一种基于北斗定位技术的运动轨迹记录智能鞋系统的制作方法

本发明涉及智能鞋技术领域，特别涉及一种基于北斗定位技术的运动轨迹记录智能鞋系统。

背景技术：

目前，在中国本土范围内可以使用的导航系统主要有美国的gps(全球卫星定位导航系统)和我国自主研发的北斗卫星导航系，其中gps系统具备定位精度高，覆盖范围广等优点，但是由于该系统为他国军方控制，在特定情况下会人为增加其定位误差或者使其失效，另外应用gps的终端产品只具备单向接收定位信息的能力，缺乏终端和系统间的交互通信。

北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，目前已经发射了9颗卫星，系统已经具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力，2020年左右覆盖全球。北斗系统致力于向全球用户提供定位、导航和授时服务，目前定位精度10米，测速度0.2米/秒，授时精度10纳秒。

出于数据采集和安全考量，越来越多的产品被要求加上了定位功能，加装了定位功能的一些生活、运动、户外用品不仅可以实现对移动数据的采集，供用户进行运动量和移动轨迹的参考，同时在这些物品上加装定位功能还可以提高安全度，防止丢失或者穿戴人员的走失；北斗定位系统作为我国自主研发的定位系统具有成本低、不依赖国外定位系统、部分电路结构开源等优势，被广泛的使用于民用和军用领域。

随着科学技术的发展，我们的生活也越来越便捷，生活用品也越来越智能化，近年来，这种智能化趋势开始向穿戴用品方向发展，无论是日常出行还是回到家中都一直“陪伴”我们的鞋子也迎来了革新，现如今社会上老龄化现象日趋严重，外出出行的老人的家人更需要一款智能鞋子，目前，现有的鞋子只具有空间定位的功能，给老年人的安全出行带来了一定的安全保障，但无法实现运动监测的功能。

本发明的方案便是针对上述问题对现有智能鞋进行的改进。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种基于北斗定位技术的运动轨迹记录智能鞋系统，同时具有位置定位功能和运动监测功能，传统智能鞋子的功能也能够在本发明上面体现，如传统的计步及路线规划的功能可以根据使用者所行走的步数和路线进行有效地计算和统计，保证使用者能够更好地规划自己的运动路线和运动量。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于北斗定位技术的运动轨迹记录智能鞋系统，包括鞋面、鞋垫、鞋底、微处理器、北斗定位模块、传感器模块、运动监测模块、无线传输模块、上位机、智能终端和电源模块，其中：

所述北斗定位模块固定于所述鞋底的足弓位置处并与所述微处理器电性连接，用于每隔预定的时间获取穿鞋者所处经纬度的位置信息并传输至所述微处理器；

所述传感器模块设置于所述鞋垫内并与所述微处理器电性连接，用于测量穿鞋者的实时体温、血压和心率并传输至所述微处理器；

所述运动监测模块设置于所述鞋底的足弓位置处并与所述微处理器电性连接，用于监测穿鞋者的实时运动速度、运动步数、运动时长和爆发力并传输至所述微处理器；

所述上位机与所述微处理器电性连接，用于通过所述无线传输模块接收经过所述微处理器分析处理后的穿鞋者的位置信息、体温、血压、心率、运动速度、运动步数、运动时长和爆发力；

所述智能终端与所述上位机通信连接，用于实时显示穿鞋者的位置信息、体温、血压、心率、运动速度、运动步数、运动时长和爆发力；

所述电源模块设置于所述鞋面上或鞋底的足弓位置处并与所述北斗定位模块、传感器模块、运动监测模块和微处理器电性连接，用于提供所述北斗定位模块、传感器模块、运动监测模块和微处理器的工作电源。

进一步的，所述电源模块为柔性太阳能电池板和充电电池，所述柔性太阳能电池板设置于所述鞋面上并与所述微处理器电性连接，所述充电电池设置于所述鞋底的足弓位置处，用于采集太阳能并将其转化成电能储存在所述充电电池中；或，

所述电源模块为压力传感器和充电电池，所述压力传感器设置于所述鞋底靠近脚后跟处和/或前脚掌处，所述充电电池设置于所述鞋底的足弓位置处，用于采集穿鞋者在走路时所对鞋底产生的压力并将其转化成电能储存在所述充电电池中。

进一步的，还包括软质盖板，所述软质盖板的边缘与所述鞋底足弓位置边缘配合形成密闭空间，用于将所述北斗定位模块、运动监测模块和电源模块包裹于所述密闭空间内。

进一步的，还包括鞋底凹槽和凹槽盖板，其中：

所述鞋底凹槽开设于所述鞋底足弓位置处，用于放置所述北斗定位模块、运动监测模块和电源模块；

所述凹槽盖板盖设于所述鞋底凹槽端部，用于将所述北斗定位模块、运动监测模块和电源模块密闭于所述鞋底凹槽内。

进一步的，还包括led灯带和荧光条，其中：

所述led灯带嵌设于所述鞋底的侧边并与所述电源模块电性连接，所述荧光条设于所述鞋面上，用于在环境黑暗的情况下通过自身发光从而便于监护人员查看穿鞋者的位置；

所述荧光条设于所述鞋面上，用于在环境黑暗的情况下通过外界光源照射发光从而便于监护人员查看穿鞋者的位置。

进一步的，所述北斗定位模块为北斗单点定位模块，所述智能终端为智能手机、平板电脑或智能手表，所述上位机为台式电脑或笔记本电脑。

进一步的，所述微处理器采用stm32系列单片机。

进一步的，所述传感器模块采用max30100血氧心率传感器。

进一步的，所述运动监测模块采用mpu-6050模块。

进一步的，所述无线传输模块采用nrf24l01无线收发器芯片。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、本发明一种基于北斗定位技术的运动轨迹记录智能鞋系统通过对现有鞋子的改造，在鞋子中可拆卸的装入可以独立进行供电和工作的北斗定位模块，同时将北斗定位模块的定位信号通过常见的无线传输网络进行上传，从而在不影响鞋子的正常使用功能的前提下，实现了对鞋子也就是穿着者的定位，相关定位数据则可以通过联网的上位机或者其他智能终端进行接收，从而实现对穿着者移动路径和移动量的采集，同时也可以实现对穿着者的监控，防止穿着者的走失；

2、本发明一种基于北斗定位技术的运动轨迹记录智能鞋系统，通过在鞋面设置所述柔性太阳能电池板，使得其可以于任何有光源的地方进行充电，进而使得装设于鞋底的北斗定位模块，不须电池就可能获取足够的运作电力，既实用又环保。

3、与现有技术中的监护人员只能够通过肉眼观察受监护人员的位置，或者受监护人员不清楚自己所在的位置，导致监护人员难以确定受监护人员的位置，使得看护失败相比，本发明提供的基于北斗技术的智能鞋，采用北斗定位技术，进而，监护人员能够通过使用指定的智能终端，来获悉受监护人员的位置信息，而且，监护人员在正常穿鞋走路的时候，收到脚底压力的作用，led灯会不停的闪烁，使得监护人员能够在距离较远的位置上看到受监护人员，从而同时通过两种位置获悉方式来得到了受监护人员的位置，加强了监护人员位置信息的获取效率。

4、本发明一种基于北斗定位技术的运动轨迹记录智能鞋系统中的智能鞋，结构简单、穿戴方便、定位精度高、电力稳定可靠，方便长时间连续追踪定位，以使监护人员能够及时的获知受监护人员的位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本发明一种基于北斗定位技术的运动轨迹记录智能鞋系统的系统框架示意图。

【主要符号说明】

1-微处理器；

2-北斗定位模块；

3-传感器模块；

4-运动监测模块；

5-上位机；

6-智能终端。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例公开了一种基于北斗定位技术的运动轨迹记录智能鞋系统，包括鞋面(未图示)、鞋垫(未图示)、鞋底(未图示)、微处理器1、北斗定位模块2、传感器模块3、运动监测模块4、无线传输模块(未图示)、上位机5、智能终端6和电源模块(未图示)，其中：

所述北斗定位模块2固定于所述鞋底的足弓位置处并与所述微处理器1电性连接，用于每隔预定的时间获取穿鞋者所处经纬度的位置信息并传输至所述微处理器1；

所述传感器模块3设置于所述鞋垫内并与所述微处理器1电性连接，用于测量穿鞋者的实时体温、血压和心率并传输至所述微处理器1；

所述运动监测模块4设置于所述鞋底的足弓位置处并与所述微处理器1电性连接，用于监测穿鞋者的实时运动速度、运动步数、运动时长和爆发力并传输至所述微处理器1；

所述上位机5与所述微处理器1电性连接，用于通过所述无线传输模块和串口接收经过所述微处理器1分析处理后的穿鞋者的位置信息、体温、血压、心率、运动速度、运动步数、运动时长和爆发力；

所述智能终端6与所述上位机5通信连接，用于实时显示穿鞋者的位置信息、体温、血压、心率、运动速度、运动步数、运动时长和爆发力；

所述电源模块设置于所述鞋面上或鞋底的足弓位置处并与所述北斗定位模块2、传感器模块3、运动监测模块4和微处理器1电性连接，用于提供所述北斗定位模块2、传感器模块3、运动监测模块4和微处理器1的工作电源。

进一步的，所述电源模块为柔性太阳能电池板(未图示)和充电电池(未图示)，所述柔性太阳能电池板设置于所述鞋面上并与所述微处理器1电性连接，所述充电电池设置于所述鞋底的足弓位置处，用于采集太阳能并将其转化成电能储存在所述充电电池中。在本实施例中，所述柔性太阳能电池板只要在有光源的地方即可进行充电和储能。

或，所述电源模块为压力传感器(未图示)和充电电池，所述压力传感器设置于所述鞋底靠近脚后跟处和/或前脚掌处，所述充电电池设置于所述鞋底的足弓位置处，用于采集穿鞋者在走路时所对鞋底产生的压力并将其转化成电能储存在所述充电电池中。所述压力传感器设置在受压较大的后跟处，可充分的实现机械能的转换，此外，所述压力传感器也可放置在鞋子的前端脚掌位置处。将所述北斗定位模块2、运动监测模块4和电源模块设在受压较小的足弓位置处，可避免元器件的损坏。具体的，压力传感器的作用是采集人在走路时所对鞋底产生的压力，即，采集到相应的压力信号。因此，压力传感器所设置的位置优选为与脚后跟相对应的位置，或者是与前脚掌相对应的位置。人在走路的时候，虽然是整个脚掌都处于着地状态，但脚上的不同位置对人体的支撑力的大小是不相同的，具体而言，就是后脚跟和前脚掌所提供的支撑力最大，因此，压力传感器设置在这两个位置上，能够使得压力传感器更为准确的获悉脚掌所处的状态(着地还是离地)。本实施例中，所述压力传感器可以是陶瓷压力传感器、压电压力传感器、扩散硅压力传感器等多种，考虑到具体的应用环境，应当选择恢复力强的压力传感器。

需要说明的是，在鞋底内所设置北斗定位模块2、传感器模块3和运动监测模块4等电子器件可以是可拆卸的与鞋底连接，以使，使用者可以根据自己的需要来调节该鞋的功能，具体的：

一实施例中，所述智能鞋系统还包括软质盖板(未图示)，所述软质盖板的边缘与所述鞋底足弓位置边缘配合形成密闭空间，用于将所述北斗定位模块2、运动监测模块4和电源模块包裹于所述密闭空间内。通过软质盖板，能够起到保护北斗定位模块2、运动监测模块4和电源模块的作用。

另一实施例中，所述智能鞋系统还包括鞋底凹槽(未图示)和凹槽盖板(未图示)，所述鞋底凹槽开设于所述鞋底足弓位置处，用于放置所述北斗定位模块2、运动监测模块4和电源模块；所述凹槽盖板盖设于所述鞋底凹槽端部，用于将所述北斗定位模块2、运动监测模块4和电源模块密闭于所述鞋底凹槽内。将鞋底空出一个可以放置北斗定位模块2、运动监测模块4和电源模块的空间，置入后不会感受到其存在，此方式不仅隐秘而且不破坏鞋子原本的外观构造。

进一步的，所述智能鞋系统还包括led灯带(未图示)和荧光条(未图示)，所述led灯带嵌设于所述鞋底的侧边并与所述电源模块电性连接，所述荧光条设于所述鞋面上，用于在环境黑暗的情况下通过自身发光从而便于监护人员查看穿鞋者的位置；所述荧光条设于所述鞋面上，用于在环境黑暗的情况下通过外界光源照射发光从而便于监护人员查看穿鞋者的位置。本实施例中，led灯带虽然耗电量较低，但随着使用时间的延长，led灯带也会发生损坏的情况，此时led灯带也就无法再起到发光的作用的。由此，除了电控发光的led灯带之外，本申请还设置了能够持久发光的结构，以备在led灯带无法正常发光之后，接替led灯带执行发光的工作。具体而言，即：所述鞋主体还包括设置在所述鞋面上的荧光条。荧光条能够在夜晚发光，即使在白天收到太阳光的影响，荧光条所发出的光亮的强度也是大于鞋面上其他位置(如皮质鞋面、革质鞋面)所发光光亮的强度。以此，便能够起到替代led灯带进行发光的功能。起到照明或指示(在过马路可指示车辆)作用。

进一步的，所述北斗定位模块2为北斗单点定位模块，所述智能终端6为智能手机、平板电脑或智能手表，所述上位机5为台式电脑或笔记本电脑。

进一步的，所述微处理器1采用stm32系列单片机。

进一步的，所述传感器模块3采用max30100血氧心率传感器。本实施例中，max30100是一款集成有脉搏血氧仪和心率监测传感器的模块，该器件集成有两个led、一个光电探测器，经过优化的光学器件和低噪声模拟信号处理器，可检测脉搏血氧及心率信号。max30100采用1.8v和3.3v的电源电压。可通过软件来关断电源，待机模式下的电流消耗量可忽略不计，因而可以始终保持电源连接。

进一步的，所述运动监测模块4采用mpu-6050模块。本实施例中，mpu-6050(6000)为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间。当连接到三轴磁强计时，mpu-60x0提供完整的9轴运动融合输出到其主i2c或spi端口(spi仅在mpu-6000上可用)。mpu-6050(6000)的角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec(dps)，可准确追踪快速与慢速动作，并且，用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g。另外，片上还内嵌了一个温度传感器和在工作环境下仅有±1％变动的振荡器。

进一步的，所述无线传输模块采用nrf24l01无线收发器芯片。本实施例中，nrf24l01是输出功率频道选择和协议的设置可以通过spi接口进行设置，几乎可以连接到各种单片机芯片，并完成无线数据传送工作。由于其极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为0dbm时电流消耗为11.3ma，接收模式时为12.3ma，掉电模式和待机模式下电流消耗更低，所以选用此模块完成通讯及数据的传输。

具体使用方法：

在使用的时候，监护人员可以手持该指定的智能终端6，而受监护人员则穿着本申请所提供的基于北斗定位技术的智能鞋，每当基于北斗技术的智能鞋中的无线传输模块发出受监护人员的位置信息、体温、血压、心率、运动速度、运动步数、运动时长和爆发力后，监护人员均可以通过该指定的智能终端6来获悉受监护人员的上述信息，进而可以根据受监护人员的位置来找到受监护人员，同时监测受监护人员的运动情况。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。