本實用新型涉及日常生活用品技術領域，具體涉及一種多功能智能鞋墊。

背景技術：

隨著人們戶外活動的增多和安全意識的提高，對具有特定功能或多功能的可穿戴智能產品提出了更高的要求。就智能鞋而言，目前有通過在鞋底內部安置傳感器來監測運動情況，并通過無線傳輸方式向手機等終端設備發送數據包并將檢測結果記錄在手機的存儲空間里。這類智能鞋的功能單一，且需要內置的電池為傳感器提供電能。而通常電池是被封裝在傳感器的外殼之中，電池耗盡時一般做丟棄處理，這不僅浪費而且對環境有潛在的污染。因此，從周圍環境俘獲各種能量(例如太陽能、風能、熱能、振動能和人體運動能)并將其轉化為有用的電能為可穿戴設備提供能源，使其不再需要內置電池，實現整個使用周期內的自主能源是一項非常有挑戰性和前景的技術。

技術實現要素：

本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種自發電、具有警示和運動監測功能的多功能智能鞋墊。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：一種多功能智能鞋墊，與該鞋墊相匹配的鞋子內設有警示模塊和信號發射模塊，所述鞋墊包括鞋墊基體、設置在鞋墊基體前部和后部的運動捕捉模塊及設置在鞋墊基體中部的管理模塊，所述的運動捕捉模塊與所述的管理模塊連接，所述的管理模塊與所述的警示模塊和信號發射模塊連接。

所述的運動捕捉模塊包括保護層以及設置在保護層內從上往下依次排列的塑膠板、上電極層、聚丙烯膜層、支撐網格層、下電極層和聚合物薄膜層。

上下電極和電極間的聚丙烯層和氣隙層形成一電容器結構，而沉積在聚丙烯膜上表面和近表面的單極性電荷為電容器提供電能，在上下電極產生感應電荷。當人體運動過程中塑膠板受力，聚丙烯膜與下電極間氣隙厚度發生變化，導致電容器的電容改變和上下電極感應電荷量的變化，從而實現人體運動能向電能和電信號的轉換。

所述的塑膠板的下表面設有凸起，支撐網格層的上表面設有網孔，所述網孔的形狀與塑膠板下表面凸起的形狀相匹配，所述凸起或網孔的形狀包括條紋、圓孔、方孔或菱形孔中的一種。

所述的上電極層和下電極層內部分別設有上電極端子和下電極端子。當兩端子接入信號分析模塊時，其中一個端子作為信號電極，另一個端子作為接地電極。當兩端子接入整流模塊時，其作用是引導電流。

所述的聚丙烯膜層的下側表面和近表面設有單極性電荷。單極性電荷注入方式可以是電暈充電、接觸法充電、離子注入、電子束注入、摩擦充電等，單極性電荷可以是正電荷、也可以是負電荷。

所述的聚合物薄膜層的材料選自硅橡膠、EVA、PE或PP中的一種。

運動捕捉模塊的制備步驟如下：(1)在聚丙烯薄膜層的一個面覆蓋上電極層；(2)向聚丙烯薄膜層未覆電極一側的表面和近表面注入單極性電荷；(3)在聚合物薄膜層的一面覆蓋下電極層；(4)在下電極層的表面粘貼支撐網格層；(5)制備與支撐網格層對應的單面帶有結構的塑膠板；(6)各層疊放在一起，并從上電極層和下電極層中引出電極端子；(7)將步驟(6)所得到的結構單元整體封裝在保護層中。

上電極層和下電極層覆蓋在聚丙烯膜層和聚合物薄膜層的表面所采用的方法可以是真空蒸鍍金屬、絲網印刷、磁控濺射、或貼片等等。

支撐網格層的基材可以是金屬、無機非金屬、塑料等等。

支撐網格層基材的微結構可以是致密的、也可以是多孔的。

塑膠板的基材可以是硅橡膠、EVA、PE、PP等材料。

塑膠板與上電極層之間可以膠粘在一起，也可以不粘接。

保護層的形成方式可以是澆注、層壓、冷裱、熱裱等等，且保護層是絕緣的。

所述的管理模塊包括整流單元、信號分析單元和電源管理單元，所述的整流單元的輸入端與所述運動捕捉模塊連接，整流單元的輸出端與所述電源管理單元的輸入端連接；所述電源管理單元的輸出端分別與所述信號分析單元、警示模塊和信號發射模塊的輸入端相連；所述信號分析單元的輸入端還與所述運動捕捉模塊連接，信號分析單元的輸出端與所述信號發射模塊連接。

經過運動捕獲模塊俘獲到的人體運動能和運動狀態信號是交流電形式，這個交流電分別或單獨輸入到整流單元或/和信號分析單元。輸入到整流單元的交流電經整流后成為直流電，并被電源管理單元儲存和管理。電源管理單元輸出經過調理的電能，這個電能一部分輸入到警示模塊，一部分用于給信號分析單元提供電能，還有一部分用于給信號發射模塊提供電能。信號分析單元輸出的信號進入信號發射模塊。

上述整流單元、信號分析單元及電源管理單元均可以是任何一種適合分析人體運動狀態的整流電路、信號分析電路及電源管理線路，信號分析單元4按照需要可以切換開關狀態。

所述的警示模塊包括LED燈或蜂鳴器等起到警示作用的元件，在光線昏暗和陰雨天時，汽車駕駛員很難看清楚路上的行人或騎自行車的人，如果行人或騎自行車的人穿著帶有本實用新型裝置的鞋子，通過LED燈的光亮或其它警示元件就可以起到警示作用，增強人身安全性。

所述的信號發射模塊為無線發射器。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果體現在以下幾方面：

(1)整體結構簡單、制備成本低，不需要電池，能夠實現能源自給；

(2)人體運動能和運動狀態捕獲單元厚度小、柔韌，設計靈活性好，可根據不同的工況條件進行相應的結構改進；

(3)本實用新型多功能智能鞋墊同時兼具警示和運動狀態監測功能；

(4)本實用新型多功能鞋墊各個模塊相對獨立，可根據實際需要選擇單一功能還是多功能，也可做為人體運動能發電裝置。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型運動捕捉模塊的結構示意圖；

圖3為本實用新型各模塊間電流和電信號走向示意圖。

其中，1為運動捕捉模塊，2為管理模塊，3為整流單元，4為信號分析單元，5為電源管理單元，6為警示模塊，7為信號發射模塊，8為保護層，9為塑膠板，10為上電極層，11為上電極端子，12為聚丙烯膜層，13為單極性電荷，14為支撐網格層，15為下電極層，16為下電極端子，17為聚合物膜層，18為鞋墊基體，19為警示信號接入端子。

具體實施方式

下面對本實用新型的實施例作詳細說明，本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

一種多功能智能鞋墊，其結構如圖1所示，該鞋墊包括鞋墊基體18、設置在鞋墊基體18前部和后部的運動捕捉模塊1及設置在鞋墊基體18中部的管理模塊2，運動捕捉模塊1與管理模塊2連接，管理模塊2上設有警示信號端子19，并通過警示信號端子19與鞋子上的警示模塊連接。

上述運動捕捉模塊的結構如圖2所示，其制備過程包括如下步驟：(1)將50mm*80mm大小、0.04mm厚度的交聯聚丙烯膜層12的一面通過真空蒸鍍的方法覆上一層厚度為100nm的鋁電極，作為上電極層10。(2)用柵控電暈充電方法對聚丙烯膜層12中未覆電極的一面在表面和0.05mm深度的近表面沉積負極性電荷13。電暈針電壓為-10kV，柵網電壓為-500V，充電時間為30s。(3)取厚度為0.1mm的PET膜作為聚合物膜12，并在聚合物膜12的一個表面通過真空蒸鍍的方法覆上一層厚度為100nm的鋁電極，作為下電極層15。(4)在下電極層15的表面用雙面膠粘貼長方形孔洞的硅膠支撐網格層14，硅膠厚度為0.2mm，長方形孔的尺寸為20mm*10mm，硅膠支撐的寬度為1.5mm。(5)制備與步驟(4)中支撐網格層14對應的單面帶有長條狀凸起結構的塑膠板9。塑膠板9的厚度為5mm，凸起部分的高度為1mm。(6)將上述步驟(1)至(5)得到的各層從上至下以塑膠板9、上電極層10、聚丙烯膜層12、支撐網格層14、下電極層15和聚合物薄膜層17的方式層疊在一起，并從上電極層10和下電極層15中分別引出上電極端子11和下電極端子16。(7)利用熱塑封裝方法將步驟(6)得到的結構單元封裝在EVA塑料保護層8中。

管理模塊2包括整流單元3、信號分析單元4和電源管理單元5，經過運動捕捉模塊1俘獲到的人體運動能和運動狀態信號是交流電形式，這個交流電分別或單獨輸入到整流單元3或/和信號分析單元4。輸入到整流單元3的交流電經整流后成為直流電，并被電源管理單,5儲存和管理。電源管理單元5輸出經過調理的電能，這個電能一部分輸入到警示模塊6，一部分用于給信號分析單元4提供電能，還有一部分用于給信號發射模塊7提供電能。信號分析單元4輸出的信號進入信號發射模塊7。各模塊間電流及信號的走向如圖3所示。

信號分析單元4按照需要可以切換開關狀態。

警示模塊6采用LED燈，在光線昏暗和陰雨天時，汽車駕駛員很難看清楚路上的行人或騎自行車的人，如果行人或騎自行車的人穿著帶有本實用新型裝置的鞋子，通過LED燈的光亮就可以起到警示作用，增強人身安全性。

信號發射模塊7采用低功耗無線發射器，可以向手機發射無線信號，傳遞運動狀態等信息。