[发明专利]一种压力自感知、自发电的智能鞋垫

摘要

本发明公开了一种压力自感知、自发电的智能鞋垫，它由上、下鞋垫体、鞋垫夹层、电热片、压电叠堆、蓝牙模块、功能选择开关、处理及控制模块、蓄电池、mini‑USB接口等部分组成，可通过蓝牙与智能手机上的应用软件通信；本发明使用了压电叠堆，可不用外接传感器就可测量脚部的压力和计算行走时的步数，以监测用户的活动水平、行走健康等问题，还可产生电能，具有自发电功能；还具有手机充电功能，可为手机提供少量电能，以应对紧急情况，特别适用于在野外没有电源的地方使用；具有节能、使用方便、安装简便和低成本等优点。

主权项

一种压力自感知、自发电的智能鞋垫，包括：上鞋垫体、下鞋垫体、鞋垫夹层、电热片、压电叠堆、蓝牙模块、功能选择开关、处理及控制模块、蓄电池、mini‑USB接口、智能手机应用软件；所述上鞋垫体、下鞋垫体分别为智能鞋垫的上表面和下表面，用于保护鞋垫内的电路和元器件；其中上表面与人的脚接触，下表面与鞋底接触；两鞋垫体边沿均分别为两条可配对的拉链链带，可通过拉链将上鞋垫体、下鞋垫体连接在一起，并形成一个封闭空间，用于放置智能鞋垫的鞋垫夹层、电热片、压电叠堆、蓝牙模块、功能选择开关、处理及控制模块、蓄电池和mini‑USB接口；所述鞋垫夹层为介于上鞋垫体和下鞋垫体之间的一个夹层，小于上鞋垫体、下鞋垫体，放置于上鞋垫体、下鞋垫体形成的封闭空间内；其相应位置已经掏空，用于固定智能鞋垫内部的电路和元器件；所述电热片为鞋形低压电热片，小于鞋垫夹层，置于上鞋垫体和鞋垫夹层之间，与处理及控制模块相连，用于对鞋子内部加热和保暖；所述压电叠堆为本智能鞋垫的核心部件，由若干个压电陶瓷片并联组成，固定在鞋垫夹层脚掌或脚后跟位置，用于检测脚部压力、计算步数和给本智能鞋垫提供电能；其输出分为两路，一路用于给蓄电池充电，另一路经过处理后进入微处理器的模数转换引脚，用于计算脚步压力和行走步数；所述蓝牙模块为集成的小型蓝牙从机模块，通过串行通信接口与控制器相连，与运行在智能手机上的蓝牙应用软件配套使用，可实现智能鞋垫与智能手机之间的通信；所述功能选择开关为一个六触点单通的旋钮开关，用于控制智能鞋垫的各项功能，包括接通电源、开启或关断加热功能、开启或关断蓝牙功能；所述处理及控制模块包括：整形及电压转换电路、蓄电池充放电模块、稳压模块和微控制器及其外围电路，所述整形及电压转换作用是将压电叠堆输出的交流电转换为正5V的直流电，其直流电输出端与蓄电池充放电模块的电源输入端相连，可将电能输入到蓄电池充放电模块；所述蓄电池充放电模块作用是收集压电叠堆输出的电能用于对蓄电池充电，同时也可将蓄电池内部存储的电能释放出来，对蓄电池起到保护作用，当充电时可根据电池的特性选恒流或恒压方式充电，放电时可输出稳定的电压，有过充或过放保护；稳压模块作用是将蓄电池充放电模块的输出电压稳定在微控制器的供电电压范围内；所述微控制器及其外围电路为单片机最小系统电路和接口电路，所述微控制器采用其内部温度传感器对鞋内温度进行监控，对P0.0～P0.3引脚的电平进行监控以得到电池电量，采用差分的方法测量AIN0.0引脚和AIN0.1引脚的电压差以监控压电叠堆的电压变化，从而计算出其输出电压的峰值点个数和幅值，峰值点个数就是行走的步数，幅值与脚步压力呈函数关系；所述蓄电池为小容量聚合物锂电池，其作用是收集压电叠堆产生的电能并且给所述智能鞋垫中的用电部分供电；所述mini‑USB接口分为输入接口和输出接口，分别与蓄电池充放电模块的电能输入端和电能输出端相连，mini‑USB输入接口可连接充电器，从外部对蓄电池充电，mini‑USB输出接口可在紧急情况下对手机进行充电；所述智能手机应用软件为安装在智能手机上的应用程序，智能手机必须具有蓝牙功能才能使用本软件，在手机和本智能鞋垫均开启蓝牙功能后运行本应用软件，完成蓝牙配对后，可通过该软件对智能鞋垫进行监控，该软件界面能实时显示从智能鞋垫上的蓝牙模块传输上来的鞋内温度、脚部压力、蓄电池剩余电量信息，开启计步功能后，用户须先在界面相应位置设置自己一步所走的行程，然后软件开始计算并显示步数和行程；开启加热功能后，用户须先在界面相应位置设置预加热温度和目标温度，预加热温度为起始加热温度，即当鞋内温度低于此温度时电热片导通，开始加热；目标温度为加热的目标温度，目标温度不能低于鞋内不加热时的温度；系统自动状态时，微处理器根据所测温度与上一次的设定温度判断是否开始加热功能，并计算加热的目标温度。