專利名稱：一種智能鞋系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鞋類物的智能化系統(tǒng)，特別是指通過將普通鞋類物置入智能化信息處理模塊，并加入無線數(shù)據(jù)傳輸功能，并與上位機實現(xiàn)信息互聯(lián)互通，以及遠距離的環(huán)境信息感知和智能化管理，從而實現(xiàn)鞋類物的功能創(chuàng)新和性能提升，實現(xiàn)真正意義上的智能鞋。
背景技術(shù)：
鞋子已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹谋匾b備之一，無論是爬山，散步，跑步，打球、溜冰等各種運動，都離不開一雙合腳的、滿足各種不同功能的鞋子或其它鞋類物。隨著使用環(huán)境和用戶需求的變化，鞋子本身的功能性也在不斷拓展和提升。比如越野登山鞋，雪地鞋，慢跑鞋，羽毛球?qū)Ｓ眯?，籃球?qū)Ｓ眯雀黝惒煌褂铆h(huán)境，不通功能需求的鞋子被逐漸開發(fā)出來，以滿足人們的需求。隨著各種電子產(chǎn)品的大規(guī)模普及，以及微型化研究的快速發(fā)展，讓電子產(chǎn)品置入普通鞋子或鞋類物成為可行的方案。通過鞋子的電子化和智能化，可以為鞋子提供許多實用的新特征新功能，為用戶提供新體驗。目前市場上出現(xiàn)的僅有極少數(shù)國外品牌在這方面做了一些研究和應(yīng)用，但也僅僅是采用了一些諸如計步器、運動里程計算、運動量計算、卡路里消耗等少數(shù)普通的功能，沒有實現(xiàn)更多更實用的智能化功能。創(chuàng)作人基于積極創(chuàng)新的精神，力求克服上述技術(shù)局限和應(yīng)用困難，通過深入的對微型化智能信息處理模塊和微型化無線通訊技術(shù)方面的研究，提供了一些實現(xiàn)鞋類物新功能特性的方法和系統(tǒng)，從而實現(xiàn)真正意義上的智能鞋。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，本發(fā)明涉及一種鞋類物的智能化系統(tǒng)，通過將普通鞋類物置入多功能的傳感器和智能化信息處理模塊，并引入微型化設(shè)計的無線數(shù)據(jù)傳輸功能，與上位機實現(xiàn)信息互聯(lián)互通，以及遠距離的環(huán)境信息感知和智能化管理，從而實現(xiàn)鞋類物的功能革新，實現(xiàn)真正意義上的智能鞋。本發(fā)明設(shè)計了一種可嵌入鞋類物的智能化模塊來實現(xiàn)智能鞋的基本功能。此智能化模塊經(jīng)過特別的微型化設(shè)計，可以置入到任一經(jīng)過預(yù)先設(shè)計的鞋類物內(nèi)部。所述智能化模塊包括兩個核心部分:智能信息處理模塊和無線通訊處理模塊。智能信息處理模塊是信息收集、分析、運算、處理的中心，完成自身的信息處理，向上傳送必要的信息，并執(zhí)行上位機下達的指令。無線通訊處理模塊是跟外部通訊溝通的樞紐，負責上傳/接受信息和指令。因電子產(chǎn)品本身的固有一些缺陷和生命周期損耗，鞋類物置入的智能化模塊必須經(jīng)過良好的可靠性設(shè)計，包括耐高溫，一定壓力的擠壓等，以至于可以再次加工成型而不容易損壞。鞋類物也應(yīng)當設(shè)計成便于取出、重新置入智能化模塊。并且，在沒有置入智能化模塊時，也能確保鞋類物本身的基本功能不受明顯影響。
本發(fā)明設(shè)計的智能化模塊供電部分依據(jù)實際需要來選擇，可以是可充電內(nèi)置電池，如果是運動鞋，空間富余較多，則可以選用壓力發(fā)電或其它可發(fā)電的微型化供電裝置，這樣便于在野外活動時能持續(xù)更長時間的工作。所述的智能信息處理模塊根據(jù)應(yīng)用場景是采用運動傳感器來進行運動狀態(tài)的判斷和運動量的計算。該運動傳感器包含至少一個3軸加速度計，或3軸陀螺儀，或3軸方向傳感器之一，運動傳感器將通過一定算法估算出智能鞋使用者的運動狀態(tài)，運動量，從而進一步估算出使用者的能量消耗和健康狀況等信息。進一步還可以包括環(huán)境傳感器如氣壓傳感器、或溫度傳感器、或濕度傳感器、或光照度傳感器等。通過這些傳感器的應(yīng)用，可以對智能鞋的使用環(huán)境作更深入的感知，從而了解和判斷智能鞋使用者是否有遇危險，是否需要救助等。所述的智能信息處理模塊如果是應(yīng)用于野外和安全性要求較高的鞋類物上面，則可以給智能鞋增加位置定位和跟蹤導(dǎo)航功能?？梢赃x擇下面的任一種位置定位方式:(a)通過全球通信衛(wèi)星實現(xiàn)精確的位置定位；(b)通過所述的智能信息處理模塊內(nèi)部的運動傳感器實現(xiàn)慣性導(dǎo)航；(C)通過無線通訊系統(tǒng)實現(xiàn)智能鞋的粗略位置定位，其定位精度雖然較差一般在30米至500米范圍之間，但在緊急情況時，還是可以作為緊急救援的一個重要參考。進一步的，也可以是這三種定位方法的組合應(yīng)用。所述的智能信息處理模塊還可以包含簡易的信息顯示和信息輸出裝置，通過簡易的LED燈陣列顯示簡單的字符，用多彩LED燈顯示不同的狀態(tài)，以及通過置入一個小型法發(fā)生裝置如喇叭。通過這些多功能的信息輸出，可以廣泛應(yīng)用于不同應(yīng)用的智能鞋，以滿足各類不同需求的人群。所述的無線通訊處理模塊是進行信息交互、指令傳輸?shù)臉屑~，所以要盡可能的確保無線通訊處理模塊的工作正常，同時要根據(jù)環(huán)境和使用者的要求來選擇合適的無線通訊方式，包括至少采用近距離無線通訊、或遠程無線通訊方式的一種，或者其組合應(yīng)用。所述近距離無線通訊是指通訊距離不超過100米的短距離低功耗通訊，具體包括至少有藍牙(BT)、或無線寬帶(WIFI)`、或無線射頻識別(RFID)通訊之中的一種。該近距離無線通訊具有連接便捷，功耗低，使用費用低廉或免費等優(yōu)勢，是優(yōu)選的無線通訊方案。所述遠程無線通訊方式是指距離在100米至全球范圍內(nèi)的通訊方式，具體包括至少有GSM、或GPRS、或3G、或4G通訊中之一種。該遠程無線通訊主要是利用全球各國運營商的全球通訊網(wǎng)絡(luò)進行遠程聯(lián)絡(luò)，因此具有通訊范圍廣、兼容性高、通訊保障能力強的特點，但也具有通訊資費偏高、功耗較大等弱點。因此，在本發(fā)明中也將所述遠程無線通訊方式作為次選或備選的通訊方式，也作為在緊急情況時的緊急聯(lián)絡(luò)通訊方式。本發(fā)明所涉及的智能鞋具有統(tǒng)一規(guī)劃而不重復(fù)的設(shè)備編號，以便于在信息交互的時候能夠進行唯一的識別和區(qū)分。該設(shè)備編號可以由生產(chǎn)廠家編寫，也可以采用國際通用且唯一存在的頂EI (國際移動裝備身份辨識)號。用戶使用本發(fā)明的遠程無線通訊功能時，還需要向遠程無線通訊運營商申請或購買唯一的業(yè)務(wù)識別號碼卡，也就是手機卡。智能鞋的信息數(shù)據(jù)通過遠程無線通訊模塊上傳到上位機的時候，會產(chǎn)生數(shù)據(jù)流量，運營商將通過實際產(chǎn)生的流量來計算通訊費用。本發(fā)明所涉及的智能鞋還支持將所述手機卡通過無卡寫號方式將運營商數(shù)據(jù)寫入到無線通訊模塊內(nèi)部，從而節(jié)省了手機卡所占的空間。
本發(fā)明所涉及的智能鞋系統(tǒng)還包括上位機部分。該上位機是指至少包含個人電腦、或個人智能移動終端、或網(wǎng)站服務(wù)器之一的，與智能鞋聯(lián)網(wǎng)的一種軟硬件設(shè)備。數(shù)據(jù)信息上傳步驟:所述的智能信息處理模塊將數(shù)據(jù)信息處理好后，傳送到無線通訊處理模塊，無線通訊處理模塊通過最優(yōu)的通訊方式將數(shù)據(jù)信息上傳給上位機，上位機接收并存檔數(shù)據(jù)信息。如果無線通訊處理模塊無法與上位機建立通訊連接，則緩存數(shù)據(jù)信息，以便在下次建立通訊連接時繼續(xù)傳輸。指令信息下發(fā)步驟:上位機根據(jù)用戶需求準備好要下發(fā)的指令信息，上位機選擇最優(yōu)的無線通訊傳輸方式將指令信息下發(fā)給所述無線通訊處理模塊，無線通訊處理模塊接收緩存指令信息，并傳送到智能信息處理模塊。如果上位機無法與無線通訊處理模塊建立通訊連接，則緩存指令和數(shù)據(jù)信息，以備再次使用，并同時發(fā)出連接無效預(yù)警。所述的智能鞋實現(xiàn)方法，包括利用一個智能信息處理模塊實現(xiàn)各種信息的收集、分析、計算和處理，同時利用一個無線通訊處理模塊來實現(xiàn)近距離或遠程的信息感知和智能化管理。所述智能信息處理模塊，是通過多種運動傳感器來獲得不同的運動信息，包括加速度計、陀螺儀、方向傳感器等，通過這些傳感器分別獲得智能鞋的運動瞬時加速度、角速度、方向、傾角，并通過積分計算，得出智能鞋使用者的運動特征，從而判斷出智能鞋使用者的運動狀態(tài)、步伐數(shù)量、運動量等信息。進一步的可以估算出智能鞋使用者的卡路里能量消耗狀況、健康狀況等。所述智能信息處理模塊，進一步的，還包括利用環(huán)境傳感器獲得更多的使用者環(huán)境信息，包括利用溫度傳感器了解環(huán)境溫度；利用濕度傳感器了解空氣濕度；利用氣壓傳感器了解使用者所在位置的氣壓狀況和海拔高度；利用光照度傳感器了解環(huán)境的光照度。通過環(huán)境傳感器可以詳盡的了解智能鞋使用者所處環(huán)境條件，還可以據(jù)此推算出所處位置范圍，更可以據(jù)此提醒智能鞋使用者所需要注意的事項，比如紫外線強度過高可以提醒皮膚防曬，濕度太低可以提醒皮膚保濕等功能。
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所述智能信息處理模塊，在某些應(yīng)用中，還包括位置定位信息處理。通過位置定位信息，可以準確的了解智能鞋使用者所在位置、行動軌跡。也便于智能鞋使用者記錄、回放、分享個人的行動位置和行動路線。在智能鞋使用者遇險或其它緊急時刻，也便于隊友、或監(jiān)護人、或救援機構(gòu)等實施對其實施快捷和準確的救援。還可以用于迷路者、或有智障問題的老人在無法辨識方向和路徑時，用定位系統(tǒng)對其進行行動引導(dǎo)或?qū)Ш?。所述位置定位方法至少包含全球衛(wèi)星定位、或無線通訊系統(tǒng)定位、或慣性導(dǎo)航定位中的一種。所述全球衛(wèi)星定位包括至少有GPS (全球定位系統(tǒng))、或北斗衛(wèi)星定位、或伽利略衛(wèi)星定位、或格洛納斯衛(wèi)星定位等方法中的一種。通過衛(wèi)星定位的方法在室外環(huán)境下可以達到10米以內(nèi)的精度，但在室內(nèi)環(huán)境中效果較差，所要需要輔以其它定位方法。所述無線通訊系統(tǒng)定位至少包括移動通訊基站定位、無線寬帶基站定位中的一種。是通過分析無線通信處理模塊的通訊聯(lián)絡(luò)基站的位置，對所在位置進行估算的方法。因此基站密集的地方，位置越準確，在荒野中基站定位經(jīng)常偏差很大，定位精度在30米至500米之間。所述慣性導(dǎo)航定位也是一種成熟的實踐很久的定位方法，通過對運動傳感器進行深入的分析，可以獲得運動的細微信息，再對這些細微的運動信息進行積分運算，可以推導(dǎo)出智能鞋使用者的行動方向和行動距離。非常適合在沒有衛(wèi)星定位或無線通訊系統(tǒng)定位的封閉室內(nèi)、荒野、無人的海面等惡劣環(huán)境。所述的位置定位方法進一步還包括對多種定位方式的選擇方法和步驟。作為優(yōu)選的方案:第一步驟，首先獲取衛(wèi)星定位的信息，如果有效則作為最終位置數(shù)據(jù)。第二步驟，如第一步驟無效，則通過無線通訊系統(tǒng)定位方式獲得位置信息，如果有效則作為最終位置數(shù)據(jù)。第三步驟，如第二步驟無效，則通過慣性導(dǎo)航定位來獲得位置信息。所述無線通訊處理模塊是用微型化的、穩(wěn)定便捷的通訊方式實現(xiàn)智能鞋與外界進行信息溝通和智能管理的信息中轉(zhuǎn)樞紐。根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同、或客戶需求的不同，無線通訊方式至少包括近距離無線通訊方式、或遠程無線通訊方式之中的一種。所述近距離無線通訊方式是利用近距離、低功耗、低成本的無線通訊技術(shù)，實現(xiàn)100米范圍內(nèi)的無線通訊。至少包括藍牙傳輸方式、無線寬帶(WIFI)通訊方式、無線射頻識另Ij (RFID)通訊方式之中的一種。近距離通訊方式的好處是容易建立通訊連接，沒有通訊費用或通訊費用低廉。所述遠程無線通訊方式是指利用通訊運營商的全球通訊網(wǎng)絡(luò)進行全球覆蓋的無線通訊，可以實現(xiàn)100米以上，直至全球范圍的遠程、超遠程無線通訊。至少包括有GSM、GPRS、3G、4G通訊中的一種。這種遠程通訊方式的特點是實時進行全球覆蓋的通訊連接，可在遠程實時了解、管理智能鞋及智能鞋使用者狀況，缺點是需要一定的數(shù)據(jù)流流量費用。所述鞋類物與智能化模塊連接方法，是指通過將智能化模塊進行微型化設(shè)計，并與現(xiàn)有的鞋類物進行方便可靠的連接方法。通過良好的連接，可減少鞋類物和智能化模塊的損傷，提聞生廣和使用 效率。所述智能化模塊不能簡易放置、粘貼、插入在鞋子或鞋類物的外部或外表淺層，這樣極易長期濺水和受外力損害，更容易脫落丟失。通過特別設(shè)計并植入到鞋子內(nèi)部，與鞋子或鞋類物本身緊密結(jié)合成一體，才能稱之為真正意義上的智能鞋。智能化模塊需要用絕緣密封的軟膠封裝起來，這樣在即使鞋子浸水后，智能化模塊仍不容易損壞。智能化模塊屬于電子系統(tǒng)，需要由外部供電才能持續(xù)工作，而通過外部電池供電不符合在室外等復(fù)雜環(huán)境中的行動，因此在鞋類物種置入一個合適的微型供電裝置是必要的?？赏ㄟ^內(nèi)置的微型電池進行供電，也可以采用壓力發(fā)電、動能發(fā)電、太陽能電池供電中的任一方式進行自主發(fā)電。供電模塊也同樣的需要考慮好密封絕緣問題，以防止在浸水時損壞?？紤]到鞋子的各種造型不同，以及使用者的行動方便，本發(fā)明的還特別研究了鞋子或鞋類物適合放置智能化模塊的位置。這樣就能做到既確保智能化模塊安裝的安全可靠，又盡可能少的減少對鞋子或鞋類物本身功能、外觀、結(jié)構(gòu)的破壞，還能保持鞋子或鞋類物的舒適性?？紤]到智能鞋使用環(huán)境的惡劣，智能化模塊內(nèi)置的無線通訊天線可能不能滿足使用者的要求，因此有必要采用智能化模塊外置天線，以增強信號強度和提升無線通訊距離。依據(jù)應(yīng)用要求的不同和成本的考慮。內(nèi)置的無線通訊天線可以用高介電常數(shù)的陶瓷構(gòu)成，其特點是高性能，但價格高。也可以采用占用體積最小的柔性線路構(gòu)成，其特點是幾乎不占用空間，材料超薄，價格低廉。
智能化模塊在鞋子或鞋類物中的位置，作為最優(yōu)的方案，是包括鞋底足弓部，或鞋底足底部，或鞋后根部，或鞋后幫部之任一合適的地方。具體選擇視鞋子種類和應(yīng)用環(huán)境可以靈活調(diào)整，包括高跟涼鞋優(yōu)選鞋跟部，運動鞋優(yōu)選鞋底足弓部或鞋底足底部，大頭皮鞋優(yōu)選鞋面前片等。


圖1是本發(fā)明的智能鞋系統(tǒng)原理框架示意圖。圖2是本發(fā)明智能鞋中的智能化模塊實施原理框圖。圖3、圖4是本發(fā)明智能鞋與智能化模塊連接組合、取出的應(yīng)用實例。圖5、圖6是本發(fā)明涉及的智能鞋與智能化模塊另兩種可實施的連接組合實例。
具體實施例方式發(fā)明具有多種實施例來實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本公示的實施例是為了驗證說明本發(fā)明的可行性和舉例論證，而不能被認為是依照本公示的實施例來限制本發(fā)明的范圍。能鞋系統(tǒng)的基本框架。圖1所示的智能鞋系統(tǒng)基本框架示意圖，也作為本實施例的系統(tǒng)組成和模塊部件的基本原型圖。從圖1可以看出，智能鞋100內(nèi)部的核心智能化模塊組成有智能模塊101、供電模塊102、無線通訊天線103，還包括這幾個部件的連接，一起組成了最基本的智能鞋終端部分。能化模塊通過無線通訊天線103 發(fā)射、接收外部自由空間的電磁波，電磁波通過空氣介質(zhì)的傳輸，連接到遠處另一端的上位機部分104。上位機104可以是能接收無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的個人行動電腦、個人智能終端等。在示意圖中未標明的，還可以包括利用移動電信運營商中轉(zhuǎn)成有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的服務(wù)器、工作站。圖1的實例中，可以通過上位機104對智能鞋進行遠程智能管理的管理員105。管理員105可以是智能鞋使用者自己，也可以委托給遠程服務(wù)中心的專職管理員。在某些情況下，管理員可以在上位機內(nèi)部預(yù)設(shè)好智能管理的條件和具體操作。比如，在上位機判斷出與近距離無線通訊模塊201突然失去聯(lián)系時，則自動切換到遠程無線通訊方式聯(lián)系智能鞋的遠程無線通訊模塊202。能鞋系統(tǒng)的通訊和信息流動是雙向的。智能模塊101獲得智能鞋的數(shù)據(jù)信息，通過無線方式上傳給上位機104，并且可同時進行的，上位機104也能下發(fā)指令信息及其它數(shù)據(jù)信息到智能模塊101。圖1也可以看出，本實例提供一個給智能模塊進行供電的外置供電模塊102，這個外置供電模塊102優(yōu)選的方式是利用可重復(fù)充電電池，以實現(xiàn)長時間的持續(xù)使用和降低一次性電池的更換成本。如果是應(yīng)用在荒漠或野外作業(yè)等惡劣環(huán)境，沒有外部電源，而動能或太陽能豐富，則可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)，用可微型自主發(fā)電裝置代替本實例的電池即可滿足要求。圖2較詳細的描述了核心智能模塊101的主要部件及組成，包括無線通訊處理模塊200，以及智能信息處理模塊300。無線通訊處理模塊200負責智能模塊與上位機104的隨時信息交流，需要及時準備或?qū)崟r保持通訊聯(lián)絡(luò)。而智能信息處理模塊300則是負責進行信息獲取、分析、運算的信息中心，為了確保信息收集、記錄的完整性，需要用較高優(yōu)先級來保證信息處理的工作效率。通過兩大主要功能模塊的分別設(shè)計，確保了信息處理部分的工作和通訊部分的工作可同時進行而又不至于相互干擾。線通訊方式的應(yīng)用實例。從圖2可以看出，無線通訊處理模塊200主要包含近距離無線通訊單元201和遠程無線通訊單元202。本發(fā)明設(shè)計近距離無線通訊單元201是為了在通常的使用情況下，由智能鞋使用者自己完成對智能鞋信息的管理，也就是說在通常情況下，智能鞋100與本發(fā)明系統(tǒng)設(shè)計中管理者105是一體的，或者是在很接近的距離，這時候使用近距離無線通訊則很好的解決了使用費用、功耗的問題。智能鞋100與管理者105為一體的情況是:使用者(管理者105)自己正在穿著智能鞋100，并用移動智能終端如平板電腦或智能手機對自己的智能鞋進行無線操作管理。此時智能鞋100上的無線通訊處理模塊200與使用者攜帶的移動智能終端(本系統(tǒng)的上位機104)，相距一般在3米以內(nèi)。智能鞋100與管理者105不在一起而又距離很近的情況是:智能鞋的實際使用者為行動隊友/隊長、或被監(jiān)護人如小孩、老人等，管理者為用戶本人，使用情況可能是一起訓(xùn)練、逛街、打球、爬山等協(xié)同行動。此時智能鞋100上的無線通訊處理模塊200與本系統(tǒng)的上位機104，一般相距在100米范圍以內(nèi)。此兩類情況都是優(yōu)選的利用近距離無線通訊方式實現(xiàn)信息共享和聯(lián)絡(luò)。在現(xiàn)實應(yīng)用中，智能終端的近距離通訊方式已經(jīng)廣為接受。比如藍牙通訊、WIFI(無線寬帶)通訊、RFID (無線射頻識別)通訊都已基本在智能終端上配備并同時存在。因此，本發(fā)明也支持多種近距離通訊方式的并存和選擇。但在本實施例中，近距離的無線通訊方式優(yōu)選的是藍牙方式通訊，其次才是WIFI通訊。藍牙通訊方式相比WIFI通訊，具有功耗更低，近距離通訊更穩(wěn)定的特點。在多數(shù)的移 動應(yīng)用中，智能鞋100的活動范圍很大，這時遠程無線通訊是必要的手段。在本實施例的戶外運動如爬山等應(yīng)用中，近距離無線通信單元201會因為與上位機104距離太遠而暫時失效或關(guān)閉，智能鞋使用者100通過遠程無線通信單元202將戶外活動的運動信息、環(huán)境狀態(tài)信息、地理位置信息等發(fā)送給系統(tǒng)中的上位機104，上位機104將信息記錄下來后，可以隨時由智能鞋使用者100調(diào)用出來或與朋友分享、或分析運動效果等。在緊急情況時，還可以由擁有權(quán)限的緊急救助人員調(diào)用智能鞋100的信息以備隨時實施快捷準確的救援。在兒童和某些需要受到監(jiān)護的人群應(yīng)用中，遠程無線通訊的好處更加明顯。在本實施例的一種監(jiān)護應(yīng)用中，智能鞋使用者100是被監(jiān)護人，而上位機104則置于實際監(jiān)護人旁邊。在智能鞋使用者100外出行動時，被監(jiān)護人與監(jiān)護人實際距離已經(jīng)遠遠超過100米范圍，近距離無線通訊已經(jīng)失效，此時監(jiān)護人將開啟/自動開啟一種遠程跟隨監(jiān)控模式，被監(jiān)護人及智能鞋100的運動狀態(tài)、所在位置、環(huán)境信息將通過遠程無線通訊單元202傳送到監(jiān)護人的上位機104之上。在被監(jiān)護人出現(xiàn)異常和危險狀況，比如行動到河水、水庫等危險區(qū)域，或超出被監(jiān)護人正常的活動范圍、或被監(jiān)護人發(fā)生突然跌落等，智能鞋100將可以根據(jù)運動信息處理的預(yù)設(shè)條件對上位機104進行預(yù)警或報警，從而讓監(jiān)護人能及時了解潛在危險或已經(jīng)出現(xiàn)的危險，提前或及時采取緊急措施，確保被監(jiān)護人的安全。在遠程無線通訊單元202的實際應(yīng)用中，還需要考慮多種通訊方式和標準的差異?，F(xiàn)有主要可以選擇的方式有GSM通訊、GPRS通訊、3G通訊、4G通訊，而3G通訊和4G通訊是進行大量數(shù)據(jù)傳輸時的新興通訊方式，但目前有通訊標準繁多、通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋不完善、通訊資費較高等缺點，暫時不被本發(fā)明實施例選用。智能鞋100在實際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)量較小，采用GSM通訊和GPRS通訊目前已經(jīng)足夠，而且GSM通訊和GPRS通訊在全球范圍內(nèi)通用、通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍最廣，通訊資費最為便宜，因此在本發(fā)明實施例中被優(yōu)選為遠程無線通訊方式。但3G通訊和4G通訊會逐漸普及和降低資費，因此并不能排除在以后被作為優(yōu)選方案的替代。智能信息處理模塊300的應(yīng)用實例。智能鞋100的應(yīng)用基礎(chǔ)就是對多種信息的智能化處理，通過多種微型化傳感器的綜合應(yīng)用，以及一些特定模擬計算，實現(xiàn)對運動信息、環(huán)境信息、位置信息的獲取、分析、處理，從而實現(xiàn)智能鞋100的智能化應(yīng)用功能。如圖2所描述的智能信息處理模塊300主要包括的幾個功能單元包括環(huán)境信息處理單元301、運動信息處理單元302、位置信息處理單元303，這幾個功能單元可以獨立工作，也可以一起協(xié)同工作。智能鞋100最基礎(chǔ)的信息就是運動信息，通過對運動信息處理單元302的運動信息獲取和分析，我們可以知道智能鞋使用者是處于何種運動狀態(tài)，運動量和運動效果如何。在本發(fā)明的實施例中，采用了包括3軸重力加速度傳感器、3軸電子陀螺儀、3軸磁力傳感器來進行運動信息獲取。在本應(yīng)用實例中，3軸重力加速度傳感器是用來獲取智能鞋100瞬間運動加速度，通過對加速度的積分運算即可知道智能鞋100的運動量大小，還可以通過分析一定時間內(nèi)的加速度分布曲線，找到各 種運動特征，從而判斷智能鞋使用者在從事何種運動。比如，發(fā)現(xiàn)在任一軸向的加速度傳感器比較規(guī)律的出現(xiàn)0.5秒IG以上正向重力加速度，接著出現(xiàn)0.5秒的IG以上負重力加速度，并交替出現(xiàn)3次，則可以判斷出智能鞋100的使用者正在進行慢跑運動；如果上述運動的交替時間間隔為I秒，則可判斷為散步活動；如果交替出現(xiàn)時間為0.3秒，則可判斷為快速跑動狀態(tài)。以上判斷條件，僅作為一種通常應(yīng)用情況，在大部分應(yīng)用中，還需要考慮智能鞋使用者的年齡、以及身體狀況單獨設(shè)計條件判斷的模型，比如在老年人看護應(yīng)用中，2秒時間的正/負重力加速度交替可能應(yīng)該被判斷為正常步行，而I秒時間的正/負重力加速度交替則應(yīng)該判斷為小跑。所以，在不違背本發(fā)明方法的情況下，應(yīng)該在實際應(yīng)用中將此類條件設(shè)置方式進行變化調(diào)整，以符合實際應(yīng)用情況。3軸電子陀螺儀和3軸磁力傳感器在本實施例中用來進行運動角度變化和方向變化的測算，其中角度變化在某些運動狀態(tài)評估中還可以作為加速度計算的輔助。更進一步的，還可以利用運動信息處理單元302進行慣性導(dǎo)航定位的估算。隨著對安全方面的考慮增加，以及分享地理位置信息的愿望增加，因此在本發(fā)明的智能信息處理模塊300中，包含了位置信息處理單元303。在本發(fā)明的應(yīng)用實例中，位置信息處理單元303可以綜合多種位置信息，包括衛(wèi)星地理位置信息、無線通訊基站估算位置信息、慣性導(dǎo)航模擬位置信息，從而實現(xiàn)智能鞋100的地理位置信息的智能化處理。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是在戶外條件下最準確的地理位置信息定位方式，現(xiàn)有成熟可用的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，也可以采用歐洲標準的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和俄羅斯標準的格洛納斯。民用級別的GPS和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)目前已經(jīng)可以達到10米精度的位置定位，而且成本已經(jīng)很低廉，因此非常適合作為本發(fā)明的優(yōu)選位置定位方式。但是在地下室內(nèi)環(huán)境中，可視衛(wèi)星信號受到屏蔽，衛(wèi)星導(dǎo)航會失效，此時需要用無線通訊基站定位的方式進行彌補。無線通訊基站定位的方法是，利用無線通訊模塊201本身獲取到的最近3個基站信號強度進行分析而得出的估算位置，因為無線通訊基站的地理位置信息確定，因此無線通訊運營商可以提供這種在室外、室內(nèi)環(huán)境通用的粗略位置定位。但估算的位置精度跟無線通訊基站的密度相關(guān)性，在密度大的城市環(huán)境中，位置定位精度為30米，而在密度很低的荒野，定位精度可能會是500米，因此，只能作為衛(wèi)星通訊方式的補充。還有一種慣性定位方式，是指通過運動傳感器實現(xiàn)運動方向和運動距離的估算，在知道起始位置的情況下，無需經(jīng)過外部信息輔助即可自主完成運動終點的估算。在本發(fā)明的實施例中，位置信息處理單元303同時采用了上述三種位置定位方式，以便在任何必要的時候完成精確或粗略的位置定位。在特定的應(yīng)用中，環(huán)境信息會變得很重要，比如在野外活動、爬雪山、涉水、探險等相關(guān)的陌生或危險的環(huán)境下，對行動者的周邊環(huán)境信息了解有助于鞋類使用者提前知曉危險并得到預(yù)警，也便于在行動后對行動過程中的環(huán)境狀況做進一步分析。因此，在本發(fā)明的實施例中，使用了環(huán)境 信息處理單元301來處理此類環(huán)境狀態(tài)信息。包括利用氣壓傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器收集智能鞋100的周邊環(huán)境信息，以提升智能鞋100的應(yīng)用范圍和智能化能力。在通常情況下，微型化的環(huán)境傳感器集成于智能模塊內(nèi)部，與環(huán)境信息處理單元301為一體，通過保留通氣孔或其它方式與智能鞋100的周邊空氣環(huán)境相通，以此減少成本和簡化連接程序。但也不排除在特定的應(yīng)用場景，對于環(huán)境信息的準確度要求比較敏感，必須排除智能鞋100及使用者本身對環(huán)境傳感器工作的干擾影響，需要將環(huán)境傳感器置于智能鞋100的外部或表面，則應(yīng)該在智能信息處理模塊300處預(yù)留與環(huán)境傳感器連接的接□。智能信息處理模塊300實時監(jiān)測環(huán)境信息處理單元301、運動信息處理單元302、位置信息處理單元303的信息，并根據(jù)自身的需要，或者上位機104的指令需要，將多種信息綜合處理后，定時、或間斷連續(xù)發(fā)送給無線通訊處理模塊200，最終將信息送達上位機104處，完成一次智能鞋100的智能信息處理和無線通訊處理及數(shù)據(jù)信息上報的過程。在特定的應(yīng)用中，在本發(fā)明的應(yīng)用精神內(nèi)，智能信息處理模塊300還可以根據(jù)需要實現(xiàn)智能信息的顯示、聲音提醒等。比如，在能量不足、或環(huán)境危險情形時，可以用不同顏色警示燈或聲音對智能鞋100的使用者進行提醒。智能鞋100的連接實例。在圖3、圖4中，是一個智能鞋100的實施例連接圖?？梢钥吹剑悄芑K101，以及外置供電裝置102，外置無線通訊天線103在智能鞋100中的優(yōu)選放置位置，以及連接關(guān)系。微型化的智能化模塊101被放置在智能鞋100的鞋底足弓部，通過減小模塊尺寸，可以讓智能化模塊101減少對鞋子空間的大量需求，從而擴大了鞋類應(yīng)用的范圍，包括平底鞋、拖鞋、高跟鞋都可以置入本發(fā)明所涉及的微型化智能模塊101，而不會對鞋子本身的制造產(chǎn)生很大困難，也不會對鞋類物使用者造成明顯不舒適的穿著感受。而將101置于鞋類物的足弓部111所在位置，則可以最大程度減少鞋類物使用者減少對101模塊的沖擊損傷。足弓部111在使用者行動過程中，是受擠壓力最小的地方，因此作為本發(fā)明的優(yōu)選放置位置。微型化的天線103則根據(jù)實際使用需求，如采用柔性線路天線，占用微小的空間，則放置于智能鞋100的鞋底任何位置，也可以置于具有較好通訊效果的鞋面位置110。而微型化的供電裝置102 —般置于鞋底足跟部112，可便于通過收集壓力發(fā)電，也有足夠空間可以放置供電電池，供電裝置102能夠承受較高壓力，因此置于智能鞋100的鞋底足跟部112是本發(fā)明的優(yōu)選方案。其中，圖4特別演示了智能化模塊101、及102從置入位置取出的實施方式。通過將鞋墊114揭開，然后取出鞋底密封塑膠蓋115部分，即可直接取出智能化模塊101，及供電模塊102。因通訊天線屬于非主動元件，不存在元件失效或極少會被損壞，因此不考慮將其拆卸以減少鞋類物的制造程序。同時要考慮對智能模塊101的防水性能，可通過外部包裹一層密封的軟膠套作為初步密封防水。通過對智能鞋100內(nèi)置模塊101、102的取出、更換、置入設(shè)計，可以減少因電子模塊本身生命周期和元件固有缺陷引起的智能鞋100整體失效，提高鞋類物的生命周期，降低用戶使用成本。圖5描述了另一種智能化模塊101的放置實例。在類似運動鞋、登山鞋等空間較大和鞋底硬度較大的大鞋類物中，可以將智能化模塊101，供電裝置102 —起放置在智能鞋100的鞋底足跟部112，以減少對鞋類物的制造程序，降低成本。

圖6同樣描述了另一種智能化模塊101的放置實例。在一些特殊鞋類物的設(shè)計中，比如溜冰鞋、滑雪鞋等應(yīng)用中，鞋底放置智能化模塊101可能會很不方便，這時可以通過在鞋后幫部113位置增加一些厚度，將模塊101和天線103置入其內(nèi)，可以減少對鞋底改造的復(fù)雜程度，降低成本。智能鞋100的其它放置連接方式應(yīng)依據(jù)實際應(yīng)用和方便來定，本發(fā)明實例不作贅述。本發(fā)明的智能鞋系統(tǒng)具有很好創(chuàng)新性，也具有實際應(yīng)用的意義，通過微型化和智能化的設(shè)計，使得普通鞋類物實現(xiàn)功能性和實用性的提升，也為鞋類物使用者提供了更多
穿著孕受和體驗。
權(quán)利要求
1.一種智能鞋系統(tǒng)，通過嵌入式的智能化模塊實現(xiàn)鞋類物的功能提升和體驗提升，其主要特征是: (a)一個內(nèi)置的智能信息處理模塊，實現(xiàn)鞋類物的基礎(chǔ)信息處理； (b)一個內(nèi)置的無線通訊模塊，實現(xiàn)鞋類物與上位機的信息互聯(lián)互通，從而實現(xiàn)鞋類物的智能化管理。
2.如權(quán)利要求1所述的 智能鞋系統(tǒng)，其特征在于:所述內(nèi)置模塊可以在鞋類物生產(chǎn)時置入，或者在用戶使用時根據(jù)需要取出、或更換、或置入。
3.如權(quán)利要求2所述的智能鞋系統(tǒng)，進一步的，所述內(nèi)置模塊在置入，或取出后，鞋類物本身的功能不受限制，或破壞。
4.如權(quán)利要求1所述的智能鞋系統(tǒng)，其特征在于:至少包含一個預(yù)先植入的微型電池，或者是一個預(yù)先植入的微型發(fā)電裝置來維持所述智能化模塊進行一定時間的工作。
5.如權(quán)利要求4所述的智能鞋系統(tǒng)，該微型發(fā)電裝置可以是壓力發(fā)電裝置，或太陽能發(fā)電裝置，或燃料發(fā)電裝置之一。
6.如權(quán)利要求1所述的智能鞋系統(tǒng)，該內(nèi)置的智能化信息處理模塊包括運動信息處理模塊，實現(xiàn)步數(shù)計算和運動距離計算。
7.如權(quán)利要求6所述的智能鞋系統(tǒng)，該運動信息處理模塊進一步還包括鞋類物使用者的能量消耗計算、步態(tài)計算。
8.如權(quán)利要求6所述的智能鞋系統(tǒng)，該運動信息處理模塊進一步還包括鞋類物使用者健康狀況評估。
9.如權(quán)利要求1所述的智能鞋系統(tǒng)，該內(nèi)置的智能化信息處理模塊進一步還包括位置信息處理模塊，通過位置信息處理模塊，實現(xiàn)鞋類物使用者的定位導(dǎo)航。
10.如權(quán)利要求9所述的智能鞋系統(tǒng)，該位置信息處理模塊包含精確定位的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。
11.如權(quán)利要求9所述的智能鞋系統(tǒng)，該位置信息處理模塊進一步還包含慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，在衛(wèi)星定位系統(tǒng)失效或關(guān)閉后，能夠進行慣性定位和導(dǎo)航。
12.如權(quán)利要求9所述的智能鞋系統(tǒng)，該位置信息處理模塊進一步還包含無線通訊定位系統(tǒng)，在沒有衛(wèi)星定位系統(tǒng)時，能夠進行粗略位置定位。
13.如權(quán)利要求1所述的智能鞋系統(tǒng)，該內(nèi)置的智能化信息處理模塊進一步還包括環(huán)境感應(yīng)傳感器，可以測算鞋類物的環(huán)境溫度、或濕度、或氣壓、或光照度。
14.如權(quán)利要求1所述的智能鞋系統(tǒng)，進一步的，可包含簡易的顯示裝置，根據(jù)使用者的運動狀態(tài)不同、或健康狀態(tài)不同，顯示不同的狀態(tài)。
15.如權(quán)利要求1所述的智能鞋系統(tǒng)，進一步的，可包含簡易的發(fā)聲裝置，根據(jù)使用者的運動狀態(tài)不同、或健康狀態(tài)不同，或使用者的預(yù)設(shè)要求，發(fā)出不同的聲音或音樂。
16.如權(quán)利要求1所述的智能鞋系統(tǒng)，該無線通訊模塊至少包括近距離無線通訊單元，或遠程無線通訊單元之一。
17.如權(quán)利要求16所述的智能鞋系統(tǒng)，該近距離無線通訊單元可以是藍牙、或無線寬帶、或無線射頻通訊之一，其特征是無線通訊距離不超過100米范圍。
18.如權(quán)利要求17所述的智能鞋系統(tǒng)，進一步的，該無線通訊單元通過預(yù)設(shè)的識別號和密碼，與上位機建立通訊連接，并與上位機進行信息交互，實現(xiàn)智能鞋系統(tǒng)的無線智能管理。
19.如權(quán)利要求16所述的智能鞋系統(tǒng)，該遠程無線通訊單元可以是GSM、或GPRS、或3G、或4G通訊模塊之一，其特征是可以在超過100米范圍，直至全球范圍內(nèi)，與上位機實現(xiàn)遠程通訊和管理。
20.如權(quán)利要求19所述的智能鞋系統(tǒng)，進一步的，該遠程無線通訊單元通過通訊網(wǎng)絡(luò)運營商與上位機建立通訊連接，并與上位機進行信息交互，實現(xiàn)智能鞋系統(tǒng)的遠程、超遠程無線智能管理。
21.如權(quán)利要求20所述的智能鞋系統(tǒng)，其特征是，通訊網(wǎng)絡(luò)運營商可以為智能鞋使用者提供一個識別號以區(qū)分其它智能鞋使用者。
22.如權(quán)利要求20所述的智能鞋系統(tǒng)，其進一步特征是，通訊網(wǎng)絡(luò)運營商提供的識別號可以是SIM卡，或者是將該識別號寫入至無線通訊模塊內(nèi)部。
23.如權(quán)利要求1所述的智能鞋系統(tǒng)，其上位機至少包含個人電腦、或個人智能移動終端、或網(wǎng)站服務(wù)器之一。
24.一種智能鞋實現(xiàn)方法，通過在鞋類物置入智能化模塊，實現(xiàn)鞋類物的智能化功能提升，其特征是:(a)通過智能信息處理模塊，實現(xiàn)鞋類物的信息獲取和智能處理； (b)通過無線通訊模塊，實現(xiàn)對鞋類物的信息互聯(lián)互通和智能管理。
25.如權(quán)利要求24所述的智能鞋實現(xiàn)方法，其特征是該智能信息處理模塊主要由:運動信息處理模塊完成運動信息獲?。煌ㄟ^位置信息處理模塊完成位置定位；通過環(huán)境信息處理模塊完成環(huán)境信息的獲取。
26.如權(quán)利要求25所述的智能鞋實現(xiàn)方法，通過該運動信息處理模塊獲得鞋類物使用者的運動狀態(tài)，包括:步態(tài)，步伐數(shù)量，運動量，并將該運動信息通過無線通訊模塊上傳給上位機。
27.如權(quán)利要求25所述的智能鞋實現(xiàn)方法，通過位置信息處理模塊來獲得鞋類物使用者的位置定位，其實現(xiàn)步驟如下: 步驟(I)，通過衛(wèi)星定位的方法獲取精確位置信息； 步驟(2)，將測算的位置信息通過無線通訊模塊并上傳給上位機。
28.如權(quán)利要求27所述的智能鞋實現(xiàn)方法，其特征在于步驟(I)還包括如果沒有衛(wèi)星定位模塊，或者衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)無效，則利用無線通訊系統(tǒng)中的多點基站定位方法獲得粗略位置信息。
29.如權(quán)利要求28所述的智能鞋實現(xiàn)方法，其特征在于步驟(I)還包括如果無線通訊系統(tǒng)獲得的定位數(shù)據(jù)無效，則利用慣性導(dǎo)航的位置測算方法，對鞋類物進行位置定位和運動軌跡的計算。
30.如權(quán)利要求24所述的智能鞋實現(xiàn)方法，采用無線通信方式實現(xiàn)智能鞋與上位機的信息互通和智能管理，減少有線通訊接口對鞋類物本身的結(jié)構(gòu)影響，實現(xiàn)遠距離的智能化管理。
31.如權(quán)利要求30所述的智能鞋實現(xiàn)方法，選用近距離無線通訊方式以減少功耗，其特征是通訊距離不超過100米范圍。
32.如權(quán)利要求31所述的智能鞋實現(xiàn)方法，所述近距離通訊方式不存在，或通訊無效，將自動選擇遠程通訊方式，其特征是選用地區(qū)或全球范圍內(nèi)有效的包括至少GSM、或GPRS、或3G、或4G通訊方式之一。
33.如權(quán)利要求32所述的智能鞋實現(xiàn)方法，如所述遠程通訊方式不存在，或通訊無效，則將數(shù)據(jù)信息進行本地存儲，以備再次具備通訊條件時上傳數(shù)據(jù)。
34.如權(quán)利要求24所述的智能鞋實現(xiàn)方法，進一步還可以增加環(huán)境傳感器，至少包括溫度傳感器、或濕度傳感器、或氣壓傳感器、或光照傳感器、或聲音感應(yīng)傳感器之一，以獲得鞋類物使用者所處環(huán)境狀況。
35.如權(quán)利要求24所述的智能鞋實現(xiàn)方法，進一步還可以增加顯示裝置，讓智能鞋根據(jù)運動狀態(tài)或環(huán)境狀況的變化而顯示其變化。
36.如權(quán)利要求24所述的智能鞋實現(xiàn)方法，進一步還可以增加發(fā)聲裝置，讓智能鞋根據(jù)運動狀態(tài)或環(huán)境狀況的變化而發(fā)出預(yù)設(shè)的不同聲音。
37.一種鞋類物與智能化模塊連接方法，其特征在于: (a)智能化模塊內(nèi)置于鞋類物的內(nèi)部，以防止脫落、濺水、外力損壞； (b)在鞋類物的內(nèi)部置入一個 微型供電模塊，使智能化模塊能夠持續(xù)一定時間的工作； (C)鞋類物內(nèi)部置入的模塊必須放置于不影響鞋子本身性能和舒適性的特定位置。
38.如權(quán)利要求37所述的鞋類物與智能化模塊的連接方法，其特征在于智能化模塊采用防水封裝，并在需要透氣的地方采用防水透氣膜密封。
39.如權(quán)利要求37所述的鞋類物與智能化模塊的連接方法，其特征在于智能化模塊可以在鞋類物生產(chǎn)時置入，或者由鞋類物使用者自行置入和更換。
40.如權(quán)利要求37所述的鞋類物與智能化模塊的連接方法，其特征在于智能化模塊需要與一個防水的微型供電模塊通過柔性線纜可靠連接起來。
41.如權(quán)利要求40所述的鞋類物與智能化模塊的連接方法，該微型供電模塊可以由微型電池代替。
42.如權(quán)利要求40所述的鞋類物與智能化模塊的連接方法，該微型供電模塊也可以通過收集壓力、或動能、或者光照之一的方式發(fā)電。
43.如權(quán)利要求37所述的鞋類物與智能化模塊的連接方法，其特征是包括在鞋類物內(nèi)部另外置入與智能化模塊相匹配的無線通訊天線。
44.如權(quán)利要求43所述的鞋類物與智能化模塊的連接方法，其特征是該無線通訊天線由微型化陶瓷天線/或超薄柔性線路天線組成。
45.如權(quán)利要求37所述的鞋類物與智能化模塊的連接方法，所述智能化模塊需要被置入到鞋類物受力和變形最小的最優(yōu)地方，包括鞋底足弓部，或鞋底足底部，或鞋根部，鞋后幫部，或鞋面前片之任一位置。
46.如權(quán)利要求37所述的鞋類物與智能化模塊的連接方法，其特征是智能化模塊采用一層柔性軟膠進行密封包裹以解決防水防震防壓問題。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種智能鞋系統(tǒng)，是通過智能模塊與普通鞋類物的結(jié)合，實現(xiàn)普通鞋子/鞋類物增加一些新的功能和智能化應(yīng)用，提升鞋子/鞋類物的使用體驗。特別的是通過對智能信息系統(tǒng)和無線通訊系統(tǒng)的實用化研究，解決了普通鞋類物無法實現(xiàn)遠程、近距離無線智能信息管理功能的主要問題。使用本發(fā)明的智能鞋系統(tǒng)，使用者可以遠程的、實時的了解智能鞋的工作狀態(tài)、工作環(huán)境、所處位置等信息，從而使得用戶可隨時分享位置、可實時監(jiān)控鞋子使用環(huán)境，或了解智能鞋使用人是否遇到危險等諸多智能化功能。本發(fā)明也提供了一套有效的智能鞋系統(tǒng)實現(xiàn)方法和連接應(yīng)用方法。
文檔編號H04B1/38GK103230120SQ20131016867
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月9日
發(fā)明者熊廷美 申請人:熊廷美