智能发电自动调节恒温鞋

1.本实用新型属于智能穿戴设备领域，涉及一种节能的恒温鞋。


背景技术：

2.目前市场上的冬鞋多是棉鞋，棉鞋靠棉絮保暖，为达到较好保暖效果，通常棉絮很厚，使得棉鞋笨重，棉鞋保暖却容易使得脚出汗，脱下的鞋子往往内部又黏又潮，鞋内容易滋生细菌。市面上常见的充电发热鞋垫能够对该问题进行部分解决，然而仍没有解决鞋内干燥的问题。且现有充电产热鞋还存在充电耗时长、发热时间短，功耗大，热量存在损失，不能控制发热温度等缺陷。
3.随着国家的“互联网+”的战略计划的发展，万物互联已成为一种生活、工作、娱乐的大趋势，在信息技术发展飞快的今天，智能产品已经成为了我们生活不可或缺的一部分。然而面对传统的鞋具制造行业也必定也来一场深刻的变革。传统的棉鞋依靠维持脚部的热量显然无法满足气温极低的北方环境。又或者保温好但材料在透气性方面为零，而智能发电发热鞋依靠自身出色的产热性能，在智能控制温度，减少能量损失的同时能保持鞋内舒适的温度、湿度，让双脚在自然严寒下的状态下感受温暖轻盈且保证不会被烫伤。恒温鞋产品顺应智能产品的市场潮流，以及信息技术发展的大趋势，更加适合消费者对于冬季智能发电发热鞋的需求，具有广阔的市场前景以及技术前景，拥有广泛的经济效益。


技术实现要素：

4.为了提高保暖鞋保暖效果好，保持鞋内干爽，利用鞋内热量，本实用新型提出如下技术方案：一种智能发电自动调节恒温鞋，包括鞋体、隔热布和恒温调节系统，恒温调节系统安装在鞋体的鞋底，隔热布铺设在鞋体的鞋垫的上表面，恒温调节系统包括薄膜压力传感器、温度传感器、湿度传感器、硅胶发热片、控制器、压电陶瓷发电片、boost升压模块、充放电模块、可充放电电池，薄膜压力传感器、温度传感器、湿度传感器与控制器的输入端连接，硅胶发热片与控制器的出端连接，压电陶瓷发电片连接boost升压模块，boost升压模块连接充放电模块，充放电模块连接可充放电电池，硅胶发热片铺设在鞋底上表面与鞋垫的下表面间，鞋底中开出容置恒温调节系统不同元器件的槽，且各槽间具有走线的连线通道，槽包括位于鞋底中不同竖向高度的上层槽、中层槽和下层槽，薄膜压力传感器与压电陶瓷发电片安装在下层槽中，控制器、温度传感器、湿度传感器、boost升压模块安装在中层槽中，充放电模块与可充电电池安装在上层槽中。
5.进一步的，恒温调节系统还包括安装在中层槽中，且与控制器连接的通信模块。
6.进一步的，所述的鞋底是光敏树脂鞋底，鞋底的厚度是5cm。
7.进一步的，鞋面分布若干散热孔。
8.进一步的，薄膜压力传感器的型号是fsr402、温度传感器的型号是sht20、湿度传感器的型号是sht20、控制器的型号是stm32f103c8t6、压电陶瓷发电片的型号是双晶压电陶瓷片、boost升压模块的型号是lm2577、充放电模块的型号是tp4096、可充放电电池的型
号是4.2v聚合物电池。
9.有益效果：使得鞋着感舒适不笨重，保暖效果好，鞋内保持干爽，节能环保。
附图说明
10.图1为智能发电自动调节恒温的正视图。
11.图2为为鞋底的剖视图。
12.图3为后视图的剖视图。
13.图4为恒温调节系统的结构框图。
14.1.鞋体，2.槽，3.鞋底。
具体实施方式
15.在一种实施例中，如图1所示，智能发电自动调节恒温鞋，包括鞋体、隔热布和恒温调节系统，恒温调节系统安装在鞋体的鞋底，隔热布铺设在鞋体的鞋垫的上表面，恒温调节系统包括薄膜压力传感器、温度传感器、湿度传感器、硅胶发热片、控制器、压电陶瓷发电片、 boost升压模块、充放电模块、可充放电电池，薄膜压力传感器、温度传感器、湿度传感器与控制器的输入端连接，硅胶发热片与控制器的出端连接，压电陶瓷发电片连接boost升压模块，boost升压模块连接充放电模块，充放电模块连接可充放电电池，硅胶发热片铺设在鞋底上表面与鞋垫的下表面间，鞋底中开出容置恒温调节系统不同元器件的槽，且各槽间具有走线的连线通道，槽包括位于鞋底中不同竖向高度的上层槽、中层槽和下层槽，薄膜压力传感器与压电陶瓷发电片安装在下层槽中，控制器、温度传感器、湿度传感器、boost升压模块安装在中层槽中，充放电模块与可充电电池安装在上层槽中。上述方案解决了持续保暖的问题和安全问题，其次，还考虑到能源节约利用和智能等问题。智能发电自动调节恒温鞋利用硅胶发热片的电阻丝加热，控制鞋内温度和湿度，使鞋内部始终处于恒温状态，还利用压电陶瓷发电片发电，将动能转化为电能，起到部分能量回收的作用。
16.在一种方案中，从信号流角度对上述恒温调节系统进一步说明，薄膜压力传感器用于感知鞋子被穿脱时鞋底压力的变化。薄膜压力传感器将检测到的因穿鞋而导致压力超过阈值的信号输出给控制器，控制器输出控制硅胶发热片发热的信号至硅胶发热片，控制器启动并接收温度传感器采集的鞋体内的温度信息，控制器在其接收的温度信息超出温度阈值范围，向硅胶发热片发出停止加热的信号，控制器在其接收温度信息低于温度阈值范围，向硅胶发热片发出启动加热的信号。薄膜压力传感器将检测到的因脱鞋而导致压力恢复为初始值范围的信号输出给控制器，控制器启动并接收湿度传感器采集的鞋体内湿度信息，控制器在其接收的湿度信息超出湿度阈值范围，向硅胶发热片发出启动加热的信号，控制器在其接收的湿度信息低于湿度阈值范围，向硅胶发热片发出停止加热的信号。
17.由此可知，对于该方案中恒温调节系统，薄膜压力传感器检测到因穿鞋而导致压力超过阈值，薄膜压力传感器将压力信号输出给控制器，控制器输出控制信号至硅胶发热片使其发热而调整鞋体内部温度，控制器启动并接收温度传感器采集的鞋体内的温度信息，并在温度信息超出温度阈值范围而停止硅胶发热片加热，在温度信息低于温度阈值范围而启动硅胶发热片加热，检测到因脱鞋而导致的压力恢复为初始值范围，薄膜压力传感器将压力信号输出给控制器，控制器启动并接收湿度传感器采集的鞋体内湿度信息，并在
湿度信息超出湿度阈值范围而启动硅胶发热片加热，在湿度信息低于湿度阈值范围而关闭硅胶发热片加热。在一种方案中，恒温调节系统还包括安装在中层槽中，且与控制器连接的通信模块。在一种方案中，所述的鞋底是光敏树脂鞋底，鞋底的厚度是5cm。在一种方案中，鞋面分布若干散热孔。在一种方案中，薄膜压力传感器的型号是fsr402、温度传感器的型号是sht20、湿度传感器的型号是sht20、控制器的型号是stm32f103c8t6、压电陶瓷发电片的型号是双晶压电陶瓷片、boost升压模块的型号是lm2577、充放电模块的型号是tp4096、可充放电电池的型号是4.2v聚合物电池。
18.在另一种实施例中，智能发电自动调节恒温鞋包括压力传感器、温湿度调节模块、 tftlcd显示屏、压电陶瓷发电片和通信模块。压力传感器优选薄膜压力传感器，其是现有柔性压力传感器，是一种将纳米压敏材料与舒适杨氏模量的超薄薄膜衬底进行一次性贴片而成，兼具防水和压敏双重功能。当传感器感知到外界压力时，传感器电阻值发生变化，可使传感器在感知压力变化后把压力信号转换成相应变化强度的电信号输出。温湿度调节模块主要由数字温湿度传感器模块dht21、硅胶发热片两部分组成。当压力传感器检测到鞋子被穿，启动硅胶发热片，为鞋内部提供一个温暖的环境；当压力传感器未检测到有人穿鞋，启动温湿度传感器模块dht21，湿度大于某一特定数值时，启动预热功能使鞋内部加热烘干，保证鞋体本身干燥，避免细菌滋生。当温湿度传感器模块dht21检测到湿度降低到设定范围，鞋将持续恒温三分钟，若压力传感器未检测到有人穿鞋，系统将自动关闭。温湿度传感器模块dht21实时检测鞋内温度、湿度，并将数值实时反馈给控制器(stm32)，循环检测鞋内温度，保持鞋内恒温。通信模块，优选cc2541模块，在鞋子底部装入可与手机通信的cc2541 模块，在穿鞋前可以提前启动温湿度调节模块，并可调整鞋内部的加热温度，对鞋内部加热，避免因冬季温度过低而导致鞋体冰凉带给人的不适感。压电陶瓷发电片是一种发电片，在陶瓷发电片的基础之上，在鞋底中的硅胶发热片下方的鞋底中，安装四片温差发电片，能对已产生的热量进行二次回收利用，通过boost升压模块、充放电模块、可充放电电池组成的连接电路，将热能转换的电能存入可充放电池中，具有无噪音、无污染、安装简单、寿命长、性能稳定的优点。
19.上述方案通过压电陶瓷发电片和硅胶发热片结合实现节能加热和烘干功能，通过温湿度传感器使鞋内保持恒温状态，通过通信模块收发信号，控制系统对设定值调整，实现智能设备对鞋内温度可控。利用自身产生的热量满足部分自发电需求，将产生的电能储存在内部蓄电池中，能够使得能源被部分回收重复使用。在一种方案中，可以对鞋面进一步改进，鞋面还包括内部的两层pvc布以及一层发热片，在保温的同时拥有出色的透气性能。
20.对于上述各个方案，已经能够实现了鞋内部温度根据是否穿鞋和脱鞋进行相应的温度调整，实现了鞋内部温度加热和脱鞋后去湿的功能。在一种更为优选的改进方案中，通过下述方案对于鞋的控制手段提出更为具体的方案改进，对于上述方案也给予了个性化温度设置空间，对于该部分方案，每个人都不了解自己的舒适温度多少，这就会出现“温度大波动控制”的现象，即用户在不清楚自身人体舒适温度的情况下，会较大幅度的调控鞋的温度，且容易往复调控，时而调高，时而降低温度，造成鞋内部加热的反复不必要工作。不仅削减了鞋的使用寿命，而且浪费了能源；对此，在本实施例中提出一种控制策略——基于人体热感觉控制系统，即不用设定指定的温度用于调控，用户只需在控制界面按提示输入自身的真实感觉，控制的方法是通过蓝牙模块与鞋内的控制器和温湿度传感器通信，用来测量
鞋内的温度和湿度，控制器根据测出的温湿度与鞋最高温(只比人体体温高2度)设定值t的关系，开启和关团加热，从而实现对鞋内温度的控制。在这种控制状态下，鞋内的温度其实并不是如上述实施例中被设置恒定的温度范围，根据鞋内温度的变化，加热周期的开停，传感器所测的温度也会相应的升高和降低，这是一个周期变化的现象。在通断控制逻辑下，当温度低于t
‑
t1 温度时，硅胶发热片才开始工作，当温度高于t+t2时，硅胶发热片停止工作，t1和t2被称为通断控制器的回差。只有存在回差，才能避免加热的频繁启停运作，这样频繁的启停会对执行器造成一定的损坏。因此通过回差保证系统正常工作。在满足美观的同时实现加热保温功能，该鞋利用能量回收解决冬季御寒问题，给人舒适体验。
21.在另一种优选方案中，提出一种智能发电发热鞋，利用压电陶瓷发电片将行走时的压力转化为电能，储存在鞋内的蓄电池中，供硅胶发热片产热，温湿度传感器使鞋保持恒温状态，隔热布保证健不会被烫伤，且蓄电池内储存的电能还可输出供外部设备充电，蓝牙模块可支持外部智能设备对鞋的控制器控制。利用鞋底的空间将各个核心模块合理布局在鞋底，硅胶发热片材质柔软的特性，可将其贴于鞋内的任何位置，在鞋工作的过程中保证脚温暖且不会被烫伤。各个模块可以直接导入写好的程序直接实现鞋的各个功能，可批量生产且技术含量不高。鞋底采用3d打印技术，使每个模块都有属于自己的地方，完美置于鞋底，使空间利用得到最大化。薄膜压力传感器与压电陶瓷发电片放在鞋子下层。stm32最小系统板、温湿度传感器、boost升压模块与cc2541模块集成一体放在鞋中层，以便于更好的控制各个传感器，鞋子上层放置可充电电池，与充放电模块相连。鞋子上层与鞋垫之间放置硅胶发热片，利用与电池给硅胶发热片供电，使鞋子始终处于舒适恒温的环境。鞋身采用极薄的隔热保温材料，能最大程度上减少热能损失，并且鞋面具有微型细孔，能够让鞋自由呼吸的同时保证温度的保证。该实施方式利用走路时脚掌对鞋底的压力发电，将电能储存在蓄电池内，对能量进行收集利用，节能环保。利用与电池给硅胶发热片供电，使鞋子始终处于舒适恒温的环境，鞋身采用极薄的隔热保温材料，能最大程度上减少热能损失，并且鞋面具有微型细孔，能够让鞋自由呼吸的同时保证温度的保证。通信模块优选蓝牙通信模块，让鞋的控制器时刻与手机进行通信，通过蓝牙连接实现手机对鞋的控制，及时反馈鞋内数据。蓄电池储存的电能可以通过usb接口支持小型一定设备充电。脱鞋后利用预热对鞋进行烘干，避免细菌滋生。可以根据不同的需求对鞋子外观进行设计，能满足不同消费者对产品的需求，可推广性强。
22.以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。