC-DC转化器、锂电池、数模转化器、单片机、蓝牙装置20、驱动芯片，来完成信号的处理和传输，并对发光电路19进行控制。电流经整合后再被存储在锂电池里。

本实施例中，将充电电路17、信号采集电路18和发光电路 19通过一个选择开关分离开来。这个开关可以手动控制，也可通过驱动芯片实现自动化控制。这样一方面避免压电产生的电流直接供给发光二极管从而产生非恒定的光；另一方面，通过驱动芯片智能控制开关可以实现通过人体运动状态和周围环境的亮度来自动开关机，最大限度的减少能耗。信号采集与充电电路上主要有数模转化器、附有蓝牙装置20的单片机、DC-DC转化器以及光敏电阻，其中光敏电阻1能感应周围光强，并第一时间将信息传输给单片机，以便单片机对环境进行智能分析决定开灯与否。发光电路上主要有一个指示作用的硅基LED灯8和若干个并联在一起的三引脚LED灯11。发光主体选用三引脚LED灯11，在通过四个档位的旋转开关实现“一个LED发三种颜色的光”，在最大程度简化线路、缩小空间的同时减少不必要的成本及能量损耗。

当用户穿上跑鞋开始运动后，鞋体自动感知并激活蓝牙装置 20以连接手机蓝牙。运动过程中，通过智能手机21内置的APP 通过5G技术实时监测足部应力变化与分布、速度、步数和步频等信息，提示运动状态，并为当下的运动状态打分。夜间，鞋体自动感知外部光线强弱，点亮三引脚LED灯11。三引脚LED灯11 能发出红、黄、绿三种颜色，根据使用者的得分在不同区间显示不同颜色的光，以反应使用者当时的运动状态。用户也可根据自身需求在APP上关闭发光功能或更改发光模式。鞋体上亦有一个手动开关9用于在特殊情况下控制。

鞋体激活而没有搜索到手机设备时，将进入彩色恒定光模式。当用户停止运动一段时间后，鞋体能够自动进入休眠状态。与手机连接并登陆后，用户能够随时随地从APP上翻看自己的历史数据，并获得健康服务。用户的数据经授权后还可以接入云端22数据库，利用卷积神经网络等进一步分析，生成关于用户个人的数据报告和精准推送健康服务。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制。凡是根据实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种智能自发光跑鞋，其特征在于，包括鞋体和鞋底，所述鞋体包括鞋面、感光组件和反光组件，所述鞋底包括内垫层、中垫层和防滑层，所述中垫层内设置压电发光组件，所述压电发光组件包括PVDF柔性压电薄膜、电子器件和LED灯，所述PVDF柔性压电薄膜采用分区块的模式附于中垫层上部，PVDF柔性压电薄膜通过柔性导线连接所述电子器件，所述电子器件内包含有手动开关、DC-DC转化器、锂电池、数模转化器、单片机、蓝牙装置和驱动芯片，所述中垫层的边缘嵌固有若干数量的三引脚LED灯，所述LED灯通过柔性导线连接电子器件。

2.根据权利要求1所述的一种智能自发光跑鞋，其特征在于，所述PVDF柔性压电薄膜采用分区块的形式，分布在前部、外侧边以及后跟部。

3.根据权利要求1所述的一种智能自发光跑鞋，其特征在于，所述LED灯嵌于鞋前部及后跟的凹槽内，中垫层四周用塑料薄膜封装，所述LED灯为硅基氮化镓LED灯。

4.根据权利要求1所述的一种智能自发光跑鞋，其特征在于，在所述鞋底上设置控制所述LED灯的手动开关。

5.根据权利要求1所述的一种智能自发光跑鞋，其特征在于，所述感光组件为光敏电阻，所述反光组件为3M反光材料。

6.根据权利要求1所述的一种智能自发光跑鞋，其特征在于，所述中垫层由TPU材质制成。

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