隐蔽式个人位置追踪鞋垫的制作方法

本实用新型涉及可穿戴式的智能产品技术领域，具体公开了一种隐蔽式个人位置追踪鞋垫。

背景技术：

1.GPS定位技术

GPS(Global Positioning System)即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统。利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速，并能够进行高精度的时间传递和精准定位。GPS系统由空间部分、控制部分和用户部分组成。其中空间部分由24颗GPS工作卫星所组成，这些卫星发射导航定位信号供用户接收使用；控制部分由分布在全球各地的卫星跟踪监控站所构成，负责GPS工作卫星的调度和工参调整；用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机气象仪器等所组成，它的作用是接收GPS卫星所发出的信号。

现实生活中，GPS定位技术是指结合了GPS技术、无线通信技术(GSM/GPRS/CDMA)、图像处理及GIS技术的一套综合的定位技术。它主要用于对移动的人、宠物、车辆及设备进行远程定位监控，并可以实现定位跟踪、轨迹回放、区域报警等功能。

当前市场上常见的可穿戴式GPS定位设备主要有：GPS手表，GPS手环，GPS项链。这些设备普遍存在以下缺点和不足：

首先，可穿戴设备要满足体积小，重量轻，符合人体工程力学的要求。这就从根本上制约了GPS用户端硬件的设计，具体来说，小型化的需求限制了GPS天线的大小以及PCB电路板的布局。目前绝大部分GPS天线采用右旋极化片状陶瓷介质，陶瓷片的大小以及烧结工艺直接影响它的性能。并且陶瓷片大多是正方形设计，目的是为了保证电磁信号在XY方向上共振基本一致，从而达到均匀接收卫星信号的效果。现市面使用的陶瓷片主要是25×25mm、18×18mm、15×15mm、12×12mm。陶瓷片面积越大，介电常数越大，其共振频率越高，接收效果越好。而可穿戴设备小型化的需求迫使厂商只能采用效果最差的12×12mm陶瓷片；同时，还要求电子元器件在设备里必须采用垂直叠放的布局，增加了元器件之间，特别是对GPS天线的谐振干扰；另外，为了保证设备的坚固耐用，可穿戴式GPS定位设备多采用金属外壳，这也会对信号产生一定的屏蔽作用。综上，目前市场上各种GPS可穿戴设备的卫星信号接收能力普遍较差。即便如此，从市场反馈来看，消费者还是认为设备体积稍大，不方便携带。

其次，小型化设计同时也限制了电池的大小，直接导致了市场上各种可穿戴式GPS设备普遍待机时间短。另外，由于需要USB接口外接充电，使得设备无法做到完全防水。

再次，从消费者角度考虑，无论是手表、手环还是项链，都是需要单独佩戴的物理设备。对儿童而言，设备目标过于明显，十分容易被不法分子发现识别，一旦设备被不法分子从儿童身上剥离，就无法完成对儿童的定位；对老人而言，则容易忘记佩戴或者弄丢设备；对年轻人而言，由于设备样式单一不美观而不愿佩戴。

2.运动监测技术

运动监测是目前市场上各类可穿戴式设备最基本也是最重要的功能。它的主要功能是详细记录用户每天行走的步数，运动路程以及能量消耗。运动监测功能是通过电子计步器来实现的，而它的工作核心是振动传感器。目前大多数可穿戴式设备采用三维律动运动状态感应器。这种感应器通过电容式加速度计实时捕捉三个维度的加速度和振动数据，经过滤波、峰谷检测等过程，使用各种算法和科学缜密的逻辑运算，最终将这些数据转变成可读的步数、距离、消耗的卡路里等数值。

然而，无论采用何种复杂缜密的算法，目前市场上各类手环设备被消费者广为诟病的问题就是运动数据的不准确，有时数据错误得简直离谱，比如某些手环甚至会将佩戴者手臂的甩动误判为行走步数。

3.现有的相关专利

GPS技术已经广泛应用于交通、物流以及安全领域，而可穿戴式运动监测设备也正逐步在消费者中普及开来。但是，市场上仍旧缺乏一种将两者功能有效的结合在一起，即，既能提供GPS定位功能、又能进行运动监测的可穿戴式设备。

中国专利CN203314228U(公告日2013年12月4日)提出了一种能自动充电的GPS定位鞋垫的设计方案，其将GPS定位装置安装在鞋垫中，并且通过放置在脚后跟处的压电橡胶对驱动GPS的电池进行充电。但是研究文献表明，这一方案所采用的压电橡胶材料价格昂贵且电能转化效率十分低下，不存在大规模商用价值。

另外，还有相关的中国专利文件公开了一种无线充电监测鞋，将GPS芯片和为芯片提供电能的无线充电装置放置在鞋中。但是，这种设计笨重且特征明显，无法保证穿戴者私密性，容易被不法分子发现定位设备。而且，上述方案功能单一，未包含运动监测功能。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种隐蔽式个人位置追踪鞋垫，其既能定位，又能进行运动监测，而且将相应的模块设置在鞋垫内部，具备隐蔽性，不易被发现。

为实现上述目的，本实用新型采用如下方案。

隐蔽式个人位置追踪鞋垫，鞋垫内设有GPS定位单元、运动监测单元和通讯模块，

GPS定位单元与通讯模块电性连接，运动监测单元与GPS定位单元无线连接；

或者，GPS定位单元、运动监测单元分别与通讯模块电性连接。

优选地，运动监测单元包括电阻应变式压力传感器。

优选地，通讯模块包括GSM模块和/或GPRS模块，鞋垫内还设有用于放置SIM卡的SIM卡槽。

进一步地，通讯模块还可以包括无线通信模块。

优选地，鞋垫内还设有无线充电模块，无线充电模块分别与GPS定位单元、运动监测单元连接。

具体地，无线充电模块包括平板电池和无线充电线圈，平板电池与无线充电线圈电性连接。

优选地，鞋垫内设有的单元或模块均封装于环氧树脂。

优选地，鞋垫内设有蓝牙模块，运动监测单元与GPS定位单元通过蓝牙模块进行无线连接。

本实用新型的有益效果：本实用新型将GPS定位单元和运动监测单元封装在鞋垫内，在实现定位和运动监测功能的同时，还达到了不易被发现的隐蔽效果；本产品采用了扁平化布局方式和内部封装方式，既提高了产品的美观性和穿戴舒适性，又使得本产品与普通鞋垫在外观上毫无区别，保证了穿戴者的私密性，也可以防止不法分子对定位设备的故意损坏或者丢弃。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的鞋垫的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的GPS天线的电路图。

图3为本实用新型实施例的GPS定位单元的电路图。

图4为本实用新型实施例的GSM模块的电路图。

附图标记说明：1-电阻应变式压力传感器，2-蓝牙模块，3-平板电池，4-无线充电线圈，5-外置无线充电器，11-GPS定位单元，12-GSM模块，13-SIM卡槽，121-GSM收发天线。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

实施例一

本实施例提供一种隐蔽式个人位置追踪鞋垫，如图1所示，在右侧鞋垫内设有GPS定位单元11，用于采集穿戴者的地理位置信息；左侧鞋垫内设有运动监测单元，用于采集穿戴者的运动信息。两侧鞋垫内的设备单元可以通过诸如蓝牙的无线方式(可以在鞋垫内设置蓝牙模块2来实现)来进行无线连接，并且可以通过移动通信网络将采集到的信息数据发送到客户端，以供客户端查看或使用。

对应地，鞋垫内还设有通讯模块，优选地，通讯模块采用GSM模块12和/或GPRS模块。在本实施例中，将GSM模块12和/或GPRS模块设置在右侧鞋垫内，与GPS定位单元11位于同一侧鞋垫；GSM/GPRS模块与GPS定位单元电性连接。

GSM为2G蜂窝网络，GPRS为2.5G蜂窝网络，目前这两个通信网络在全世界范围内均通用，因此采用GSM/GPRS模块能够充分保证通信有效性，为后续的信号追踪提供保障。如图4所示，为利用GSM网络而相应配备GSM模块12的具体电路图。

当然，本领域技术人员明白，可以根据本产品的实际应用环境中的通信网络来选择具体的通讯模式，比如说，采用CDMA等3G网络，或LTE等4G网络，还可以同时包含WIFI模块以应用于某特定的无线覆盖网络。

具体地，GPS定位单元11包括GPS模块和GPS天线，具体电路图可以参见图2和图3；首先由GPS天线接收GPS卫星模拟信号，然后由GPS模块将接收到的GPS卫星模拟信号转换成为标准NMEA格式的数字地理坐标，并传送给GSM/GPRS模块。

具体到本实施例，GSM模块12通过GSM收发天线121将接收到的NMEA格式的数字地理坐标经由GSM网络发送至客户端；作为其中一种实施例，可以选择以短信的方式来发送上述数字地理坐标，对应地，在鞋垫内设置有SIM卡槽13来放置SIM卡，从而实现鞋垫与客户终端之间的通信。

而且，GSM/GPRS模块也可以通过基站信息查询来对使用者进行定位，以作为GPS定位的补充。

在无法连接GSM/GPRS网络时，GPS模块中的内置存储模块可以记录使用者的位置信息，待重新连接GSM/GPRS网络后再将所记录的位置信息发送至客户端，从而避免了位置信息丢失的情况。

对于左侧鞋垫内的运动监测单元，本实施例的运动监测单元包括电阻应变式压力传感器1；具体的，电阻应变式压力传感器1通过施加于鞋垫上的压力(重力)的变化来采集穿戴者的运动数据(比如移动步数)，然后可以通过蓝牙模块2将所获得的运动监测数据发送至GSM/GPRS模块，然后GSM/GPRS模块将运动监测数据和定位信息以短信形式一同发送至客户端。客户端可以为PC机、平板电脑或智能手机等。客户端接收到包含上述信息的短信后，解析出穿戴者的地理位置、运动信息等有效数据，以文字、图形、地图等可视化的方式展现给用户。

本实施例采用的电阻应变式压力传感器是通过作用于鞋垫上的压力变化来反映穿戴者身体姿态并计算移动步数，而作用在传感器上的压力就是人的体重，所以这个压力的变化范围为(0，体重)；即便对于小孩来说，这个压力变化范围也已经很大；所以人行走的时候，若将行走动作转化为数字信号，即为，抬脚是0，落地是1；这其中不需要任何复杂的算法来判断人的运动姿态，既简单又准确。因而本实施例比传统的三维律动运动状态感应器更加直接、准确，成本也更加低廉。同时，计步的准确性也不再依赖于复杂的算法。

若综合使用左右两鞋垫所采集到的数据，可以更加准确立体地反映出穿戴者当前的运动状态，比如在追踪丢失儿童时，通过本鞋垫不但可以监测到儿童的运动轨迹，而且可以判断出儿童是走路还是坐车，是自己走路还是被人抱着移动。例如，如果从左脚的运动监测单元采集到的压力数据为0或者远小于体重的数值，但是从右脚的GPS定位单元采集到穿戴者的移动速度很快，则可以推断穿戴者可能处于坐车状态；或者，采集到压力为0、速度很慢但是在移动，则可以推断穿戴者可能被抱着；再或者，采集到压力不为0、速度很慢，则可以推断穿戴者自己走。由此可见，综合使用两种监测数据(压力数据和定位数据)的效果是显然的，尤其对于追踪定位丢失人员，具有显著的社会意义。

另外，为了解决现有技术中存在的充电问题，本实施例优选采用无线充电方式。具体而言，左右侧鞋垫内均设有可充电平板电池3和无线充电线圈4。在实际应用中，采用外置无线充电器5为可充电平板电池3无线充电，再由平板电池3为所有模块提供电源。由于本产品集成了无线充电线圈4，使得本产品的充电大大简化，只需要将鞋垫放置在无线充电器5(即，外置式感应线圈充电器)上即可。

同时，本实施例采用无线充电方式，避免了传统可穿戴式设备通常采用的外置充电接口，从而可以将所有硬件单元完全封装在注塑鞋垫中。优选地，本实施例将硬件单元密封于环氧树脂中，再通过一体喷塑成型PU鞋垫，进而实现了本产品的100％防水。

鞋垫为硬件单元的封装提供了一个足够大的物理平台，考虑到人脚的大小，即使儿童使用的小鞋垫，面积也足以达到手环手表的数倍。因此，本产品可以使用25×25mm的GPS天线，同时可以将电池、充电线圈设计于远离GPS天线的一端，从而得到良好的物理隔离干扰噪声效果。

同时，由于使用时本鞋垫产品离地面很近，更容易接收到地面反射的无线信号。因此，在信号接收和追踪方面，本鞋垫产品要大大优于手表手环等设备。

本产品摒弃了传统可穿戴式GPS设备小型化的设计理念，采用扁平化横向布局，将GPS定位单元11、GSM/GPRS模块、运动监测单元、可充电平板电池3和无线充电线圈4均集成在120mm×40mm×4mm的模块中。由于采用了符合人体工程力学的扁平化布局方式和内部封装方式，既提高了产品的美观性和穿戴舒适性，又使得本产品与普通鞋垫在外观上毫无区别，保证了穿戴者的私密性，也可以防止不法分子对定位设备的故意损坏或者丢弃。

实施例二

实施例二与实施例一的不同之处在于：将GPS定位单元11和运动监测单元、通讯模块均设置在同一侧鞋垫内，GPS定位单元11和运动监测单元分别与通讯模块电性连接。从而无需在鞋垫内设置无线连接模块(如蓝牙模块2)来实现两侧鞋垫内单元或模块的连接。其余部分与实施例一相同，在此不再赘述。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。