一种基于多传感融合的智能运动鞋垫的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于多传感融合的智能运动鞋垫，其特征在于，包括鞋垫本体，所述的鞋垫本体的内部设有硬件模块；所述的硬件模块包括用于实时采集用户的运动与健康数据的传感器模块，用于对鞋垫本体进行加热的恒温加热模块，以及与所述的传感器模块和恒温加热模块相连、用于将用户的运动与健康数据反馈给客户端APP并根据客户端APP的指令控制恒温加热模块对鞋垫本体进行加热的处理器与电源模块。本发明通过传感器获取足底各项参数，同时实现保暖、吸汗、防霉、除臭、抑菌、养脚等多功能，以保持足底健康，满足了现代人对健康的多方位需求。
【专利说明】
一种基于多传感融合的智能运动鞋垫
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种基于多传感融合的智能运动鞋垫，特别涉及到多功能传感器、纳米复合材料、运动数据监控平台的研究与设计，属于智能硬件、可穿戴设备等领域。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，基于传感器的功能性着装产品变得愈来愈广泛，通过提供价廉物美的硬件和定制化，专业化，人性化的服务积累受益人群。智能硬件设备的发展很大程度依赖于智能硬件科技的巨大进步。智能硬件市场认可度在2014年以前长期静默，但近两年已进入快速发展的时期。前期微利竞争甚至低用户粘度状况，将随着产品成熟度的提升和差异化的加大，催生大规模平台的产生。
[0003]据权威数据显示，2015年全球智能硬件零售量为1.3亿部，季度零售量呈稳步增长态势。从品类结构来看，全球智能硬件市场中占比最大的品类是智能穿戴，零售量占比高达59%。排名第二位的是智能家居，占比高达31%。智能健康品类占比最低，仅为10%。2015年中国市场智能硬件零售量达0.4亿部，占全球份额32%，市场活跃度高。从以上数据不难看出，无论是全球还是中国，智能硬件市场规模占比最高的是智能穿戴。
[0004]可穿戴设备即直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，可穿戴设备会对我们的生活、感知带来很大的转变。球可穿戴设备的出货量到2016年年底预计将达到1.1亿部，较去年增长38.2%。可穿戴设备厂商队伍的壮大，以及快速提升的消费者认知和需求，将使可穿戴设备在2015年?2020年这一预测期内出现两位数百分比的增长，从而推动可穿戴设备出货量在2019年超过2亿部，到2020年达到2.371亿部。
[0005]可穿戴设备多以具备部分计算功能、可连接手机及各类终端的便携式配件形式存在，主流的产品形态包括以手腕为支撑的watch类(包括手表和腕带等产品)，以脚为支撑的shoes类(包括鞋、袜子或者将来的其他腿上佩戴产品)，以头部为支撑的Glass类(包括眼镜、头盔、头带等)，以及智能服装、书包、拐杖、配饰等各类非主流产品形态。
[0006]从目前的市场情况分析，已有类似功能的产品在其他国家和我国的部分地区推出Jike目前市场上类似的产品仅有一款Nike+产品Aike+跑鞋通过无线Nike+iPod运动组件与iPod实现信息互通，将Nike+运动鞋与iPod连接后，iPod就可以存储并显示运动日期，时间、距离、热量消耗值和总运动次数以及运动时间，总距离和总卡路里等数据。使用者可以通过耳机或安装iTunes的电脑来了解这些实时数据。
[0007]市场上主要的计步器品牌有欧姆龙(欧姆龙健康医疗(中国)有限公司)，安康盟(美国)，健怡康(深圳市健怡康科技有限公司)等。其中欧姆龙计步器产品种类多，销售状况较好。
[0008]市场上主要运动腕表主要有TomTom GPS运动腕表(Nike)，运动GPS腕表Μ0Τ0 ACTV(摩托罗拉)，GPS运动手表Switch系列(麦哲伦)，不过这些手表的价格都在千元以上。现在智能手机都自带GPS定位功能，基于1s和安卓系统的类似计步器应用软件有很多，相应软件的下载量也很大。不过这类软件精确度不高，与用户的互动性不足。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是克服现有的运动服务可穿戴设备的不足，提供一种基于多传感融合的智能运动鞋垫，其不仅仅是一款硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互来实现用户运动与健康数据的记录与反馈。
[0010]为了达到上述目的，本发明提供了一种基于多传感融合的智能运动鞋垫，其特征在于，包括鞋垫本体，所述的鞋垫本体的内部设有硬件模块;所述的硬件模块包括用于实时采集用户的运动与健康数据的传感器模块，用于对鞋垫本体进行加热的恒温加热模块，以及与所述的传感器模块和恒温加热模块相连、用于将用户的运动与健康数据反馈给客户端APP并根据客户端APP的指令控制恒温加热模块对鞋垫本体进行加热的处理器与电源模块。
[0011]优选地，所述的处理器与电源模块采用Cortex-A处理器和锂电池，Cortex-A处理器与传感器模块和恒温加热模块连接，所述的Cortex-A处理器通过锂电池供电。
[0012]更优选地，所述的锂电池采用USB充电插口充电。
[0013]更优选地，所述的锂电池采用指示灯提示锂电池是否充满电
[0014]优选地，所述的传感器模块包括用于计步的振动传感模块、心率传感器、温度传感器和加速度传感器中的至少一种，所述的振动传感模块、心率传感器、温度传感器和加速度传感器与处理器与电源模块相连。
[0015]优选地，所述的运动与健康数据包括计步、卡路里消耗、心跳和温度中的至少一种。
[0016]优选地，所述的恒温加热模块由加热器和恒温控制器两部分组成，所述的加热器和恒温控制器与处理器与电源模块相连，当鞋垫温度低于设定值时，加热器开始工作，使鞋内温度升至设定值，温度达到设定值后，开始进入恒温状态，恒温控制器启动工作。
[0017]更优选地，所述的加热器和恒温控制器采用插接组合的方式连接。
[0018]优选地，所述的处理器与电源模块通过蓝牙设备与客户端APP进行通信。
[0019]优选地，所述的鞋垫本体采用麻、棉纤维与丙纶负离子纳米纤维混合生产的非织造纳米负离子纺织品制成。
[0020]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0021]本发明的一种基于多传感融合的智能运动鞋垫，采用多种天然材料并配以纳米复合材料制成，通过传感器获取足底各项参数，同时实现保暖、吸汗、防霉、除臭、抑菌、养脚等多功能，以保持足底健康，满足了现代人对健康的多方位需求。采集的用户运动数据(例如，步频，体温，心跳等)将显示于相应的APP手机软件。同时，通过移动客户端向客户提供改善身体健康的建议与策略。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的结构设计图；
[0023]图2为本发明的模块功能图；
[0024]图3为传感器模块工作流程图；
[0025]图4为恒温加热模块工作流程图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0027]实施例
[0028]如图1所示，一种基于多传感融合的智能运动鞋垫，包括鞋垫本体I，所述的鞋垫本体I的内部设有硬件模块2;如图2所示，所述的硬件模块2包括用于实时采集用户的运动与健康数据的传感器模块，用于对鞋垫本体I进行加热的恒温加热模块，以及与所述的传感器模块和恒温加热模块相连、用于将用户的运动与健康数据反馈给客户端APP并根据客户端APP的指令控制恒温加热模块对鞋垫本体I进行加热的处理器与电源模块。所述的客户端APP为手机APP。硬件模块会实时监测用户的运动与健康数据(温度、步频、心跳)，用户可通过手机APP查询这些数据，根据这些信息，用户可以调整自己的运动量。当需要对足部进行加热时，用户可在手机APP自动设置加热温度。
[0029]所述的处理器与电源模块采用Cortex-A处理器和锂电池，Cortex-A处理器与传感器模块和恒温加热模块连接，Cortex-A处理器是基于ARM架构的，该处理器具有运算速度快、处理性能高和兼容性强等特点。所述的Cortex-A处理器通过锂电池供电。所述的锂电池采用USB充电插口充电，即通过充电装置直接对内置的锂电池进行充电。采用USB充电插口充电时，采用指示灯提示锂电池是否充满电，电池指示灯亮绿灯，则表示可待机时间大于12小时；电池指示灯亮黄灯，则表示待机时间小于8小时；电池指示灯亮红灯，则表示需要充电。USB充电插口采用防水结构，经久耐用。锂离子电池具有容量高的特性，待机时间可达9-16小时，其采用防爆技术加持久动力，安全系数高，实用性强。所述的USB充电插口以及Cortex-A处理器的开关设于鞋底。
[0030]所述的传感器模块包括用于计步的振动传感模块、心率传感器、温度传感器和加速度传感器中的至少一种，所述的振动传感模块、心率传感器、温度传感器和加速度传感器与处理器与电源模块相连。将振动传感模块、心率传感器、温度传感器和加速度传感器置于鞋垫内部，也就是将传感器模块和用户的足部进行了绑定。只有当用户进行走动时，各传感器才会检测到，这样记录下来的步数将更准确。根据加速度传感器的反馈，可以自动判断用户是出于哪种运动模式(走路、小跑或者快跑)，由此可得到更接近真实值的卡路里数。如图3所示，所述的振动传感模块、心率传感器、温度传感器和加速度传感器分别感测用户的步频、心率、鞋内温度和用户的加速度后，通过处理器与电源模块反馈给手机APP，手机APP显示数据给用户。
[0031 ]所述的恒温加热模块由加热器和恒温控制器两部分组成，所述的加热器和恒温控制器与处理器与电源模块相连。所述的加热器和恒温控制器采用插接组合的方式连接。所述的恒温控制器包括电阻丝、双金属片控温机构、可控硅。如图4所示，传感器模块感测温度后，通过处理器与电源模块反馈给手机APP，手机APP判断该温度值是否大于设定的阈值，若是，则传感器模块再次感测温度，若否，则传递加热温度到处理器与电源模块，处理器与电源模块控制恒温加热模块调节鞋垫温度，当鞋垫温度低于设定的阈值时，加热器开始工作，使鞋内温度升至设定的阈值，温度达到设定的阈值后，开始进入恒温状态，恒温控制器启动工作。该类恒温加热器使用方便、控温精度高、成本低、使用寿命长。
[0032]所述的处理器与电源模块通过蓝牙设备与手机APP进行通信。用户可在手机APP端一键追踪运动与健康数据。用户可在手机APP端分别设置左右鞋垫的阈值温度。
[0033]所述的鞋垫本体I采用麻、棉纤维与丙纶负离子纳米纤维混合生产的非织造纳米负离子纺织品制成。传统麻、棉鞋垫具有良好的吸湿透气性，麻鞋垫还能抑菌防臭，但是麻、棉纤维耐磨性相对较差;而化纤鞋垫吸湿透气性差，容易产生静电，对健康不利。用麻、棉纤维与丙纶长丝混合生产的非织造布鞋垫既具有麻、棉吸湿透气、抗菌抑菌的特性，同时还在一定程度上可降低成本。纳米材料对鞋的抗菌防臭作用十分显著，其机理在于:在纳米级颗粒的尺度已经接近原子的大小，因此纳米材料颗粒可以穿透细菌的细胞壁，从而达到杀死细菌的目的。同时纳米材料有很多微孔结构，可以将抗菌离子填充到纳米材料的微孔中缓慢释放，起到杀菌、防臭的作用。由于构成纳米材料的微粒具有特殊的表面效应和小尺寸效应，因此能够产生与常规材料不同的物理、化学性质，如具有高强度、高韧性、良好的导电和静电屏蔽效应，能够抗紫外线、吸收可见光和红外线、抗老化，具有很强的抗菌除臭功能和吸附能力等纳米材料属无机抗菌剂，不存在二次污染问题，对人体无毒害作用，因此负离子添加剂科技含量高，健康环保，而且造价低廉，具有持久抗菌性，有利于工业化大生产。
[0034]本发明的基于多传感融合的智能运动鞋垫不仅仅是一款硬件设备，更可通过软件支持以及数据交互来实现用户运动与健康数据的记录与反馈。用户可通过账号登陆手机APP，输入自己的身高体重等信息，并根据菜单栏选择查看自己的运动与健康数据。当需要加热足部时，用户可进入加热页面，控制左右鞋垫的恒温温度。
[0035]使用前，需要下载手机APP软件，并与鞋垫进行配对。初次使用本发明产品时，需完成鞋垫与手机APP的匹配工作，匹配过程通过蓝牙技术实现。再次使用该产品时，两端会自动连接。用户可在手机APP上注册自己的身份信息和基本健康信息。
[0036]使用时，首先启动鞋底的开关，并确保锂电池处于有电状态。当鞋垫感受到轻微的压力时即处于工作模式。当用户需要对足部进行加热时，首先须在手机APP软件内设定两个温度，分别为阈值温度和加热温度。当足部的温度传感器反馈的温度低于阈值温度时，恒温加热模块开启加热模式，鞋垫表面温度会在短时间内达到用户设定的温度。当用户需要关闭该功能时，只需在APP界面手动关闭加热模式，鞋垫温度即会慢慢恢复至常温。为了避免用户因误操作受伤，可将恒温加热模块的加热温度限定为40摄氏度以下。由于所有的传感器都处于实时工作状态，因此用户可随时随地通过手机APP在指定的界面内查询当前状态下本人的运动和健康数据。根据这些信息，用户可以调整自己的运动量。用户在通过手机APP软件查看自己的运动和健康数据的同时，还能查看到自己的运动情况在好友之间的排名。并且，数据中心会通过APP软件向用户推送改善健康水平的策略与建议。
【主权项】
1.一种基于多传感融合的智能运动鞋垫，其特征在于，包括鞋垫本体(I)，所述的鞋垫本体(I)的内部设有硬件模块(2);所述的硬件模块(2)包括用于实时采集用户的运动与健康数据的传感器模块，用于对鞋垫本体(I)进行加热的恒温加热模块，以及与所述的传感器模块和恒温加热模块相连、用于将用户的运动与健康数据反馈给客户端APP并根据客户端APP的指令控制恒温加热模块对鞋垫本体(I)进行加热的处理器与电源模块。2.如权利要求1所述的基于多传感融合的智能运动鞋垫，其特征在于，所述的处理器与电源模块采用Cortex-A处理器和锂电池，Cortex-A处理器与传感器模块和恒温加热模块连接，所述的Cortex-A处理器通过锂电池供电。3.如权利要求2所述的基于多传感融合的智能运动鞋垫，其特征在于，所述的锂电池采用USB充电插口充电。4.如权利要求2所述的基于多传感融合的智能运动鞋垫，其特征在于，所述的锂电池采用指示灯提示锂电池是否充满电。5.如权利要求1所述的基于多传感融合的智能运动鞋垫，其特征在于，所述的传感器模块包括用于计步的振动传感模块、心率传感器、温度传感器和加速度传感器中的至少一种，所述的振动传感模块、心率传感器、温度传感器和加速度传感器与处理器与电源模块相连。6.如权利要求1所述的基于多传感融合的智能运动鞋垫，其特征在于，所述的运动与健康数据包括计步、卡路里消耗、心跳和温度中的至少一种。7.如权利要求1所述的基于多传感融合的智能运动鞋垫，其特征在于，所述的恒温加热模块由加热器和恒温控制器两部分组成，所述的加热器和恒温控制器与处理器与电源模块相连，当鞋垫温度低于设定值时，加热器开始工作，使鞋内温度升至设定值，温度达到设定值后，开始进入恒温状态，恒温控制器启动工作。8.如权利要求7所述的基于多传感融合的智能运动鞋垫，其特征在于，所述的加热器和恒温控制器采用插接组合的方式连接。9.如权利要求1所述的基于多传感融合的智能运动鞋垫，其特征在于，所述的处理器与电源模块通过蓝牙设备与客户端APP进行通信。10.如权利要求1所述的基于多传感融合的智能运动鞋垫，其特征在于，所述的鞋垫本体(I)采用麻、棉纤维与丙纶负离子纳米纤维混合生产的非织造纳米负离子纺织品制成。
【文档编号】H05B1/02GK105942664SQ201610264488
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】龚楚茗, 官洪运, 尤程瑶, 顾蒙蒙, 刘琅
【申请人】东华大学