CN107048569B - 一种智能鞋、运动信息获取系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本专利申请为一种智能鞋、运动信息获取系统和方法。本专利申请涉及智能可穿戴设备领域，特别涉及一种智能鞋的信息获取技术和方法。一种智能鞋，所述智能鞋包括电源模块、控制模块、压力传感模块、探测信号发生模块、探测信号接收模块和通信模块，所述压力传感模块，用于感应所述智能鞋承受的压力；所述探测信号发生模块，用于发射探测信号；所述探测信号接收模块，用于接收所述探测信号；所述控制模块，用于根据所述压力传感模块的状态，控制所述探测信号发生模块和探测信号接收模块协同工作；所述通信模块，用于将所述智能鞋的各模块的参数或者状态发送出去；所述电源模块，用于给所述智能鞋的各模块提供工作电压。
Description
技术领域
本专利申请涉及智能可穿戴设备领域，特别涉及一种智能鞋的信息获取技术和方法。
背景技术
鞋子已经成为人们日常生活的必要装备之一，无论是爬山、散步、跑步等各种运动，都离不开一双合脚的、满足各种不同功能的鞋子。随着各种电子产品的大规模普及，以及微型化研究的快速发展，让电子产品置入普通鞋子或鞋类物成为可行的方案。通过鞋子的电子化和智能化，可以为鞋子提供许多实用的功能，为用户提供新体验。在现有技术中，智能鞋能提供诸如计步、健康监测等功能，但当用户在不同运动状态的过程中，对鞋子的舒适度要求不同，现有技术中的鞋子存在功能单一，不能满足用户舒适度需求的技术问题。
鞋类物品通常包括两个主要元件：鞋面和鞋底结构。鞋面常常由多种材料元件(如，织物、聚合物片层、泡沫层、皮革、合成皮革)形成，该多种材料元件被缝合或黏附地结合在一起，以在鞋类的内部上形成用于舒适且牢固地容纳足部的空腔。更特别地，鞋面形成在足部的脚背和脚趾区域上方、沿着足部的外侧面和内侧面、且围绕足部的鞋跟区域延伸的结构。鞋面还可包含鞋带系统，以调节鞋类的适配性，以及允许足部进入鞋面内的空腔和从鞋面内的空腔移开足部。
中国专利申请号为CN 201410646435.3，该发明提供一种基于压电材料的人体动能供电智能鞋。本发明的基于压电材料的人体动能供电智能鞋，包括鞋体，其特征是：所述的鞋体的底部嵌入压电发电单元，所述的压电发电单元通过稳压滤波器连接充电电池，所述的充电电池连接用电负载。本发明利用人体的生物动能，为可穿戴电子设备持续供电，实现无需外接充电的智能鞋类产品。同时将多种传感器嵌入到鞋子种，实现丰富的功能，包括但不限于：计步，测速，测距，卡路里消耗量，心率，血压，血糖，心电图，运动姿势监测，跳跃高度，跳跃距离，定位，路线跟踪，体感控制，游戏控制等。
中国专利申请号为CN201610170283.3，该发明公开是关于一种智能跑鞋及智能跑鞋充电的方法，其中，智能跑鞋，包括：发电模块、电能管理模块和智能模块；发电模块，用于在穿戴智能跑鞋的用户运动时，产生电能；电能管理模块，连接在发电模块和智能模块之间，用于存储电能，并使用电能为智能模块充电；智能模块，用于记录用户的信息，其中，信息包括以下至少一项信息：生理特征信息和地理位置信息。通过该技术方案，在智能跑鞋中设置发电模块、电能管理模块和智能模块，其中，发电模块可以在穿戴智能跑鞋的用户运动时产生电能，并通过电能管理模块为智能模块充电，即在用户运动过程中自动为智能模块充电，从而避免因智能模块电量耗尽而不能起到智能跑鞋的作用的问题发生，提升用户的使用体验。
随着智能手环和智能手表的普及，人们通过智能手环和智能手表行走的补数，心跳速率以及睡眠状况进行统计，并且可以将这些数据进行统计。但是市场上很少有一款可穿戴产品针对特定的运动数据进行记录。
发明内容
本技术方案是提供一种智能鞋，它由供电单元MCU、接收红外灯光的sensor、红外指示灯、以及WIFI模块以及压力传感器组成。这几个单元完成对运动员的弹跳数据的统计以及传输的功能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种智能鞋，所述智能鞋包括电源模块、控制模块、压力传感模块、探测信号发生模块、探测信号接收模块和通信模块，
所述压力传感模块，用于感应所述智能鞋承受的压力；
所述探测信号发生模块，用于发射探测信号；
所述探测信号接收模块，用于接收所述探测信号；
所述控制模块，用于根据所述压力传感模块的状态，控制所述探测信号发生模块和探测信号接收模块协同工作；
所述通信模块，用于将所述智能鞋的各模块的参数或者状态发送出去；
所述电源模块，用于给所述智能鞋的各模块提供工作电压。
进一步，所述的智能鞋，发出或者接收的所述探测信号为可见光、红外线或者超声波信号。所述红外线发生器为红外发光二极管。
进一步，所述的智能鞋，所述智能鞋包括存储器、时间模块、加速度计和陀螺仪，
所述加速度计，用于感应所述智能鞋的线性加速度；
所述陀螺仪，用于感应所述智能鞋的角速度；
时间模块，用于辅助接收所述智能鞋所确定感应的各种状态或者参数的时间信息；
所述存储器，用于存储所述智能鞋所感应的各种状态或者参数。
进一步，所述的智能鞋，所述通讯模块的通讯方式包括：蓝牙方式、wifi方式、lifi方式、端对端直接通信方式、2G、3G、4G或者5G移动通讯方式。
本发明还提供了基于智能鞋提供运动信息的获取系统：
一种基于所述的智能鞋的运动信息获取系统，所述智能鞋的运动信息获取系统包括网络设备和/或移动终端，
所述移动终端，用于与匹配验证后的所述智能鞋进行信息交互，查询所述智能鞋中各模块的信息；
所述网络设备，用于从所述智能鞋直接地或者从所述移动终端间接地，获取所述智能鞋中各模块的信息，用于分析所述智能鞋的使用者的运动数据，记录统计信息，给出建议或者意见,将建议或者意见发送至移动终端。
进一步，所述的智能鞋的运动信息获取系统，所述网络设备包括存储模块、通信模块和统计分析模块，
所述通信模块，用于与所述智能鞋和/或移动终端进行通信交互；
所述存储模块，用于存储所述智能鞋上报的各种状态信息或者运动数据；
所述统计分析模块，用于根据所述各种状态信息或者运动数据，输出统计结果，并给出运动意见、提醒或者建议。
进一步，所述的智能鞋的运动信息获取系统，所述移动终端为智能手机、PAD、PDA或者智能可穿戴设备等移动终端。
本发明还提供了还提供了一种基于智能鞋提供运动数据的运动信息获取方法：
一种基于所述智能鞋的运动信息获取方法，所述方法步骤包括：
S100：设定所述智能鞋的压力传感模块正常压力值为使用者的体重；
S200：当所述压力传感模块的所述压力值陡然增加至所述体重值的1.5～2倍，所述智能鞋的控制模块从待机模式转变为工作模式；
S300：当所述压力传感模块的所述压力值为0时，所述控制模块触发所述智能鞋的探测信号发生模块和探测信号接收模块协同工作；
S400：所述探测信号发生模块发射探测信号，所述探测信号接收模块接收经过地面反射的所述探测信号；
S500：当所述压力传感模块的所述压力值不为0时，所述控制模块停止所述探测信号发生模块和探测信号接收模块的工作。
进一步，所述的运动信息获取方法，所述S200步骤后包括如下步骤：
S210：所述加速度计感应所述智能鞋的线性加速度；
S220：所述陀螺仪感应所述智能鞋的角速度。
进一步，所述的运动信息获取方法，所述S500步骤后包括如下步骤：
S600：所述控制模块接收统计所述智能鞋从离开所述地面至返回所述地面过程中的所述智能鞋的线性加速度、角速度、离地时间和/或离地高度；
S610：所述控制模块从所述离地高度中筛选分析出最大值，以及所述最大值时对应的所述离地时间、线性加速度和角速度。
本发明至少具有以下有益效果之一：
1.本发明克服了原先的鞋子的无法获取运动员的运动信息的技术问题。
2.本发明赋予的智能鞋，可以通过感应使用者的滞留空中的时间，从中获取最高的离地距离，即使用者的弹跳高度。
3.本发明赋予的智能鞋不但能为使用者提供弹跳高度运动信息，而且能提供滞留空中的时间信息、运动中的脚部的加速度信息、旋转速度(角速度信息)。
4、本发明的智能鞋，智能化程度高、可靠性强、应用范围广，更可获取之前很难获取的运动信息数据，能提高使用者的运动能力，提升使用者的用户体验。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1为本发明第一实施例智能鞋模块示意图；
图2为本发明第一实施例流程示意图；
图3为本发明第二实施例系统结构示意图；
图4为本发明第三实施例智能鞋模块示意图；
图5为本发明第三实施例流程示意图。
附图标记说明
智能鞋——100、电源模块——110、存储器——120、控制模块——130、压力传感器——140、探测信号发生模块——150、探测信号接收模块——155、通信模块——160、加速度计——170、陀螺仪——180、时间模块——190、网络设备——200、移动终端——300。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下说明和附图对于本发明是示例性的，并且不应被理解为限制本发明。以下说明描述了众多具体细节以方便对本发明理解。然而，在某些实例中，熟知的或常规的细节并未说明，以满足说明书简洁的要求。
在本申请一个典型的计算硬件配置中，客户端/终端、网络设备和可信方均包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
本发明中的客户端、移动终端或网络设备包括处理器，含单核处理器或多核处理器。处理器也可称为一个或多个微处理器、中央处理单元(CPU)等等。更具体地，处理器可为复杂的指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、实现其他指令集的处理器，或实现指令集组合的处理器。处理器还可为一个或多个专用处理器，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器、图形处理器、网络处理器、通信处理器、密码处理器、协处理器、嵌入式处理器、或能够处理指令的任何其他类型的逻辑部件。处理器用于执行本发明所讨论的操作和步骤的指令。
本发明中的客户端、移动终端或网络设备包括存储器，用于存储大数据，可包括一个或多个易失性存储设备，如随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、静态RAM(SRAM)或其他类型的存储设备。存储器可存储包括由处理器或任何其他设备执行的指令序列的信息。例如，多种操作系统、设备驱动程序、固件(例如，输入输出基本系统或BIOS)和/或应用程序的可执行代码和/或数据可被加载在存储器中并且由处理器执行。
本发明中的客户端、移动终端或网络设备的操作系统可为任何类型的操作系统，例如微软公司的Windows、Windows Phone，苹果公司IOS，谷歌公司的Android，以及Linux、Unix操作系统或其他实时或嵌入式操作系统诸如VxWorks等。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下说明和附图对于本发明是示例性的，并且不应被理解为限制本发明。以下说明描述了众多具体细节以方便对本发明理解。然而，在某些实例中，熟知的或常规的细节并未说明，以满足说明书简洁的要求。本发明的设备/系统及方法参见下述实施例：
第一实施例
如图1为本发明第一实施例智能鞋模块示意图所示：
一种智能鞋100，所述智能鞋包括电源模块110、控制模块130、压力传感模块140、探测信号发生模块150、探测信号接收模块155和通信模块160，
所述压力传感模块140，用于感应所述智能鞋100承受的压力；
所述探测信号发生模块150，用于发射探测信号；
所述探测信号接收模块155，用于接收所述探测信号；
所述控制模块130，用于根据所述压力传感模块140的状态，控制所述探测信号发生模块150和探测信号接收模块155协同工作；
所述通信模块160，用于将所述智能鞋的各模块的参数或者状态发送出去；
所述电源模块120，用于给所述智能鞋的各模块提供工作电压。
优选地，所述的智能鞋，发出或者接收的所述探测信号为红外线或者超声波信号。所述红外线发生器为红外发光二极管。
优选地，所述的智能鞋，所述智能鞋包括存储器120、时间模块190、加速度计170和陀螺仪180，
所述加速度计170，用于感应所述智能鞋100的线性加速度；
所述陀螺仪180，用于感应所述智能鞋100的角速度；
时间模块190，用于辅助接收所述智能鞋所确定感应的各种状态或者参数的时间信息；
所述存储器120，用于存储所述智能鞋所感应的各种状态或者参数。
其中，使用者的弹跳高度信息的获取原理如下，当使用者跳起，在空中的最高处会短暂停留，此时光波行走的距离为鞋底到地面，再从地面到鞋底，那么所述使用者的弹跳高度为所述光波行走距离的一半。另外，光波行走的时间为从探测信号发生模块150发出开始，探测信号接收模块155接收为止的这段时间。所述加速度计170能提供使用者运动中的脚部的加速度信息；所述陀螺仪180提供使用者运动中的旋转速度(角速度信息)。
优选地，所述的智能鞋，所述通讯模块160的通讯方式包括：蓝牙方式、wifi方式、lifi方式、端对端直接通信方式、2G、3G、4G或者5G移动通讯方式。
本实施例还提供了一种基于智能鞋提供运动数据的运动信息获取方法，如图2为本发明第一实施例流程示意图所示：
一种基于所述智能鞋的运动信息获取方法，所述方法步骤包括：
S100：设定所述智能鞋的压力传感模块正常压力值为使用者的体重；
S200：当所述压力传感模块感应的所述压力值陡然增加至所述体重值的1.5～2倍，所述智能鞋的控制模块从待机模式转变为工作模式；
S300：当所述压力传感模块感应的所述压力值为0时，所述控制模块触发所述智能鞋的探测信号发生模块和探测信号接收模块协同工作；
S400：所述探测信号发生模块发射探测信号，所述探测信号接收模块接收经过地面反射的所述探测信号；
S500：当所述压力传感模块感应的所述压力值不为0时，所述控制模块停止所述探测信号发生模块和探测信号接收模块的工作。
优选地，所述的运动信息获取方法，所述S200步骤后包括如下步骤：
S210：所述加速度计感应所述智能鞋的线性加速度；
S220：所述陀螺仪感应所述智能鞋的角速度。
优选地，所述的运动信息获取方法，所述S500步骤后包括如下步骤：
S600：所述控制模块接收统计所述智能鞋从离开所述地面至返回所述地面过程中的所述智能鞋的线性加速度、角速度、离地时间和/或离地高度；
S610：所述控制模块从所述离地高度中筛选分析出最大值，以及所述最大值时对应的所述离地时间、线性加速度和角速度。
第二实施例
在实施例一的基础上，进一步优化的一种基于所述的智能鞋的运动信息获取系统，如图3为本发明第二实施例系统结构示意图所示，所述智能鞋的运动信息获取系统包括网络设备200和/或移动终端300，
所述移动终端300，用于与匹配验证后的所述智能鞋进行信息交互，查询所述智能鞋100中各模块的信息；
所述网络设备200，用于从所述智能鞋100直接地或者从所述移动终端300间接地，获取所述智能鞋100中各模块的信息，用于分析所述智能鞋100的使用者的运动数据，记录统计信息。
优选地，所述的智能鞋的运动信息获取系统，所述网络设备200包括存储模块、通信模块和统计分析模块，
所述通信模块，用于与所述智能鞋100和/或移动终端300进行通信交互；
所述存储模块，用于存储所述智能鞋100上报的各种状态信息或者运动数据；
所述统计分析模块，用于根据所述各种状态信息或者运动数据，输出统计结果，并给出运动意见、提醒或者建议。
优选地，所述的智能鞋的运动信息获取系统，所述移动终端300为智能手机、PAD、PDA或者智能可穿戴设备等移动终端。
在实施例一的基础上，进一步优化的一种基于所述的智能鞋的运动信息获取方法，所述方法步骤包括：
所述移动智能终端获取所述智能鞋上报的各种状态信息或者运动数据；
所述网络设备从所述智能鞋直接地或者从所述移动终端间接地，获取所述智能鞋中各模块的信息，用于分析所述智能鞋的使用者的运动数据，记录统计信息，给出建议或者意见，并将建议或者意见发送至移动终端。
第三实施例
现有市场上的智能鞋大多都是针对定位或者鞋的舒适度等方向进行研究和开发，很少有针对特定运动的数据进行。本发明的目的就是设计一款智能鞋可以记录运动员在打球时的弹跳高度，并且记录下来，方便运动员了解自己打球时的弹跳状态。
智能(篮球、足球等)鞋由供电单元MCU、接收红外灯光的sensor、红外指示灯、以及WIFI模块以及压力传感器组成。这几个单元完成对运动员的弹跳数据的统计以及传输的功能。智能(篮球、足球等)鞋统计运动员弹跳功能的原理图如图4为本发明第三实施例智能鞋模块示意图所示。
MCU是我们日常生活中所用的单片机(微控制单元Microcontroller Unit)简称MCU。它集成了内处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、计数器、以及I/O端口为一体的一块集成芯片。在此硬件电路基础上，将要处理的数据、计算方法、步骤、操作命令编制成程序，存放于MCU内部或外部存储器中，MCU在运行时能自动地、连续地从存储器中取出并执行。
比如篮球运动员在打篮球之前将篮球鞋开启运动模式，运动员在一次弹跳过程中，压力传感器140接收到鞋底压力的突然增大，此时MCU130向篮球鞋100底的红外指示灯150发出指令，向地面发出红外光，红外光到达地面发射，鞋底的接收红外灯光的传感器155接收到反射红外光，此时MCU130根据红外光的反射时间不断计算弹跳高度，最后将一次弹跳过程中的弹跳的最高值记录下。智能篮球鞋100通过WIFI模块160将这些弹跳数据传输到智能手表或者手环300上，然后可以将统计数据分享到朋友圈。智能(篮球、足球等)鞋统计运动员弹跳功能的流程图如图5为本发明第三实施例流程示意图所示。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (8)
1.一种智能鞋，其特征在于，所述智能鞋包括电源模块、控制模块、压力传感模块、探测信号发生模块、探测信号接收模块和通信模块，存储器、时间模块、加速度计和陀螺仪，
所述压力传感模块，用于感应所述智能鞋承受的压力；
所述探测信号发生模块，用于发射探测信号；
所述探测信号接收模块，用于接收所述探测信号；
所述控制模块，用于根据所述压力传感模块的状态，控制所述探测信号发生模块和探测信号接收模块协同工作，以及用于分析得到最大离地高度，和对应的离地时间、线性加速度和角速度；具体包括：当所述压力传感模块的所述压力值为0时，所述控制模块触发所述智能鞋的探测信号发生模块和探测信号接收模块协同工作；所述探测信号发生模块发射探测信号，所述探测信号接收模块接收经过地面反射的所述探测信号；当所述压力传感模块的所述压力值不为0时，所述控制模块停止所述探测信号发生模块和探测信号接收模块的工作；所述控制模块接收统计所述智能鞋从离开所述地面至返回所述地面过程中的所述智能鞋的线性加速度、角速度、离地时间和/或离地高度；所述控制模块从所述离地高度中筛选分析出最大值，以及所述最大值时对应的所述离地时间、线性加速度和角速度；
所述通信模块，用于将所述智能鞋的各模块的参数或者状态发送出去；
所述电源模块，用于给所述智能鞋的各模块提供工作电压；
所述加速度计，用于感应所述智能鞋的线性加速度；
所述陀螺仪，用于感应所述智能鞋的角速度；
时间模块，用于辅助接收所述智能鞋所确定感应的各种状态或者参数的时间信息；
所述存储器，用于存储所述智能鞋所感应的各种状态或者参数。
2.根据权利要求1所述的智能鞋，其特征在于，发出或者接收的所述探测信号为可见光、红外线或者超声波信号。
3.根据权利要求1所述的智能鞋，其特征在于，所述通信模块的通信方式包括：蓝牙方式、wifi方式、lifi方式、端对端直接通信方式、2G、3G、4G或者5G移动通信方式。
4.一种基于权利要求1所述的智能鞋的运动信息获取系统，其特征在于，所述智能鞋的运动信息获取系统包括网络设备和/或移动终端，
所述移动终端，用于与匹配验证后的所述智能鞋进行信息交互，查询所述智能鞋中各模块的信息；
所述网络设备，用于从所述智能鞋直接地或者从所述移动终端间接地获取所述智能鞋中各模块的信息，用于分析所述智能鞋的使用者的运动数据，记录统计信息。
5.根据权利要求4所述的智能鞋的运动信息获取系统，其特征在于，所述网络设备包括存储模块、通信模块和统计分析模块，
所述通信模块，用于与所述智能鞋和/或移动终端进行通信交互；
所述存储模块，用于存储所述智能鞋上报的各种状态信息或者运动数据；
所述统计分析模块，用于根据所述各种状态信息或者运动数据，输出统计结果。
6.根据权利要求4所述的智能鞋的运动信息获取系统，其特征在于，所述移动终端为智能手机、PAD、PDA或者智能可穿戴设备。
7.一种基于权利要求1所述的智能鞋的运动信息获取方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S100：设定所述智能鞋的压力传感模块正常压力值为使用者的体重；
S200：当所述压力传感模块的所述压力值陡然增加至所述体重的体重值的1.5～2倍，所述智能鞋的控制模块从待机模式转变为工作模式；
S300：当所述压力传感模块的所述压力值为0时，所述控制模块触发所述智能鞋的探测信号发生模块和探测信号接收模块协同工作；
S400：所述探测信号发生模块发射探测信号，所述探测信号接收模块接收经过地面反射的所述探测信号；
S500：当所述压力传感模块的所述压力值不为0时，所述控制模块停止所述探测信号发生模块和探测信号接收模块的工作；
S600：所述控制模块接收统计所述智能鞋从离开所述地面至返回所述地面过程中的所述智能鞋的线性加速度、角速度、离地时间和/或离地高度；
S610：所述控制模块从所述离地高度中筛选分析出最大值，以及所述最大值时对应的所述离地时间、线性加速度和角速度。
8.根据权利要求7所述的运动信息获取方法，其特征在于，所述S200步骤后包括如下步骤：
S210：所述加速度计感应所述智能鞋的线性加速度；
S220：所述陀螺仪感应所述智能鞋的角速度。
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