Дистанційні системи керування взуттєвої устілки з підігріванням

Реферат: Дистанційна система керування устілки з підігріванням, в якій запропоновані адресні дані, що визначають конкретні устілки для нагрівання. З моменту початку процесу нагрівання створюють періодично повторювані сигнали керування для нагрівання устілок. UA 111527 C2 (12) UA 111527 C2 UA 111527 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [0001] Даний винахід належить до устілок для взуття з підігріванням на дистанційному керуванні і до способу керування такими устілками з підігріванням, який забезпечує більш надійні засоби забезпечення отримання бажаної користувачем температури. [0002] Даний винахід відноситься до взуттєвих устілок, що нагрівають, і до вдосконалення здатності отримання бажаної температури через бездротові сигнали керування. Устілки з підігріванням призначені для того, щоб допомогти користувачеві пережити холодну погоду за допомогою забезпечення додаткового нагрівання в разі, коли природного тепла тіла недостатньо або коли потрібно додаткове нагрівання для більшого комфорту. Коли кінцівка тіла починає замерзати, в тілі відбувається природна фізіологічна реакція вазоконстрикції, при якій нервова система обмежує приплив крові до замерзлої кінцівки в спробі зберегти тепло в решті тіла. Добре відомо, що обмороження та інші ушкодження, викликані холодом, в першу чергу відбуваються в пальцях рук і ніг внаслідок вазоконстрикції, і підтримка тепла в цих кінцівках допоможе їх гарантованому життєзабезпеченню або, щонайменше, більш комфортному перебуванню поза приміщенням. [0003] Устілки з підігріванням є ключовим компонентом для запобігання ушкоджень в холодну погоду і добре відомі мисливцям і туристам як стандартні засоби порятунку при знаходженні в лісах і лісонасадженнях. Однак, існує проблема в керуванні такими устілками, оскільки часто температуру устілки потрібно регулювати з урахуванням різних умов і рівнів комфорту. Стандартні способи регулювання температури вимагають від користувача необхідності знімати своє взуття, щоб отримати доступ до устілки з метою проведення бажаних регулювань. Крім того, що ця процедура потребує багато часу, виймання ступні користувача з взуття для забезпечення доступу до устілки виставляє ступню на холод. Вказана процедура регулювання без сумніву знижує температуру ступні ще більше, збільшуючи таким чином ризик ушкодження. [0004] Однак розроблений поліпшений спосіб керування, який використовує ручну систему дистанційного керування, яка використовує зовнішній по відношенню до устілки передавальний блок і приймальний блок, розташований у вузлі устілки всередині взуття. У цьому випадку користувач здійснює бажане регулювання нагрівання за допомогою вибору налаштувань нагрівання на ручному дистанційному блоці, які потім передаються по бездротовому зв'язку на прийомний блок, розташований усередині вузла устілки з підігріванням. Хоча цей поліпшений спосіб керування є удосконаленням, вимоги до конструкції для належного розміщення устілки з підігріванням призводять до неоптимальних умов для бездротового керування, що буде показано в подальшому обговоренні. [0005] Устілки з підігріванням поміщають у взуття нижньою поверхнею по відношенню до нижньої частини взуття, а верхньою поверхнею по відношенню до ступні користувача під час використання. Розміщення антени всередині устілки здійснюють паралельно поверхні землі, а також ступні, розташованій над нею. Проте, недоліком в рівні техніки є обмежувальне розміщення антени, що як правило забороняє прийом інформації, що передається з ручного блоку в приймальний блок внаслідок ефекту заземлення сигналу, що виникає на нижній частині і на ступні користувача, розташованій поверх антени. Цей ефект заземлення часто є досить потужним, щоб затримувати інформацію від передавального до приймального блоку, і отже, перешкоджає будь-якому регулюванню нагрівання. [0006] Додатково, особливо важливо для подолання втрат сигналу враховувати розташування радіочастотного приймача всередині взуття, яке знаходиться в контакті із землею. Відомі радіокеровані устілки містять дротяну антену, розташовану вздовж середньої лінії устілки. Це викликає недоліки, тому що здійснюється вплив на силу сигналу. Винахідники прийшли до розуміння, що велика частина переданого сигналу блокується землею і не досягає антени приймача, розташованої в устілці. Ступні та тіло користувача також здатні блокувати сигнал. Одним удосконаленням даного винаходу є розміщення антени приймача в положенні, яке є вигіднішим для прийому сигналу, наприклад, поруч із зовнішнім краєм устілки. З такою антеною прийом істотно поліпшується. [0007] Даний винахід містить пристрій устілки з підігріванням для керування бажаною температурою устілки, який використовує частоти радіозв'язку з поліпшеною системою передачі. Даний винахід використовує стандартну частоту 433 МГц, однак також може бути використаний з іншими частотами, такими як загальновживана частота 2,4 ГГц. [0008] Як було описано вище, виробництво такого виробу як устілка потребує, щоб сам собою пристрій був відносно плоским і підходив до стандартного взуття. Ця вимога змушує, щоб необхідне джерело живлення, способи керування та засоби зв'язку розташовувалися в межах взуття та лежали в горизонтальній площині паралельно поверхні землі. Хоча таке обмеження простору досягають при гарній практиці проектування, радіозв'язок страждає в основному від 1 UA 111527 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 горизонтальної орієнтації антени, її близькості до землі і людини, що стоїть над нею. Крім того, передача на описаних вище частотах диктується органами керування та є обмеженою передачею тільки до декількох секунд на годину, таким чином, поняття безперервної передачі буде заборонено навіть при енергетичному потенціалі. [0009] Даний винахід також розкриває систему і спосіб зв'язку, які допомагають забезпечувати ефективнішу передачу команд користувача завдяки забезпеченню безлічі передач через конкретні проміжки часу. За допомогою дискретних розрахованих за часом передач, які виконуються після того, як користувач почав керування температурою, збільшують ймовірність передач, що співпадають з тими моментами, коли користувач робить крок і піднімає ступню. Розрахований за часом періодичний, повторюваний, бездротовий сигнал керування може бути поданий пультом дистанційного керування або може управлятися мікропроцесором всередині устілки. За відсутності дотику ступні з землею відстань між антеною, що горизонтально розташовується усередині устілки, і поверхнею землі значно зростає, що призводить до збільшення діапазону прийому для устілки. Вторинним явищем, що має місце, коли ступня знаходиться в повітрі, є зняття тиску людини, яка носить це взуття, з устілки, зменшення тиску на піноматеріал між антеною та людиною на деяке значення, що вимірюється. Це зменшення тиску є невеликим, проте сприяє підвищенню успіху передачі, таким чином забезпечуючи надійніший досвід використання. Таким чином, даний винахід відноситься до системи для дистанційного регулювання температури устілки з підігріванням, що містить електронну схему і нагрівальний елемент, які розміщені в устілці, причому електронна схема містить приймач, виконаний з можливістю прийому бездротового сигналу керування, і мікропроцесор, пов'язаний з вказаним приймачем і вказаним нагрівальним елементом, і дистанційний передатчик, виконаний з можливістю прийому команди користувача для регулювання температури нагрівального елемента, і виконаний з можливістю, у відповідь на вказану команду користувача, автоматичної передачі періодичних, повторюваних, бездротових сигналів керування до приймача, причому кожний з повторюваних бездротових сигналів керування інструктує мікропроцесор до виконання отриманої команди користувача й регулювання температури вказаного нагрівального елемента. [0010] Наприклад, добре відомо, що доросла людина ходить зі швидкістю 3 милі/год (4,8 км/год), що дорівнює 4 фути/с (1,2 м/с) з довжиною кроку близько вісімнадцяти дюймів (45 см). Такий крок і темп припускають здійснення приблизно 2,6 кроків кожну секунду. [0011] Оскільки люди мають по дві ноги і чергують їх при ходьбі, то звідси слідує, що кожна ступня піднімається над землею кожні 1,3 секунди або приблизно один раз в секунду. [0012] Знання того, що кожна ступня знаходиться над землею один раз в секунду майже на секунду, забезпечує більш надійний зв'язок за допомогою здійснення передач під час знаходження ступні в повітрі, а не на поверхні землі. Передачі кожні півсекунди будуть гарантувати збіг переданого по радіо сигналу з одночасним перебуванням ступні в повітрі, доставляючи, таким чином, призначену команду до пристрою устілки. Інші тимчасові періоди можуть бути вибрані відповідно до превалюючого державного регулювання. [0013] Для лижників і сноубордистів, що використовують даний винахід, положення ступні також змінюється від чисто горизонтального до дещо вертикальної орієнтації, наприклад, коли лижник використовує краї або сноубордист міняє позиції. Більш того, операція нагрівання може відбуватися,поки користувач знаходиться на підйомнику, що також міняє орієнтацію підошви. [0014] Передача послідовності кодованих сигналів, що здійснюється періодично через короткі проміжки часу після початку процесу нагрівання устілки дозволяє користувачеві ефективніше передавати устілці інструкції по нагріванню. [0015] Даний винахід включає пару устілок з електричним підігріванням з батарейним живленням, які знаходяться в радіозв'язку з радіочастотним передавачем у вигляді брелка. Батарейка являє собою літієву іонну полімерну батарейку і забезпечена власною звичайною захисної схемою. Передавач посилає кодований сигнал, який буде отриманий і буде декодований унікальною парою устілок. Устілки мають перемикач «вкл/викл». Цей перемикач може бути поставлений в положення «вкл» перед тим, як устілку поміщають у взуття. [0016] Коли перемикач знаходиться в положенні «вкл», устілка не виробляє тепла, а радіочастотна система в устілці готова до прийняття команд від передавача у вигляді брелка. Кожна устілка має перемикач «вкл/викл» і може мати унікальний код, що дозволяє нагріватися вибраним устілкам. Коли обидва перемикачі включені, обидві устілки будуть відповідати передавачу у вигляді брелка. Користувач може використовувати передавач у вигляді брелка для вибору між режимами "без нагрівання", "середнє нагрівання" і "сильне нагрівання", 2 UA 111527 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 натискаючи на відповідну кнопку на передавачі у вигляді брелока однократно. Можуть бути використані настроювання, відмінні від дискретних. [0017] Коли на передавачі, виконаному у вигляді брелка, вибране настроювання нагрівання, радіочастотний приймач в устілці визначає сигнал і, якщо він призначений для певної устілки, активує в ній цей процес. Мікропроцесор вимірює температуру біля нагрівального елемента, і якщо температура занадто низька для вибраного настроювання, струм від батарейки тече до нагрівального елемента доти, поки термістор не досягне заданої температури. Термістор створює сигнал, який посилають в мікропроцесор. Мікропроцесор контролює перебіг струму для досягнення та підтримки заданої температури доти, поки користувач не вибере іншу настройку. Можуть бути використані інші способи керування нагріванням в устілці. [0018] Фіг.1 показує блок-схему передавального блоку. [0019] Фіг.2 показує блок-схему електричної схеми всередині устілки. [0020] Фіг.3 і 3В показують часткові види устілки в розрізі, що показують розташування антени відповідно до даного винаходу і попереднього рівня техніки. [0021] На Фіг.1 зображена блок-схема передавача 10 відповідно до даного винаходу. Передавач включає інтегральну схему S14010, з'єднану з безліччю натискних кнопок 12, 14 і 16. Натискні кнопки створюють сигнали, щоб викликати в устілці, відповідно, сильне, середнє нагрівання і відсутність нагрівання. Користувач вибирає натискну кнопку для активації, щоб управляти температурою устілки. [0022] Світло діод 18 може бути з'єднаний з передавачем для вказівки на те, що передавач здійснює передачу та/або він включений і здатний здійснити передачу. Антена 19, з'єднана з передавачем бездротовим чином, передає електронні сигнали, що виникають в передавачі 10, на електричну схему в устілці. [0023] Передавач 10 декодує команду користувача шляхом визначення того, яка з натискних кнопок вибрана, і забезпечує збудження чотирьох пакетів інформації або електричних сигналів, при цьому кожен пакет містить дані та адресу. Тривалість пакета становить, наприклад, 120 мс, і всі чотири пакета займають приблизно 512 мс для передачі. Щоб переконатися, що команда отримана належним чином, послідовність з чотирьох пакетів повторюють кожні 5 секунд протягом наступної хвилини в цілому до 20 пакетів. Це знаходиться в межах норм Федеральної комісії зв'язку (США). [0024] На Фіг.2 показана електрична схема, розташована в устілці. Пакети даних, що передаються, приймаються і декодуються за допомогою приймача 24, з'єднаного з мікроконтролером 26. Декодований сигнал посилають для обробки в мікроконтролер, який створює сигнал керування для органу 28 керування нагрівального елемента, щоб отримати умови бажаної температури для устілки. Додатково, адресні дані визначають устілку, керування якою необхідно здійснити. Орган 28 керування нагрівального елемента з'єднаний з вузлом 30 нагрівального елемента, розташованим в устілці, для нагрівання устілки до бажаної температури. Вузол нагрівального елемента також містить пристрій для вимірювання температури, такий як термістор, для визначення в реальному часі температури устілки з підігріванням для визначення необхідності додаткового нагрівання під керуванням мікроконтролера 26. [0025] Джерелом живлення мікроконтролера 26 і вузла 30 нагрівального елемента є літієва іонна полімерна батарея 32 з напругою 4,2 В, що має внутрішню захисну схему 34. [0026] Літієву батарею 32 перезаряджають з використанням зовнішнього зарядного пристрою 22 постійного струму, з'єднаного з вхідними гніздами 36, розташованими всередині устілки. Таким чином, керування зарядкою здійснюється поза устілкою. Обмежувач 38 напруги з'єднаний з виходом зовнішнього джерела зарядки, щоб гарантовано підтримувати напругу, що подається для перезарядки батареї 32, нижче заданого рівня. Зарядка батареї здійснюється за допомогою зовнішнього зарядного пристрою для керування напругою і струмом, що подаються на батареї, а обмежувач 38 напруги забезпечує точне керування напругою для оптимальної зарядки батареї. Запропоновано світлодіод 23 із зовнішнім зарядним пристроєм 22 постійного струму для відображення статусу батареї, так що можна визначити, коли батарея достатньо заряджена, і зовнішній зарядний пристрій може бути відключено від устілок. Схема 42 регулятора напруги 3В запропонована для забезпечення правильної роботи мікроконтролера і вузла нагрівального елемента. Схема керування для системи, що показана на Фіг.2, містить регулятор 42 напруги, призначений для керування напругою на мікроконтролері 36. [0027] Розташування захисної схеми 34 всередині батареї є вдосконаленням порівняно з розташуванням захисної схеми ззовні літієвої батареї. Розташування захисної схеми всередині літієвої батареї є важливим тому, що при короткому замиканні в батареї небезпека буде відвернена завдяки наявності в ній захисної схеми. При віддаленому від літієвої батареї 3 UA 111527 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 розташуванні захисної схеми неможливо запобігти пошкодженню батареї від такого короткого замикання. [0028] При звичайному використанні користувач встановлює перемикач 44 «вкл/викл» в устілці в положення «вкл», щоб напруга батареї могла здійснювати керування електричною схемою, що розміщена в ній. Мікроконтролер 26 отримує командний сигнал від радіочастотного приймача 24 і декодує інформацію, щоб з'ясувати чи співпадає унікальна адреса з адресою устілки. Якщо такий збіг встановлено, мікроконтролер на основі командного сигналу потім визначає бажані настроювання нагрівання. Як тільки настроювання нагрівання декодоване, мікроконтролер 26 подає регулятору 28 нагрівання команду на включення нагрівального елемента і підтримку необхідного заданого нагрівання. Це продовжується до тих пір, поки користувач не перемкне перемикач «вкл/викл» в положення «викл» або поки не розрядиться батарея. Додатково в передавачі є регулятор нагрівання (Без нагрівання), який також може вимикати нагрівальний елемент. [0029] Даний винахід містить пару устілок з електричним підігріванням з батарейним живленням, які пов'язані по радіо з радіочастотним передавачем 8 у вигляді брелка (см. Фіг.1). Передавач 10 відправляє кодований сигнал, який може бути отриманий і декодований за допомогою унікальної пари устілок. Коли перемикач в устілці включений, устілка не виробляє тепла, а радіочастотна система в устілці готова до прийняття команд від передавача у вигляді брелока. Кожна устілка має свій перемикач «вкл/викл». Коли включені обидва перемикачі, обидві устілки можуть відповісти R/F передавачу у вигляді брелка в залежності від адресних даних. Користувач може використовувати передавач 8 у вигляді брелка для вибору між режимами "без нагрівання", "середнє нагрівання" і "сильне нагрівання", натискаючи на відповідну кнопку на передавачі 8 у вигляді брелка. [0030] Коли настройки нагрівання вибрані на передавачі 8 у вигляді брелка, радіочастотний приймач 24 в устілці визначає сигнал і активує мікропроцесор 26. Мікропроцесор 26 розпізнає стан термістора, який вимірює температуру і який розташовується біля нагрівального елемента, і, якщо температура занадто низька для вибраного настроювання, струм від батарейки 32 протікає до нагрівального елемента 30 до тих пір, поки термістор не досягне заданої температури. Потім мікропроцесор 26 зменшує перебіг струму, щоб підтримувати задану температуру. Температура підтримується доти, поки користувач не вибере інше настроювання. [0031] Особливо важливо враховувати розташування радіочастотного приймача всередині взуття, що знаходиться в дотику з землею, для подолання втрат сигналу. Відомі радіокеровані устілки містять дротяну антену 40, розташовану уздовж середньої лінії устілки (див. Фіг.3). Це є проблематичним, бо не є достатньою потужність сигналу. Велика частина переданого сигналу блокується землею і не досягає антени приймача, що розташовується в устілці. Ступні і тіло користувача також здатні блокувати сигнал. Антена 42 приймача даного винаходу розташована біля зовнішнього краю устілки (див. Фіг. 3а) [0032] Коли користувачеві потрібне перезарядження батарей, устілки можуть бути вийняті з взуття, а перемикачі вимкнені. Як альтернатива зарядні гнізда можуть бути доступні з зовнішнього боку взуття при відповідній водонепроникності захисту зарядних гнізд. [0033] Слід розуміти, що переважний варіант реалізації був описаний з метою кращої ілюстрації принципів винаходу і його практичного застосування, щоб тим самим дозволити фахівцеві в даній області техніки використовувати винахід у різних варіантах реалізації і з різними модифікаціями, підходящими для конкретного використання, що припускається. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Система для дистанційного регулювання температури устілки з підігріванням, яка містить: електронну схему і нагрівальний елемент, що розміщені в устілці, причому електронна схема містить приймач, виконаний з можливістю прийому бездротового сигналу керування, і мікропроцесор, пов'язаний з вказаним приймачем і вказаним нагрівальним елементом, і дистанційний передатчик, виконаний з можливістю прийому команди користувача для регулювання температури нагрівального елемента й виконаний з можливістю, у відповідь на вказану команду користувача, автоматичної передачі періодичних, повторюваних, бездротових сигналів керування до приймача, причому кожний з повторюваних бездротових сигналів керування інструктує мікропроцесор до виконання отриманої команди користувача та регулювання температури вказаного нагрівального елемента. 4 UA 111527 C2 5 10 15 20 25 30 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що дистанційний передавач виконаний з можливістю прийому вказаної команди користувача за допомогою натискної кнопки. 3. Система за п. 2, яка відрізняється тим, що натискна кнопка виконана з можливістю однократного натискання для початку процесу нагрівання. 4. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що періодичні, повторювані, бездротові сигнали керування створені за період часу в цілому менше п'яти хвилин. 5. Система за п. 4, яка відрізняється тим, що періодичні сигнали створені за період часу в цілому менше двох хвилин. 6. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що періодичні сигнали створюють приблизно кожні п'ятнадцять секунд. 7. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що устілка містить плоску іонну літієву батарею, що перезаряджається, а електронна схема додатково містить регулятор напруги, з'єднаний з вказаною літієвою батареєю для регулювання напруги у вказаній літієвій батареї. 8. Система за п. 7, яка відрізняється тим, що електронна схема в устілці додатково містить обмежувач напруги, з'єднаний з вказаною літієвою батареєю. 9. Система за п. 7, яка відрізняється тим, що додатково містить засоби розміщення в устілці зазначеної літієвої батареї, причому засоби розміщення виконані з можливістю легкого видалення вказаної літієвої батареї з устілки. 10. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що додатково містить антену, з'єднану з вказаною електронною схемою, причому антена розташована на периферії устілки. 11. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що періодичні, повторювані, бездротові сигнали керування містять унікальні ідентифікаційні дані устілки і дані керування, причому устілка, призначена для нагрівання, ідентифікується вказаними ідентифікаційними даними устілки. 12. Система за п. 11, яка відрізняється тим, що унікальні ідентифікаційні дані устілки містять дані, що відповідають більше ніж одній устілці, яка підлягає нагріванню. 13. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що нагрівальний елемент живиться іонною літієвою полімерною батареєю, що має схеми безпеки, розташовані між полюсами батареї і сполучними дротами. 14. Система за п. 13, яка відрізняється тим, що батарея містить вхідні гнізда, виконані з можливістю з'єднання з джерелами, що перезаряджаються, поза вказаною устілкою. 5 UA 111527 C2 6 UA 111527 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7