运动能量收集电路和便携式电子设备
技术领域
本发明涉及电子设备技术领域，特别涉及一种运动能量收集电路和一种便携式电子设备。
背景技术
当今可穿戴智能电子设备越来越受到消费者的青睐，然而其续航时间的问题一直制约着整个可穿戴智能电子设备行业的发展。目前，市场上流行的可穿戴智能设备基本上都是采用内置锂电池的方式，但是其续航时间普遍较短。
可以说，无论是智能手表还是智能手机，亦或是其他类型的电子产品，续航时间都是其发展的最大阻力。为了尽量延长续航时间，大多数的可穿戴智能设备均采取了牺牲配置和功能的做法，大大降低了用户的体验性。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种运动能量收集电路，该电路能够避免运动能量的浪费，提高运动能量的收集效率。
本发明的第二个目的在于提出一种便携式电子设备。
为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种运动能量收集电路，其包括：发电模块，所述发电模块用于将人体运动产生的动能转换为电能，并输出直流电；低频运动能量收集模块，所述低频运动能量收集模块用于收集所述发电模块在人体处于低频运动状态时输出的直流电；高频运动能量收集模块，所述高频运动能量收集模块用于收集所述发电模块在人体处于高频运动状态时输出的直流电；储能模块，所述储能模块分别与所述低频运动能量收集模块和所述高频运动能量收集模块相连；运动切换模块，所述运动切换模块分别与所述发电模块、所述低频运动能量收集模块和所述高频运动能量收集模块相连，所述运动切换模块用于监测人体运动状态，并根据所述人体运动状态控制所述低频运动能量收集模块和所述高频运动能量收集模块切换进行工作，以分别对所述储能模块进行充电。
根据本发明实施例的运动能量收集电路，通过发电模块将人体运动产生的动能转换为电能，并输出直流电，通过运动切换模块监测人体运动状态，以根据人体运动状态控制低频运动能量收集模块收集发电模块在人体处于低频运动状态时输出的直流电，并控制高频运动能量收集模块收集发电模块在人体处于高频运动状态时输出的直流电，以分别对储能模块进行充电。该电路能够避免运动能量的浪费，提高运动能量的收集效率。
为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种便携式电子设备，其包括上述的运动能量收集电路。
根据本发明实施例的便携式电子设备，通过上述的运动能量收集电路，能够避免运动能量的浪费，提高运动能量的收集效率。
附图说明
图1是根据本发明实施例的运动能量收集电路的方框示意图；
图2是根据本发明一个实施例的运动切换模块的方框示意图；
图3是根据本发明一个实施例的运动能量收集电路的结构图；
图4是根据本发明另一个实施例的运动能量收集电路的结构图；
图5是根据本发明又一个实施例的运动能量收集电路的结构图；以及
图6是根据本发明实施例的便携式电子设备的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的运动能量收集电路和便携式电子设备。
图1是根据本发明实施例的运动能量收集电路的方框示意图。如图1所示，本发明实施例的运动能量收集电路包括：发电模块10、低频运动能量收集模块20、高频运动能量收集模块30、储能模块40和运动切换模块50。
其中，发电模块10用于将人体运动产生的动能转换为电能，并输出直流电。低频运动能量收集模块20用于收集发电模块10在人体处于低频运动状态时输出的直流电。高频运动能量收集模块30用于收集发电模块10在人体处于高频运动状态时输出的直流电。储能模块40分别与低频运动能量收集模块20和高频运动能量收集模块30相连。运动切换模块50分别与发电模块10、低频运动能量收集模块20和高频运动能量收集模块30相连，运动切换模块50用于监测人体运动状态，并根据人体运动状态控制低频运动能量收集模块20和高频运动能量收集模块30切换进行工作，以分别对储能模块40进行充电。
可以理解，低频运动是指人体处于低频运动的状态，例如，走路和无意识抬手等动作。高频运动是指人体处于高频运动的状态，例如，跑步和其它大幅度的运动。发电模块10可将人体处于低频运动状态或者高频运动状态时产生的动能转换为电能，并输出直流电。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，运动切换模块50包括：加速度计51、可控开关单元52和单片机53。其中，加速度计51用于检测人体加速度信息。如图3所示，可控开关单元52的第一端与发电模块10相连，可控开关单元52的第二端与低频运动能量收集模块20相连，可控开关单元52的第三端与高频运动能量收集模块30相连。单片机53分别与加速度计51和可控开关单元52的控制端相连，单片机53用于根据人体加速度信息判断人体运动状态，并在人体处于低频运动状态时通过控制可控开关单元52以使低频运动能量收集模块20收集发电模块10输出的直流电、并间歇性地对储能模块40进行充电，以及在人体处于高频运动状态时通过控制可控开关单元52以使高频运动能量收集模块30收集发电模块10输出的直流电、并持续性地对储能模块40进行充电。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，可控开关单元52包括：第一MOSFET Q1和第二MOSFET Q2。其中，第一MOSFET Q1的栅极与单片机53的第一输出端相连，第一MOSFET Q1的源极作为可控开关单元52的第三端。第二MOSFET Q2的栅极与单片机53的第二输出端相连，第一MOSFET Q1的源极作为可控开关单元52的第二端，第一MOSFET Q1的漏极与第二MOSFET Q2的漏极相连，第一MOSFET Q1的漏极与第二MOSFET Q2的漏极之间具有第一节点J1，第一节点J1作为可控开关单元52的第一端。
具体地，可通过加速度计51检测人体加速度信息，并通过单片机53根据人体加速度信息判断人体运动状态是处于低频运动状态还是处于高频运动状态。
具体地，如图3所示，如果检测到人体处于低频运动状态时，单片机53输出信号1为低电平信号，信号2为高电平信号，则导致第一MOSFET Q1处于关断的状态、第二MOSFET Q2处于导通的状态，此时，通过控制可控开关单元52使低频运动能量收集模块20收集发电模块10输出的直流电、并间歇性地对储能模块40进行充电。其中，储能模块40可为超级电容或可充电电池。
在本发明的一个实施例中，如图4所示，在通过低频运动能量收集模块20收集发电模块10输出的直流电、并间歇性地对储能模块40进行充电时，运动能量收集电路可包括发电模块10、低频运动能量收集模块20和储能模块40。其中，低频运动能量收集模块20包括：第一电容C1、第三MOSFET Q3、第一二极管D1和驱动单元21。其中，第一电容C1的一端与可控开关单元52的第二端相连，第一电容C1的另一端接地GND。第三MOSFET Q3的源极与第一电容C1的一端相连。第一二极管D1的阳极与第三MOSFET Q3的漏极相连，第一二极管D1的阴极与储能模块40相连。驱动单元21的输出端与第三MOSFET Q3的栅极相连，驱动单元21根据第一电容C1两端的电压间歇性地驱动第三MOSFET Q3导通和关断，以使低频运动能量收集模块20间歇性地对储能模块40进行充电。
进一步地，如图4所示，驱动单元21包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第二二极管D2、第四电阻R4、放大器A和第五电阻R5。其中，第一电阻R1和第二电阻R2串联后与第一电容C1并联，第一电阻R1与第二电阻R2之间具有第二节点J2。第三电阻R3的一端与第一电容C1的一端相连。第二二极管D2的阴极与第三电阻R3的另一端相连，第二二极管D2的阳极与第一电容C1的另一端相连。第四电阻R4的一端分别与第三电阻R3的另一端和第二二极管D2的阴极相连。放大器A的正输入端与第四电阻R4的另一端相连，放大器A的负输入端与第二节点J2相连，放大器A的输出端与第三MOSFET Q3的栅极相连。第五电阻R5连接在放大器A的正输入端与放大器的输出端之间。其中，第二二极管D2可以为肖特基二极管。
具体地，在人体处于低频运动状态时，通过发电模块10将人体运动产生的动能转换为电能，且电能使得第一电容C1两端的电压到达3V时，驱动单元21驱动第三MOSFET Q3导通，第一电容C1的电压通过第一二极管D1对储能模块40进行充电，此时，会导致第一电容C1两端的电压下降，当第一电容C1两端的电压下降至1V时，驱动单元21驱动第三MOSFET Q3关断，当电能使得第一电容C1两端的电压再次到达3V时，驱动单元21再次驱动第三MOSFET Q3导通，第一电容C1再次给储能模块40进行充电，则通过驱动单元21根据第一电容C1两端的电压间歇性地驱动第三MOSFET Q3导通和关断，以使低频运动能量收集模块20收集发电模块10输出的直流电、并间歇性地对储能模块40进行充电。
具体地，如图3所示，如果检测到人体处于高频运动状态时，单片机53输出信号1为高电平信号，信号2为低电平信号，则导致第一MOSFET Q1处于导通的状态、第二MOSFET Q2处于关断的状态，此时，通过控制可控开关52使高频运动能量收集模块30收集发电模块10输出的直流电、并持续性地对储能模块40进行充电。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，在通过高频运动能量收集模块30收集发电模块10输出的直流电、并连续性地对储能模块40进行充电时，运动能量收集电路可包括发电模块10、高频运动能量收集模块30和储能模块40。其中，高频运动能量收集模块30可采用LTC3105或LTC3129升压能量收集芯片持续性输出对储能模块40充电。
具体地，人体处于高频运动状态时，通过将发电模块10将人体运动产生那个的动能转换为电能，并且产生的电能可采用LTC3105或LTC3129升压能量收集芯片输出的直流电、并持续性地对储能模块40进行充电。
应当理解，在人体处于低频运动状态时所产生的动能较小，因此通过发电模块10输出的直流电的电压较低；而在人体处于高频运动状态时所产生的动能较大，因此通过发电模块10输出的直流电的电压较高。本发明实施例的运动能量收集电路，通过运动切换模块50监测人体运动状态，并根据人体运动状态控制低频运动能量收集模块20和高频运动能量收集模块30切换工作，能够对应不同的运动状态对不同大小的运动能量进行分别收集，从而能够避免运动能量的浪费，提高运动能量的收集效率。
进一步地，储能模块40将储存的电能通过二极管控制供电电流流向负载，为负载提供电能。本发明实施例的运动能量收集电路不仅可运用在可穿戴智能电子设备中，也可很好地运用在有一定运动能量产生的工业场合中，例如，物联网节点以及智能家居。
综上所述，根据本发明实施例的运动能量收集电路，通过发电模块将人体运动产生的动能转换为电能，并输出直流电，通过运动切换模块监测人体运动状态，以根据人体运动状态控制低频运动能量收集模块收集发电模块在人体处于低频运动状态时输出的直流电，并控制高频运动能量收集模块收集发电模块在人体处于高频运动状态时输出的直流电，以分别对储能模块进行充电。该电路能够避免运动能量的浪费，提高运动能量的收集效率，且节能环保。
基于上述实施例，本发明还提出一种便携式电子设备。
图6是根据本发明实施例的便携式电子设备。如图6所示，便携式电子设备1000包括上述实施例的运动能量收集电路100。
具体地，便携式电子设备1000可为穿戴式电子设备，其中，穿戴式电子设备可包括智能手环、智能手表。
需要说明的是，本发明实施例的便携式电子设备1000中未披露的细节，请参考本发明实施例的运动能量收集电路100中所披露的细节，具体这里不再详述。
根据本发明实施例的便携式电子设备，通过上述的运动能量收集电路，能够避免运动能量的浪费，提高运动能量的收集效率，且节能环保。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
