CN111657629A - 一种自发热鞋垫及步态监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种自发热鞋垫及步态监控装置，鞋垫包括多个摩擦纳米发电装置、控制储能电路和石墨烯层；石墨烯层位于鞋垫底部，多个摩擦纳米发电装置分别位于足底保健对应穴位处，控制储能电路位于鞋垫底部。本发明实施例通过运动摩擦使得每一个摩擦纳米发电装置摩擦发电，将产生的电能存储于所述控制储能电路中，当静止时，通过所述控制储能电路向石墨烯层供电发热，能够实现在运动时储能，在静止时功能发热的功能，无需额外的供电装置，对人体脚底穴位起到保健作用。

Description

一种自发热鞋垫及步态监控装置

技术领域

本发明属于摩擦纳米发电技术领域，尤其涉及一种自发热鞋垫及步态监控装置。

背景技术

“百病从足起”，人身体各种症状来自于足部。脚底是人们身体健康保健的重中之重，是人体健康的根本。中医上，足底是元气之根本所在，这里汇聚了身体所有元气，并且人体的所有经脉有一半的起点和终点就是脚底。脚底按摩能起到良好的保健作用，包括促进血液循环，促进体内新陈代谢，缓解肌肉疲劳，提高睡眠质量，排毒养颜，等等。因此，具有穴位按摩功能的鞋垫将会有利于人体保健。

在冬季气温很低的情况下，棉鞋、雪地靴成为了人们的刚需选择，毕竟寒气始于足下。但是，对于不常走动的上班族、学生党来说，再厚的鞋都避免不了久坐带来脚部寒冷。因此，自热鞋垫对人们的保暖保健极为重要。发热鞋垫不仅可以带给人们脚部所需热量，进而让全身变得暖和，并且所供热量还起着辅助保健的作用。

现有的发热鞋垫，通常需要锂电池供电，这使得鞋垫重量增加，脚底变得笨重，且不利于环保。

发明内容

为克服上述现有问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种自发热鞋垫及步态监控装置。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种自发热鞋垫，包括多个摩擦纳米发电装置、控制储能电路和石墨烯层；

所述石墨烯层位于鞋垫底部，所述多个摩擦纳米发电装置分别位于足底保健对应穴位处，所述控制储能电路位于鞋垫底部，每一个摩擦纳米发电装置均与所述控制储能电路的电能输入端连接，所述控制储能电路的电能输出端与所述石墨烯层连接；

通过运动摩擦使得每一个摩擦纳米发电装置摩擦发电，将产生的电能存储于所述控制储能电路中，当静止时，通过所述控制储能电路向所述石墨烯层供电发热。

在上述技术方案的基础上，本发明实施例还可以作出如下改进。

可选的，所述摩擦纳米发电装置包括上摩擦发电层和下摩擦发电层，所述下摩擦发电层为平层，置于鞋垫底部，所述上摩擦发电层呈拱形，与所述下摩擦发电层形成半圆形。

可选的，所述石墨烯层包括发热体和绝缘层，所述发热体位于所述绝缘层内部，所述发热体与所述控制储能电路的电能输出端连接。

可选的，所述控制储能电路包括集电电路、放电电路和电容，所述电容并联于所述集电电路和所述放电电路之间，所述集电电路的输入端与每一个所述摩擦纳米发电装置连接，所述放电电路的输出端与所述石墨烯层连接；

所述集电电路，用于将每一个摩擦纳米发电装置产生的电能存储于所述电容中；

所述放电电路，用于将所述电容中的电能放电至所述石墨烯层对其供电。

根据本发明实施例第二方面，提供一种步态监控装置，包括压敏传感单元、无线传输单元和显示设备端；

所述压敏传感单元，放置于鞋垫底部，用于对人体在运动过程中的各个穴位处的压力进行探测，并将探测的压力通过无线传输单元发送给所述显示设备端；

所述显示设备端，用于根据探测的压力显示步态信息波形及根据步态信息波形进行健康分析。

可选的，所述压敏传感单元包括多个压敏传感器、多个模数转换器和数据存储器；

多个压敏传感器分别置于各个检测步态的穴位处附近，每一个压敏传感器通过对应的模数转换器与所述数据存储器电性连接；

每一个压敏传感器，用于探测脚底相应穴位处的模拟步态信号，其中，穴位的位置不同，模拟步态信号的幅度和相位均不同；

每一个模数转换器，用于将对应的压敏传感器输入的模拟步态信号转换为数字步态信号，并将所述数字步态信号传输至所述数据存储器进行存储；

所述数据存储器，用于将数字步态信号通过无线传输单元发送给所述显示设备端。

可选的，所述无线传输单元包括鞋垫端无线网络模块和显示端无线网络模块；

所述鞋垫端无线网络模块，用于将所述数据存储器中的数字步态信号发送给所述显示端无线网络模块；

所述显示端无线网络模块，用于将所述数字步态信号发送给所述显示设备端。

可选的，所述显示设备端包括电压波形显示模块、压力大小显示模块、模拟成像显示模块和步态分析显示模块；

所述电压波形显示模块，用于显示包含不同幅值和不同相位的步态信号波形；

所述压力大小显示模块，用于根据每一个压敏传感器的数字步态信号，计算每一个压敏传感器对应的压力值并显示；

所述模拟成像显示模块，用于以图形方式直观显示压力变化及步态信息；

所述步态分析显示模块，用于根据每一个压敏传感器的数字步态信号波形进行健康分析，并显示健康分析结果。

本发明实施例提供一种自发热鞋垫及步态监控装置，通过运动摩擦使得每一个摩擦纳米发电装置摩擦发电，将产生的电能存储于所述控制储能电路中，当静止时，通过所述控制储能电路向所述石墨烯层供电发热，能够实现在运动时储能，在静止时功能发热的功能，无需额外的供电装置，对人体脚底穴位起到保健作用。

附图说明

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本发明实施例提供的自发热鞋垫结构示意图；

图2为摩擦纳米发电装置结构示意图；

图3为本发明实施例提供的控制储能电路示意图；

图4为压敏传感单元的内部连接关系示意图；

图5为无线传输单元结构示意图；

图6为显示设备端的连接关系示意图。

附图中，各标号所代表的部件名称如下：

1、石墨烯层，2、摩擦纳米发电装置，21，上摩擦发电层，22、下摩擦发电层，3、控制储能电路，31、集电电路，32、放电电路，33、电容，4、压敏传感单元，41、压敏传感器，42、模数转换器，43，数据存储器，5、无线传输单元，51、鞋垫端无线网络模块，52、显示端无线网络模块，6、显示设备端，61、电压波形显示模块，62、压力大小显示模块，63、模拟成像显示模块，64、步态分析显示模块。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

参见图1，提供了本发明实施例的一种自发热鞋垫，该保健鞋垫包括多个摩擦纳米发电装置2、控制储能电路3和石墨烯层1；

石墨烯层1位于鞋垫底部，多个摩擦纳米发电装置2分别位于足底保健对应穴位处，控制储能电路3位于鞋垫底部，每一个摩擦纳米发电装置2均与控制储能电路3的电能输入端连接，控制储能电路的电能输出端与所述石墨烯层1连接；

通过运动摩擦使得每一个摩擦纳米发电装置2摩擦发电，将产生的电能存储于控制储能电路3中，当静止时，通过控制储能电路3向石墨烯层1供电发热。

本发明实施例提供的自发热鞋垫，在鞋垫上对应的人体足部的各个穴位处安装摩擦纳米发电装置2，当人体运动时，通过摩擦发电，并将产生的电能存储于控制存储电路中；当人体处于静止时，通过控制储能电路3中的电能为石墨烯层1供电发热。在人体运动时产生电能，在人体静止时供电发热，利用了摩擦纳米发电原理和石墨烯的供电原理，无需额外的供电装置，对人体脚底穴位起到保健作用。

作为一个可选的实施例，可参见图2，摩擦纳米发电装置2包括上摩擦发电层21和下摩擦发电层22，下摩擦发电层22为平层，置于鞋垫底部，上摩擦发电层21呈拱形，与下摩擦发电层22形成半圆形。

可以理解的是，上摩擦发电层21和下摩擦发电层22之间具有一定的距离，在人体运动过程中，上摩擦发电层21和下摩擦发电层22重复进行上下相互接触摩擦—分离的过程发电产生电能，也可起到一定的按摩功能。

作为一个可选的实施例，石墨烯层1包括发热体和绝缘层，发热体位于绝缘层内部，即绝缘层将发热体包裹在其内，绝缘层起到将发热体和外界绝缘的作用，发热体与控制储能电路3的电能输出端连接。

作为一个可选的实施例，可参见图3，控制储能电路3包括集电电路31、放电电路32和电容33并联于集电电路31和放电电路32之间，运动时每一个摩擦纳米发电装置2产生电能，集电电路31对产生的电能进行收集，并存储与电容33中，静止时，放电电路32将电容33中的电能放电给石墨烯层1使得石墨烯层1发热。

本发明实施例还提供了一种步态监控装置，包括压敏传感单元4、无线传输单元5和显示设备端6；

压敏传感单元4，放置于鞋垫底部，用于对人体在运动过程中的各个穴位处的压力进行探测，并将探测的压力通过无线传输单元5发送给所述显示设备端；

显示设备端6，用于根据探测的压力显示步态信息波形及根据步态信息波形进行健康分析。

可以理解的是，一个人的神态和走路的姿势，可以看出这个人是病态还是健康状态，不良的走路姿势，可能反映着人内在的身体疾病。正常步态下，髋关节、膝关节和踝关节应在同一直线上，若人体的肌肉、神经或关节出现问题，就会导致原有步态发生变化。因此，对步态进行监控，有利于及时发现人体可能存在的疾病。

因此，本发明实施例在鞋垫的底部放置压敏传感单元4，探测人体在运动过程中脚底产生的压力，进而分析人体的步态信息，根据步态信息分析人体健康状况。

作为一个可选的实施例，压敏传感单元4包括多个压敏传感器41、多个模数转换器42和数据存储器43；

多个压敏传感器41分别置于各个检测步态的穴位处附近，每一个压敏传感器41通过对应的模数转换器42与数据存储器43电性连接。

每一个压敏传感器41，用于探测脚底相应穴位处的模拟步态信号，其中，穴位的位置不同，模拟步态信号的幅度和相位均不同；

每一个模数转换器42，用于将对应的压敏传感器41输入的模拟步态信号转换为数字步态信号，并将数字步态信号传输至所述数据存储器43进行存储；

数据存储器43，用于将数字步态信号通过无线传输单元5发送给显示设备端6。

可以理解的是，参见图4，各个压敏传感器41分别置于人体足部各个检测步态的穴位处附近，各个压敏传感器41探测脚底的模拟步态信号，其中，脚底的不同穴位位置处，模拟步态信号的幅度和相位均不同，将该模拟步态信号通过模数转换器42变为数字步态信号，并通过数据存储器43将所有压敏传感器41采集的数字步态信号进行存储，以供后续对步态信息进行分析，以预测人体的健康状况。其中，每一个压敏传感器41呈凸起状，当人体在运动时，可起到对脚底进行按摩的作用。

在上述实施例提供的自发热鞋垫对应人体不同穴位处放置压敏传感器41，将采集的各个不同位置的步态信号存储于数据存储器43中。其中，数据存储器43通过无线传输将数字步态信号传输至显示设备端6。

参见图5，无线传输单元5包括在鞋垫侧的鞋垫端无线网络模块51和在显示端包括显示端无线网络模块52，鞋垫端无线网络模块51和显示端无线网络模块52共同组成无线传输单元5，通过无线通信协议，如TCP/IP协议，4G/5G通信协议等，将鞋垫端无线网络模块51采集到的数字步态信号发送到显示端无线网络模块52。

当探测到发送来的步态数字信息，显示设备端6可以显示包含步态信息的波形，显示设备端6可自动计算并显示出每个压敏传感器41的压力值，同时成像软件将以图形方式直观显示压力变化，采用数学算法与信号处理技术进行成像与步态分析。

作为一个可选的实施例，参见图6，可以理解的是，显示设备端6包括电压波形显示模块61、压力大小显示模块62、模拟成像显示模块63和步态分析显示模块64；

电压波形显示模块61，用于显示包含不同幅值和不同相位的步态信息波形；

压力大小显示模块62，用于根据每一个压敏传感器41的数字步态信号，计算每一个压敏传感器41对应的压力值并显示；

模拟成像显示模块63，用于以图形方式直观显示压力变化及步态信息；

所述步态分析显示模块64，用于根据每一个压敏传感器41的数字步态信号波形进行健康分析，并显示健康分析结果。

可以理解的是，根据人体运动过程中的步态的压力变化的分析，可对人体的健康状况进行分析，可随时对人体运动过程中的步态进行监控，并通过步态及时了解人体的健康情况。

本发明实施例提供的自发热鞋垫及步态监控装置，通过在鞋垫底部安装摩擦纳米发电装置和石墨烯层，通过运动摩擦使得每一个摩擦纳米发电装置摩擦发电，将产生的电能存储于控制储能电路中，当静止时，通过控制储能电路向所述石墨烯层供电发热，能够实现在运动时储能，在静止时功能发热的功能，无需额外的供电装置，对人体脚底穴位起到保健作用。

另外，在鞋垫底部对应于人体的不同穴位处放置压敏传感器，对人体运动过程中的步态和压力进行采集，通过对步态和压力进行分析，来预测人体的健康状况。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种自发热鞋垫，其特征在于，包括多个摩擦纳米发电装置、控制储能电路和石墨烯层；

所述石墨烯层位于鞋垫底部，所述多个摩擦纳米发电装置分别位于足底保健对应穴位处，所述控制储能电路位于鞋垫底部，每一个摩擦纳米发电装置均与所述控制储能电路的电能输入端连接，所述控制储能电路的电能输出端与所述石墨烯层连接；

通过运动摩擦使得每一个摩擦纳米发电装置摩擦发电，将产生的电能存储于所述控制储能电路中，当静止时，通过所述控制储能电路向所述石墨烯层供电发热。

2.根据权利要求1所述的自发热鞋垫，其特征在于，所述摩擦纳米发电装置包括上摩擦发电层和下摩擦发电层，所述下摩擦发电层为平层，置于鞋垫底部，所述上摩擦发电层呈拱形，与所述下摩擦发电层形成半圆形。

3.根据权利要求1所述的自发热鞋垫，其特征在于，所述石墨烯层包括发热体和绝缘层，所述发热体位于所述绝缘层内部，所述发热体与所述控制储能电路的电能输出端连接。

4.根据权利3所述的自发热鞋垫，其特征在于，所述控制储能电路包括集电电路、放电电路和电容，所述电容并联于所述集电电路和所述放电电路之间，所述集电电路的输入端与每一个所述摩擦纳米发电装置连接，所述放电电路的输出端与所述石墨烯层连接；

所述集电电路，用于将每一个摩擦纳米发电装置产生的电能存储于所述电容中；

所述放电电路，用于将所述电容中的电能放电至所述石墨烯层对其供电。

5.一种步态监控装置，其特征在于，包括压敏传感单元、无线传输单元和显示设备端；

所述压敏传感单元，放置于鞋垫底部，用于对人体在运动过程中的各个穴位处的压力进行探测，并将探测的压力通过无线传输单元发送给所述显示设备端；

所述显示设备端，用于根据探测的压力显示步态信息波形及根据步态信息波形进行健康分析。

6.根据权利要求5所述的步态监控装置，其特征在于，所述压敏传感单元包括多个压敏传感器、多个模数转换器和数据存储器；

多个压敏传感器分别置于各个检测步态的穴位处附近，每一个压敏传感器通过对应的模数转换器与所述数据存储器电性连接；

每一个压敏传感器，用于探测脚底相应穴位处的模拟步态信号，其中，穴位的位置不同，模拟步态信号的幅度和相位均不同；

每一个模数转换器，用于将对应的压敏传感器输入的模拟步态信号转换为数字步态信号，并将所述数字步态信号传输至所述数据存储器进行存储；

所述数据存储器，用于将数字步态信号通过无线传输单元发送给所述显示设备端。

7.根据权利要求5或6所述的步态监控装置，其特征在于，所述无线传输单元包括鞋垫端无线网络模块和显示端无线网络模块；

所述鞋垫端无线网络模块，用于将所述数据存储器中的数字步态信号发送给所述显示端无线网络模块；

所述显示端无线网络模块，用于将所述数字步态信号发送给所述显示设备端。

8.根据权利要求7所述的步态监控装置，其特征在于，所述显示设备端包括电压波形显示模块、压力大小显示模块、模拟成像显示模块和步态分析显示模块；

所述电压波形显示模块，用于显示包含不同幅值和不同相位的步态信号波形；

所述压力大小显示模块，用于根据每一个压敏传感器的数字步态信号，计算每一个压敏传感器对应的压力值并显示；

所述模拟成像显示模块，用于以图形方式直观显示压力变化及步态信息；

所述步态分析显示模块，用于根据每一个压敏传感器的数字步态信号波形进行健康分析，并显示健康分析结果。

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