第十三届科技创智行导航鞋新论文

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1、智行导航鞋 摘要摘 要据不完全统计，中国每年儿童走失案件约有20万左右，而每年的老人走失率更为吓人，达到76万人左右，由于走失人数的逐年增长，人们的关注焦点也更多的放在弱势群体的出行安全问题上。因此，在移动互联网及智能可穿戴浪潮的推动下，我们团队结合手机APP软件研发并制作出定位导航、老人跌倒报警、短程记忆、查看历史轨迹、智能签到提醒、安全围栏保护、运动数据监测等功能集一身的人性化智能导航鞋。首先，通过压电陶瓷片解决短期供能不足，实现绿色无污染功能，并辅助蓄电池为产品提供能量；其次，为保障导航鞋不同环境下的精确定位，实现导航功能，本产品依次采用三重定位手段实施：室外GPS定位通过云端MAC地质

2、数据库，利用WiFi定位芯片模块进行定位纠偏室内LBS定位，弥补室内搜不到GPS信号的问题；再次，利用偏心振动装置模块实现信息传递功能，将需要转变方向的提示信息反馈给用户；最后，利用通信模块实现、陀螺仪传感器模块、控制模块，实现产品与互联网、手机APP软件的信息交换与传递。从而实现产品智能化、人性化的服务，随着科学技术的不断发展，可穿戴设备已经被广泛应用于人们的日常生活当中，智能穿戴式设备正在慢慢的改变人们的生活方式。新一波智能可穿戴浪潮已经掀起。本产品设计、研究、发明的意义可以通过将鞋和应用广泛的导航、手机APP相结合，很好的解决了小孩、老人走失，路痴迷路等一系列弱势群体出行的问题。关键词：

3、智能穿戴；导航；防走失；安全高效III智行导航鞋 ABSTRACTABSTRACTAccording to incomplete statistics, the annual Chinese children lost cases about 200 thousand, while the annual old lost rate is more frightening, about 760 thousand people, the number of lost due to increased year by year, travel safety issues the focus is m

4、ore on the vulnerable groups. Therefore, in the mobile Internet and smart wearable can promote the wave of the team, we combined with the mobile phone APP software development and make navigation, elderly alarm, short term memory, see history, intelligent sign reminding, safety fence protection, mot

5、ion data monitoring function in intelligent navigation of a shoe.First of all, through the piezoelectric ceramic sheet to solve the short-term energy supply shortage, pollution free and Green function realization, the auxiliary battery to provide energy for the products; secondly, to ensure accurate

6、 positioning navigation shoes under different environment, realize the navigation function, the product with the three positioning means are: outdoor GPS positioning through the cloud MAC geological database the indoor positioning deviation, LBS positioning using WiFi chip module, to make up for the

7、 search to GPS signal; thirdly, the eccentric vibration device module to realize the information transmission function, information feedback to the user will need to change the direction; finally, realize the gyroscope sensor module, control module, the communication module, and realize the product

8、the Internet and mobile phone APP software of information exchange and transfer. In order to achieve intelligent and humanized service, with the continuous development of science and technology, wearable devices have been widely used in peoples daily life, life style of intelligent wearable devices

9、are slowly changing. A new wave of smart wearable wave has been set off.This product design, research and invention significance can be widely used in shoes and navigation, mobile phone APP combination is a good solution to the child, the old man lost, lost lost a series of vulnerable groups travel

10、problems.Keywords: Smart dress; Navigation; anti-lost; safety and high efficiency智行导航鞋 目录目 录摘 要IABSTRACTII1 项目背景11.1 社会弱势群体出行安全隐患11.2 GPS技术的发展现状31.3 “低头族”隐藏的危险51.4 智能穿戴设备的兴起62 产品简介及说明82.1 产品简介82.1.1 产品综述82.1.2 产品原理82.1.3 产品功能82.1.4 产品技术102.1.5 3DMAX产品效果图142.2 产品分类163 实验验证及误差分析183.1 初始方位角对准与方位安装误差角标定

11、183.2 压电陶瓷片发电效率实验193.3 智能导航鞋实地导航记忆实验及效果分析204 创新点235 总 结24获奖情况25致 谢29参考文献30附录一 问卷调查问题31智行导航鞋 1 项目背景1 项目背景1.1 社会弱势群体出行安全隐患我国已逐步进入老龄社会，并且开放了“二胎”政策。在人口基数如此之大的现今，没有自我保护能力的幼童成为了社会弱势群体最需保护的一份子，据相关数据不完全统计，中国每年的儿童走失案件有20万以上，团队成员在百度中输入“儿童走失”词条，输出结果达765万个（见图1-1）；同时在庞大的老年人群中，有相当比例的老年人患有不同程度的老年痴呆症，由此而导致的老人走失事件时有

12、发生，据调查显示，60岁以上老人约有58%患有不同程度的老年痴呆症，从而导致每年的老人走失率更为吓人，达到76万人左右，团队成员在百度中输入“老人走失”词条，输出结果达737万个（见图1-2）；社会舆论不断增加，老人、儿童走失已成为一个越来越严重的社会问题。对于迷失在街头的老人与儿童而言，社会的关注，科学的救助方法，是避免悲剧发生的良方。图1-1 儿童走失情况百度词条Fig.1-1 children lost baidu entry condition图1-2 老人走失情况百度词条Fig1-2 Old man lost situation baidu entry图1-3 幼童在放学时自己回家F

13、ig1-3 Young children their home after school1.2 GPS技术的发展现状全球定位系统(GPS)作为新一代卫星导航与定位系统，以其全球性、全天候、 高精度、自动化、高效益等显著特点，在我国大地测量、工程测量、水利、电力、交通、资源勘探和航海等领域有着广泛的应用。其中，GPS技术在民用领域发展潜力巨大，伴随着车载GPS导航系统的大量应用和GPS手机的出现，GPS也在逐步走入我们的生活，这是未来GPS市场的巨大增长点。图1-4 现有的GPS产品和芯片Fig1-4 The existing GPS products and chips随着GPS技术的不断发展

14、，未来人们对GPS导航的需求已从最基本的行车导航、路口转弯提示等基础功能，向实时信息和增值服务等基于用户体验的功能转变。GPS卫星导航与无线通信技术相结合，如GPS接收机嵌入到手机移动电话、便携式PC、手表及智能可穿戴设备等通信、安全和消费类电子产品中，从根本上促进IT技术的整体发展已成为未来GPS技术发展的一个重要方向。随着无线传输技术的更新换代和无线互联网技术的不断发展，在需求和技术的双重驱动下，将互联网上的海量信息和强大的应用服务功能拓展到移动终端上，为用户提供随时、随地的信息服务成为信息服务业的重要发展方向。在用户经常使用的功能方面，2015年上半年，中国手机地图用户最常用的功能包括导

15、航规划、路线查询、公共交通信息查询，分别有64.5%、52.2%和36.4%的用户经常使用。艾媒咨询分析认为，地图类功能仍是用户使用频率最高的功能，而生活类功能的使用率仍将保持一个增长的态势。图1-5 2015上半年中国手机地图用户常用功能分布结果分析图Fig1-5 2015 mobile phone users in the first half of the Chinese map commonly used function in the result analysis在导航功能使用方面，2015年上半年中国手机地图用户中，53.9%的用户表示正在使用手机地图进行导航，20.6%的用户正

16、在考虑将使用手机地图导航，仅有13.1%的用户未曾使用过手机地图导航。艾媒咨询分析认为，当前手机地图内导航功能正逐步完善，应用内使用导航的用户数量将呈逐步上升趋势，同时该功能使用黏性也将随之走高。图1-6 2015上半年中国手机地图用户手机导航功能使用情况调查Fig1-6 in the first half of 2015 China mobile phones map user navigation function usage survey由此可见，导航除了解决用户搜索、定位、路线规划等刚性需求，也相应顾及了用户“衣食住行、吃喝玩乐”的本地生活服务需求，用户对导航的看法和使用习惯也悄然发生

17、转变。未来随着技术的发展，导航基于LBS本地生活信息服务以及O2O的进一步打通，也将满足更多用户在各方位的需求。1.3 “低头族”隐藏的危险随着时代发展，手机从一种单纯的通讯工具演变成不少人生活的必需品，从而造就一种新的社会病“低头族”。有记者曾走访过一些人流密集的公共场所发现，无论是吃饭、逛街、过马路，还是开车、骑行、等公交车，随时随地“手不离机”已经成了不少人的习惯。殊不知，危险往往伴随着习惯而来，如果你是低头族，那就要当心了！据调查，在我国因道路交通事故死伤的人数最大，占3040。全球儿童安全组织中国区首席代表崔民彦说，由于近年来手机上网使用人群增长速度十分快，不少人是电子设备不离手的“

18、低头族”，尤其是在过马路时也只关注手中的小屏幕，不良的使用习惯正带来极大的交通安全隐患。针对于弱势群体如老人、孩童的出行安全问题，结合GPS导航定位技术手段，研发出第一代可穿戴智能设备智能导航鞋，并在第一代产品的基础上本公司努力实现技术突破，在扩大目标服务人群的同时（由弱势群体延伸至低头族的青年群体），通过结合手机APP满足人们的个性化需求，进一步增大产品的服务功能，实现了产品智能化、人性化的服务，满足定位导航、老人跌倒报警、短程记忆、查看历史轨迹、智能签到提醒、安全围栏保护、运动数据监测、体感游戏等生活功能的需求，同时有效的改善了弱势群体出行安全的问题。 图1-7 随处可见的“低头族”及数据

19、统计Fig1-7 everywhere bow and data statistics1.4 智能穿戴设备的兴起“穿戴式智能设备”是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如眼镜、手套、手表、服饰及鞋等。随着技术的进步以及用户需求的变迁，可穿戴式智能设备的形态与应用热点也在不断的变化。 图1-8 智能穿戴设备Fig1-8 smart wear equipment根据IMS Research的研究报告2012年全球可穿戴技术市场一一量化市场评估的数据显示，2011年全球可穿戴技术市场的营业收入约为20亿美元，预计到2016年有望达到60亿美元；2011年约有1400万

20、台可穿戴设备出货，预计2016年出货量将达到1.71亿台。另据IHS于2013年10月30日发布的研究报告全球可穿戴技术市场(2013版)显示，2012年全球可穿戴技术市场的营业收入约为85亿美元，预计到2018年有望达到300亿美元(如果乐观预计的话，有望接近500亿美元)；2012年约有9600万台可穿戴设备出货，预计2018年出货量将达到2.1亿台。根据两份数据报告显示，2011年和2012年可穿戴设备出货与营业收入对比（如表1.1所示）。仅仅相隔一年，同一家研究机构的研究报告结果大幅上调了市场预期，可见可穿戴设备的未来市场是十分广阔的（如图1-9所示）。表1.1 2011年与2012年

21、可穿戴设备出货与营业收入对比 出货/营业收入情况 年份可穿戴设备出货出货（单位：万台）全球可穿戴技术市场的营业收入约为（单位：亿美元）2011年1400202012年960085图1-9 2016年可穿戴设备在各个应用领域的市场规模消费电子沿着智能性和便携性两个维度发展。在过去几年，市场关注的焦点在于智能性维度，即设备从功能型向智能型的演变，例如，智能手机在功能手机通话和短信功能的基础上，实现了上网、安装应用程序、收发邮件等功能。近年来，笔记本电脑对台式电脑的替代、手机和平板对笔记本电脑/台式电脑的替代都说明了便捷是符合人类使用习惯的发展趋势。在便携性的维度，电子产品可分为四种类型：固定型、可

22、携带型、可穿戴型和嵌入人体型。因此，就目前来说消费电子产品从可携带型向可穿戴型的演变是发展趋势。32智行导航鞋 2 产品简介及说明2 产品简介及说明2.1 产品简介2.1.1 产品综述本产品由偏心振动装置、GPS芯片、GSM卡、压电陶瓷片、蓝牙模块等部件有效合理集成。首先，压电陶瓷片辅助蓄电池为产品供量；其次，三重定位手段精确定位与导航；再次，利用偏心振动装置模块实现信息传递功能；最后，通过通信模块等模块实现产品与互联网、手机APP软件的信息交换与传递。2.1.2 产品原理本产品是一双采用偏心振动装置、GPS芯片、GSM卡、压电陶瓷片、蓝牙模块、陀螺仪传感器等部件有效合理集成的智能导航鞋。鞋子

23、外部设有触动开关，内部设有防水盒收纳槽，用于将智能集成芯片容置在槽内，并且我们还配套研发了“智行管家”APP，硬件和软件的搭配使用令本产品的功能更加丰富齐全，导航鞋内的智能控制系统如图3-1所示。图2-1 鞋体内的智能控制系统Fig2-1 Intelligent control system for shoe body2.1.3 产品功能本产品所使用技术均为自主研发创新技术（已获得一项实用新型专利），操作简单，适用人群广，尤其为社会的弱势群体提供了便利。并且本产品所采用的双能源供电装置结构简单，易于实现，成本低，可大型批量化生产，可以长时间运行。本产品的功能与市面上的其他主打防走失的产品截然不

24、同，详细说明如下：其一，双电源供能；本产品在电源模块中内置了压电陶瓷装置，它可以将行走过程中用户施予鞋子的压力转化为电能并储存在蓄电装置内，利用这项技术，产品能够克服智能产品续航时间短缺点，也同时使产品拥有了绿色、环保理念。其二，短程导航记忆功能；通过GPS模块获取用户的行走路程和路线，再将常用出发点到目的地的路线记录下来，这一功能主要是出于对阿尔茨海默病患者以及天生缺乏方向感的人群考虑，可以根据不同的需要，记忆多条路线，一键导航，适用于短程内的往返路程记录。其三，智能导航功能；通过接入百度鹰眼技术，再结合室内wifi定位技术，可以实现精确的定位导航功能。手机APP在收到导航命令后，会自动规划

25、出最优路线，行走过程中通过双脚内置的振动器的振动用来提示改变的方向，最后到达目的地时振动器会持续一个5秒的振动来告知用户。其四，老人跌倒报警功能；本产品采用了新型的陀螺仪传感器，传感器中集成了加速度传感器的功能，当老人跌倒的瞬间，将产生一定的加速度值，陀螺仪传感器将会测量到这个加速度值，达到预设的门槛值后，将发出报警声，再结合通信模块结合手机APP发送信息以提醒监护人。其五，智行管家APP功能；这是本团队自主研发配套使用的软件，监护人可以通过APP定位到用户当前的位置和历史运动轨迹，同时我们还添加了许多的人性化功能，例如智能签到提醒、安全围栏保护、运动数据检测、重要日期提醒等。其六，换鞋不换“

26、芯”功能；本产品的芯片采用的是可拆卸芯片，可以很方便的取下，对防水盒内的智能芯片进行续航或者更换芯片，达到循环使用的效果。其七，一键呼救功能；使用者可以直接通过按压控制开关向监护人发出求救信号。其八，二维码记录病史功能；监护人可以将使用者的病史和家人联系方式记录下来，生成相应的二维码贴在鞋子上。如果使用者不慎走失，好心人扫一扫二维码，就能够快速知道使用者所在的社区及家人联系电话，帮助使用者顺利回家。如果使用者在出行的时候发病，救护人员还能够在第一时间掌握老人的疾病情况及时施救。其九，体感游戏功能；内置拇指大小的微型体感游戏机，它不同于其他靠摄像头感知和人体动作来控制的体感游戏机，其玩法主要是通

27、过脚部动作，包括左右分腿，上下踏步，前后等等动作实现控制游戏，轻松摆脱孩子拿着手机拿着平板用手指左滑右滑的传统操控方式。支持与蓝牙4.0的手机、平板来进行动作感应，在游戏过程中还能同时监测运动消耗，能够有效改善孩子因沉迷游戏、运动不足导致的近视、肥胖、颈椎病、体质下降等问题。对于家长而言，自己孩子在玩游戏的同时也可以锻炼身体，摆脱了原来坐着不动玩游戏的不健康的游戏方式，这种方式也更容易让家长接受。2.1.4 产品技术（1）电源模块本产品采用了双电源供能模块，主要的供能装置是蓄电池，利用压电陶瓷片通过行走时对其产生的压力生成电流，然后将其储存在一个蓄电装置当中用于防备蓄电池电能不足而无法使用的情

28、况。这种技术相较于利用电磁感应发电来说，鞋子的重量会大大减轻，可以通过多压电片串并联的方式获得所需的电压和电流。本产品利用压电陶瓷片发电的方式，通过在鞋子夹层中放入数块压电陶瓷片，走路时脚部对鞋底的压电片产生压力，通过正压电效应将压力能转化至微型电池中的电能（如图2-2、2-3所示），将电能储存在压电陶瓷发电装置的是压电振子，由于陶瓷材料很脆，所以一般不直接将压电材料作为压电振子来使用，而是将压电陶瓷和某种金属弹性材料粘合在一起共同构成压电振子。当压电振子在压力作用下上下表面产生电荷，其相当于一个电容，电容在其两极产生电荷后就储存了一定的能量。图2-2 压电陶瓷发电原理图Fig2-2 Piez

29、oelectric ceramic power generation principle diagram图2-3 压电陶瓷片发电原理Fig2-2 Piezoelectric ceramic power generation principle diagram（2）GPS芯片模块该模块采用的是三重定位，保证导航的准确性。室外GPS定位（如图2-4所示），信号强、精准度高，无地域距离限制；室内室外WIFI纠偏（如图2-5所示），通过云端MAC地质数据库进行定位纠偏；室内LBS定位（如图2-6所示），弥补室内搜不到GPS信号的问题以及蓝牙定位模块（如图2-7所示）。2012年11月17日，参与北斗卫

30、星导航系统研究和开发的两位中科院专家17日在深圳表示，目前中国北斗卫星导航系统能够实现10米左右的定位服务精度，已达到GPS的水平，再经过地基增强系统建设，北斗的服务精度将超过GPS。在2014年，中国航天信息技术研究院西安航天华迅公司曾宣布，成功研发出第四代高性能北斗GPS导航芯片。该芯片定位精度为2.5米，俘获灵敏度、跟踪灵敏度等各项性能指标达到国际领先水平。这款智能导航防水鞋导航功能主要是依靠置于鞋子内部的GPS芯片，GPS芯片即包含了RF射频芯片，基带芯片及微处理器的芯片组。通过这一模块可以获取用户的行走里程和路线，用户穿上鞋子后从出发点到目的地，都会生成线路地图和公里数、运动量和消耗

31、的卡路里等信息，用户还可以把这些数据分享到APP社区中与他人进行互动。图2-4 GPS定位芯片模块Fig2-4 GPS positioning chip module 图2-6 LBS定位芯片模块Fig2-6 LBS positioning chip module 图2-5 WiFi定位芯片模块Fig2-5 WiFi positioning chip module图2-7 蓝牙定位芯片模块Fig2-7 Bluetooth positioning chip module（3）偏心振动装置模块鞋内的偏心装置（如图2-8所示）是利用旋转运动时产生震动的这一原理工作的，当其与鞋子当中的电路结合起来，在

32、收到鞋子控制电路发出的信号后会有适当大小的电流输入电动机，电动机转子转动，带动凸轮转动，于是产生了震动，从而达到将需要转变方向的提示信息反馈给用户的目的。图2-8 振动装置Fig2-8 Vibration device（4）通信模块本产品的主系统采用嵌入式GPRS无线通信模块（如图2-9所示）。嵌入式GPRS无线通信模块的研制，为本产品在数据传输业务中的应用提供了极大的便利，缩短了应用系统的开发周期，减小了开发难度和风险，通过通信模块接入互联网，从而与服务器进行搭接。图2-9 通信模块Fig2-9 communication module（5）陀螺仪传感器模块陀螺仪传感器（如图2-10所示）中

33、集成了加速度传感器的功能，当老人跌倒的瞬间，将产生一定的加速度值，陀螺仪传感器将会测量到这个加速度值，达到预设的门槛值后，将发出报警声，再结合通信模块结合手机APP发送信息以提醒监护人。图2-10 陀螺仪传感器模块Fig2-10 Gyroscope sensor module（6）控制模块本产品内置的控制模块（如图2-11所示）通过蓝牙模块和智能手机相连接，通过计步器记录用户全天活动轨迹，计算行走距离及热量消耗。用户可以在我们配套使用的APP上观看自己一天的运动量，实时存储和分析健康数据，方便用户制定和实施自己的运动计划，了解自身的健康状况。图2-11 控制模块Fig2-11 control

34、module2.1.5 3DMAX产品效果图团队成员根据导航鞋的内部构成利用3DMAX做出了产品的整体效果图（如图2-12所示）以及三维立面图（如图2-13所示），从而使用户更加直观的了解产品构造及功能。图2-12 3DMAX整体效果图Fig2-12 3DMAX overall effect chart图2-13 智能导航鞋三维立面图Fig2-13 3D elevation of intelligent navigation shoes本产品主打的特色是智能定位导航功能，由两大部分组成（如图2-14所示），分别是鞋体和鞋体内的智能控制系统。在我们的鞋子内部会有一个防水盒凹槽用于放置集成芯片，在

35、鞋头和鞋跟部位安置输出装置，即偏心振动装置。并且鞋子的芯片可以随时拆卸更换，满足了用户的需要。图2-14 智能导航鞋内部剖面图Fig2-14 Intelligent navigation shoes internal profile公司对产品的进一步研发上从未松懈，在原有基础的导航鞋具备的功能上进行改良，在外部安置LED炫光灯，如此一来，用户在晚上行走时就可以避免因为路面漆黑而发生不必要的交通事故（如图2-15、2-16所示）。图2-15 智能导航鞋内部结构图Fig2-15 Intelligent navigation shoes internal structure图2-16 智能导航鞋底部

36、结构图Fig2-16 Intelligent navigation shoe bottom structure2.2 产品分类根据使用人群不同的需要公司将产品大致分为类：（1）智能定位导航老年产品系列该系列产品主要针对老年人的特征进行设计，其中具备的特色功能有：1）短程导航记忆功能；可以根据不同的需要，记忆多条路线，一键导航，适用于短程内的往返路程记录，例如从家中前往超市、菜市场等地。2）老人跌倒报警功能；内置的陀螺仪传感器将会测量到老人跌倒时的加速度值，达到预设的门槛值后，将发出报警声，结合通信模块给手机APP发送信息从而告知监护人。3）一键呼救功能；使用者可以直接通过按压控制开关向监护人发

37、出求救信号。4）二维码记录病史及家人信息功能；监护人可以将使用者的病史和家人联系方式记录下来，生成相应的二维码贴在鞋子上。如果使用者不慎走失，好心人扫一扫二维码，就能够快速知道使用者所在的社区及家人联系电话，帮助使用者顺利回家。如果使用者在出行的时候发病，救护人员还能够在第一时间掌握老人的疾病情况及时施救。（2）智能定位导航儿童产品系列该系列产品主要针对儿童的特征进行设计，其中具备的特色功能有：1）短程导航记忆功能；可以根据不同的需要，记忆多条路线，一键导航，适用于短程内的往返路程记录，例如从家中前往学校、公园、小卖部等地。2）一键呼救功能；使用者可以直接通过按压控制开关向监护人发出求救信号。

38、3）二维码记录家人信息功能；用二维码的形式记录家人联系方式，将二维码贴在鞋子上。如果用户不慎走失，好心人只需扫一扫二维码，就能够快速知道使用者所在的社区及家人联系电话，帮助使用者顺利回家。4）体感游戏功能；内置的微型体感游戏机，带来全新的娱乐方式，动动脚的同时就可以让屏幕上的角色跟着一起跳动。孩子在玩游戏的时候也可以同时锻炼身体智行导航鞋 3 实验验证及误差分析3 实验验证及误差分析3.1 初始方位角对准与方位安装误差角标定将GPS组合导航系统安装于鞋子，以约10m/s的速度沿直线行驶30s，对GPS采样，同时记录GPS每秒输出的东向速度VE和北向速度VN。停车后，程序自动完成初始方位角和方位

39、安装误差角的解算，补偿后自动装入初始航向角。初始方位角和方位安装误差角如图4-1所示。图中，N、E为地理坐标系的北向和东向，N、E为计算坐标系的北向和东向，y轴为鞋子纵轴，yI轴为GPS 的纵轴，yI与y之间的夹角为方位安装误差角，为鞋子行驶方位角。图3-1 初始方位角对准与方位安装误差角标定Fig3-1 initial azimuth alignment installation error and azimuth Angle calibration根据对准基线长度和标定精度,首先设定GPS输出速度不小于6m/s时为有效值,分别计算30s内东向和北向速度的平均值:VE=i=1nvE/n， V

40、N=i=1nvN/n (1)然后计算方位角的主值=arctan-VEVN (2)并根据VE和VN所在的象限确定方位角。根据初始方位角对准与方位安装误差角标定反复实验之后，得出VE/VN/VH三个方向的导航位置输出误差（见图4-2）：图3-2 实验中导航设备位置的输出误差Fig3-2 experiment output errors of navigation equipment location由实验数据可知，本产品所使用的GPS导航设备的输出误差接近于0，误差波幅在5米之内，不影响产品正常使用，并且保证了产品的可靠性和产品效果的有效性。3.2 压电陶瓷片发电效率实验电陶瓷所受压力对其发电能力

41、关系研究 本次试验，采用直径20mm的压电片作为发电材料，将压电片 片作为正极，铜线作为负极，先串联1k的电阻以及发光二极管作为负载，所测电压为负载端电压，实验中，分别以为不同体重的人作为实验对象，对其正常行走时踩压陶瓷产生的电压进行统计和整理，每个实验对象分别进行了100组实验数据的记录，计算出产生电压的平均值和最大值（实验所测得数据皆为输出电压的平均值）。图3-3 压电陶瓷输出电能效率实验Fig3-3 piezoelectric ceramic power output efficiency experiment试验中，为探究压电振子的发电效能，制作了一套利用测量电容充电时间估算压电振子发

42、电效率的装置，装置由整流单元，滤波单元，稳压单元，储能单元组成，储能单元由五个规格为2200F，35V的电容并联组成。 利用整流，滤波，稳压单元对压电振子输出的电能进行降压增流处理，输出为稳定的9V电压。以一个体重为65kg的人作为实验对象，在其正常行走情况下分别测得在不同压电陶瓷片数下电容两端达到稳压电压值所需时间，并进行分析。结论：本装置可以将人走动时产生的不可利用的机械能转化为可被利用的电能，产生的电能即可直接用于供电，也可用于储备。而且装置简单，极易安装，成本低，利用率高。3.3 智能导航鞋实地导航记忆实验及效果分析为了进一步检验本产品的效果，本项目团队对本产品进行了实地导航实验：实验

43、中，本项目团队穿着项目试验产品智能导航鞋V1.0，由学校“东华理工大学长江学院（江西省抚州市学府路56号）”出发，通过蓝牙传输，在事先调试、输入目的地“抚州市步步高商业大厦”之后，开始了产品实验。图3-4 实验起始位置（坐标及位置名称）Fig3-4 experimental starting position (coordinates and position name)图3-5 实验中实验人员与工作人员Fig3-5 experiment of experiment personnel and staff图3-6 实验中的本产品试用V1.0版Fig3-6 experiment of this

44、product trial V1.0图3-7 实验起始位置（坐标及位置名称）Fig3-7 experimental starting position (coordinates and position name)实验中，我们不使用任何其它辅助工具，实验人员在工作人员的保护下，蒙上双眼，只依靠我们的产品导航，成功从起始位置行驶到了终点位置，用亲身实验验证了本产品的切实可靠性和坐标准确性。智行导航鞋 4 创新点4 创新点智能导航鞋的科学性和先进性主要体现在以下几个方面:（一）智能导航鞋采用GPS低耗能芯片，用户可以将其通过蓝牙与手机相连，将所需要的地图等信息传输到GPS芯片当中，方便简洁。（二）

45、智能导航鞋的震动利用偏心装置在旋转运动时产生震动，当有信息收到并需要以振动方式提醒的时候，鞋子的控制电路就会发出信号，从而会有适当大小的电流输入电动机，电动机转子转动带动凸轮转动，然后通过其左右鞋的震动提示用户前进方向。（三）GPS芯片的供能是人力走路发电，它可以在行走过程中收集电能，利用这项技术，人们可以通过无线传输器随身佩戴的电子传感设备供电而无需使用电池。 （四）智能导航鞋所使用技术均为高科技创新技术，操作简单，适用人群广。尤其为社会的弱势群体提供了便利。（五）智能导航鞋所采用的发电装置结构简单，易于实现，成本低，可大型化批量生产，可以长时间运行。智行导航鞋 5 总结5 总 结随着高科技

46、的高速发展，智能穿戴式设备正在慢慢改变人们的生活方式。人们不仅仅是单调的盯着屏幕操作，我们坚定相信在不久的将来，可穿戴智能设备必然会成为主流。所以本次项目最初的创意是通过将鞋和应用广泛的导航相结合，生成一款智能导航鞋，目的是改善小孩、老人、容易走失，路痴容易迷路，盲人由于自身的残障出行的问题。在项目开始之初我们上网了解过目前导航的使用状况：据数据统计，中国导航使用用户规模达5.53亿人。数据显示，截止2015年上半年，中国导航使用用户规模达5.53亿人，环比增长3.2%，增速有所放缓。导航生活类功能用户需求逐步提升。不难看出，目前导航用户已非常普及，这为将来产品面世打下了坚固的市场基础。智行导

47、航鞋采取GPS低耗能芯片，使用过程中需要通过蓝牙与智能机相连。随后智行导航鞋可通过其左鞋或右鞋的嗡嗡振动声，提示用户前进的方向。智行导航鞋可以借助人力走路发电，鞋子内部安装了一个发电装置，通过在鞋子夹层中放入一块压电陶瓷片，走路时脚跟对鞋底的压电片产生压力，通过正压电效应将压力能转化至微型电池中电能。这样就能解决电源没电的问题。这款智行导航鞋对我们的意义可谓重大，它的诞生给我们身边的弱势群体带来福音。在外出时刻，手机等导航设备不可能一直随身携带或者能够保持它的电量充足到足够维持长时间的导航运作。此时的导航鞋就发挥了巨大的作用，只要人在移动它就能够产生电能储存在其中给GPS芯片供能。这样就能保证

48、导航的持续性。对于老人，小孩等弱势群体，我们这款导航鞋更是能够保障他们的出行安全，老人小孩等弱势群体，他们对于手机GPS等高端科技还是处于不能熟悉操作的程度，所以智行导航鞋就很好的解决了这个问题，它能够正确的指引直至目的地，而且具有的定位功能更是保障了自己的人生安全。智行导航鞋 获奖情况获奖情况韩国国际女子发明展铜奖实用新型专利博耳杯首届大学生创客大赛铜奖中航工业第十届“挑战杯”大学生创业计划竞赛铜奖第十届“挑战杯”大学生创业计划竞赛银奖2016“创青春”全国大学生创业大赛校赛特等奖第十二届大学生科技创新基金项目校赛二等奖2016年“创青春”全国大学生创业计划竞赛校赛一等奖智行导航鞋 致谢致

49、谢对于我们团队能及时高效地完成这项作品,首先要感谢校领导和老师对大学生创新创业的大力宣传、协助和支持。在校领导的大力倡导下，我和我的团队积极响应学校的号召。共同对本次项目进行深入的研究分析，在指导老师的密切指导下，如期向各位展示我们团队共同努力的成果。在此次作品制作和论文撰写的过程中，我们为此付出了巨大的努力。我们在已有的基础上不断开拓创新，通过查阅了大量的文献书籍资料，完善了理论知识，为我们完成这个课题打下了坚实的基础。在这一段宝贵的时光中，我和我的团队成员们既增长了知识、开阔了视野、锻炼了心态，又培养了良好的动手能力和科研精神。因此，我代表我们团队再次向校领导、老师和同学表示最诚挚的敬意和

50、最衷心的感谢。智行导航鞋 参考文献参考文献1张惠,张健,梁兴忠,张瑞锋. 全球定位系统(GPS)技术的发展现状及未来发展趋势 J. 仪器仪表标准化与计量,2011,02:43-45.2石伟华.基于手机平台的位置服务的应用研究 D. 上海师范大学,2006.3李锋雨，周荣波.手机导航系统的设计与实现 J. 电脑知识与技术(学术交流),2007,04:1097-1098+1157.4蒋建荣.论现代信息技术对残疾人士的影响 J. 中国教育技术装备,2009,07:9.5王奇君. 多模卫星导航芯片组中GPS信号捕获跟踪的设计与实现 D. 北京大学,2008.6胡睿. 嵌入式GPS多功能手持终端的设计与

51、实现 D. 华中师范大学,2007.7贾杰.压电发电装置的能量转换及存储特性研究 D. 吉林大学,2008.8严宇才. 一种微型电磁式振动能量收集器的设计与研究 D. 浙江工业大学,2013.9Maury Wright. GPS芯片集实现定时定位定速功能 J. 电子设计技术,1997,06:20+23-24.智能导航鞋 附录一 问卷调查问题附录一 问卷调查问题1) 您的性别男 女2) 您的年龄1830岁3045岁4560岁60岁以上3) 您的大致月收入无收入来源2000元以上20005000元50008000元8000元以上4) 请问您家中老人孩子共有几位？ 一位 二位 三位及三位以上5) 您

52、家中是否有儿童、老人或者宠物走失的经历 是 否6) 您认为给老人孩子配备一款可穿戴智能定位导航设备有必要吗 有 没有7) 您是否听说过智能定位导航鞋？ 是 否8) 您是否购买过类似的防走失产品？ 是 否9) 您认为现在市面上的防走失智能穿戴产品最大的瓶颈是什么？（多选）噱头大于实际作用收集身体数据准确性不高只是收集数据，但没有延展服务设备太大，耗电过于快，佩戴不方便10) 您觉得影响您购买防走失定位器产品的因素有？（多选）价格高低耐用度与稳定性功能多样性操作难易度款式外观11) 防走失设备有多种佩戴方式，您最喜欢哪种？ 夹子 腕带 集成在鞋里 挂饰 其他12) 如果有一款智能定位导航鞋，您是否会考虑购买使用它 是 否13）您认为给父母子女购买一款防走失安全设备合适的价位是？200元以下200至500元500至800元 800至1000元1000元以上14）GPS定位导航器在向客户传回位置坐标信息时，是通过SIM卡的GPRS流量来实现的，您能接受为使用该定位功能支付的每月使用资费为（注：与所使用功能的完善程度相关）5元以下6至10元11元以上