[发明专利]一种压力自感知、自发电的智能鞋垫

说明书

技术领域

本发明属于智能穿戴技术领域，尤其涉及一种压力自感知、自发电的智能鞋垫。

背景技术

随着现代科技的进步和人们生活质量的提高，人们开始对我们的日常穿戴提出了更高的要求，因此智能穿戴发展迅速，智能鞋垫就是其中的一种。杨慎达等人的专利“一种医用智能测试调节负重量的鞋垫(No：201010216224.8)”公开了一种医用智能测试调节负重量的鞋垫，它由放在鞋垫内部的压力采集传感器和外接的信号处理器组成，该发明可实时检测负重量，根据测量值调节负重量大小，便于患者术后康复锻炼；郑斌等人的专利“一种测定行走步态的智能鞋垫及方法(No：201310105338.9)”与杨慎达等人的专利相似，它通过压力传感器可随时测定使用者的行走步态，使人们能够及时了解自身的足部情况；姬自生的专利“电热鞋垫(No：200620092588.9)”、刘祖学的专利“多功能电热鞋垫(No：201220040833.7)”、吕维克的专利“电热鞋垫(No：200620157092.5)”和周挺的专利“低压电热鞋垫(No：201320076984.2)”分别从不同的角度提出了一种可产生热量的电热鞋垫；3L Lab在2014国际消费电子展(CES)上推出的鞋垫具备了三轴加速计和八个压力传感器，能够监测用户的活动水平、行走健康等问题，还支持无线充电，其售价约200美元。以上智能鞋垫和现有的智能鞋垫均需要自带大容量蓄电池或外接电源才能实现其功能，并且要在鞋垫内部集成各种传感器，这必然导致鞋垫的安全性受到质疑，成本会也比较高。

研究表明压电陶瓷受到挤压时可产生电，当对其进行周期性的挤压时，可产生同频率的周期性的电信号，并且挤压时力越大，产生的电信号的幅值越大，对应的电能也越多。翟振明等人的专利“一种鞋垫式步行输入传感装置”所用的压电传感器正是利用了压电陶瓷片的压电效应，将应力(或应变)转换成电压或电荷，再通过放大进行放大和输出的装置。翟振明等人利用了压电陶瓷输出电压或电荷与其所受应力存在相关性的特点，但并未提及和利用压电陶瓷输出电压的周期与人行走时步调相关的特点，即可以通过测量压电陶瓷输出电压的周期数间接得到人行走的步数，本发明正是基于这一原理对现有技术进行了改进和发明，通过相应的处理电路测得压电陶瓷所产生电信号的周期数和幅值，产生的电能还可以收集起来给处理电路供电。

发明内容

针对现有智能鞋垫存在的问题和压电陶瓷的压电效应，本发明公开了一种压力自感知、自发电的智能鞋垫。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种压力自感知、自发电的智能鞋垫，包括：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、智能手机应用软件。

所述上、下鞋垫体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其它部分。

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，略小于上、下鞋垫体，放置于上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，略小于鞋垫夹层，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，如接通电源、开启或关断加热功能、开启或关断蓝牙功能等。