本發(fā)明涉及一種智能穿戴設備領域，特別是涉及一種智能手表。

背景技術(shù)：

隨著新技術(shù)的發(fā)展，智能手表已逐步走入人們的生活中，給人們的日常生活帶來不少樂趣。然而由于智能手表電池容量的限制，使得其并不能像傳統(tǒng)的手表一樣長期工作下去，而且經(jīng)常性的反復充電會嚴重影響到智能手表的使用以及用戶體驗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中智能手表由于電池容量的限制導致無法長期工作的缺陷，提供一種智能手表。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：

本發(fā)明提供了一種智能手表，其特點在于，包括：

能源采集模塊，用于采集外部能源；

換能器，用于將所述外部能源轉(zhuǎn)換為電能；

電能存儲模塊，用于存儲所述電能；

電源管理模塊，用于通過所述電能存儲模塊存儲的電能為所述智能手表供電。

較佳地，所述能源采集模塊包括太陽能電池，所述太陽能電池設置于所述智能手表的表帶的外側(cè)。

較佳地，所述太陽能電池包括柔性薄膜砷化鎵電池。

較佳地，所述能源采集模塊包括wysips(隱形光電薄膜)晶體屏幕。

較佳地，所述能源采集模塊包括玻璃纖維熱電貼布，所述玻璃纖維熱電貼布用于采集熱能；所述玻璃纖維熱電貼布貼設于所述智能手表的表帶的內(nèi)側(cè)和/或表盤的底面和/或所述智能手表的內(nèi)部。

較佳地，所述能源采集模塊包括設置于所述智能手表上的環(huán)形管道，所述環(huán)形管道內(nèi)部環(huán)設有電感線圈，所述環(huán)形管道內(nèi)部還設有磁性球，所述磁性球用于沿所述環(huán)形管道運動，并切割所述電感線圈形成的磁感線。

較佳地，所述電能存儲模塊包括多個超級電容組，每個超級電容組包括兩個首尾串聯(lián)的超級電容。

較佳地，所述智能手表還包括：

處理模塊，用于檢測所述多個超級電容組中的至少一個超級電容組的電壓之和；

若所述電壓之和小于第一閾值，則調(diào)用所述電源管理模塊控制所述智能手表的自身電源為所述智能手表進行供電；

若所述電壓之和大于所述第一閾值且小于第二閾值時，則調(diào)用所述電源管理模塊控制所述至少一個超級電容組和所述智能手表的自身電源共同為所述智能手表供電；

若所述電壓之和大于所述第二閾值，則調(diào)用所述電源管理模塊控制所述至少一個超級電容組為所述智能手表供電。

較佳地，所述智能手表還包括切換模塊；

所述處理模塊用于在檢測出所述電壓之和大于所述第一閾值且小于第二閾值時或所述電壓之和大于所述第二閾值時，調(diào)用所述切換模塊將所述至少一個超級電容組中每個超級電容組的其中一個超級電容切換為與所述電源管理模塊電連接、將另一個超級電容切換為存儲所述電能。

較佳地，所述智能手表上設有環(huán)境光傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器中的至少一種。

本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明的智能手表能夠采集外部能源并轉(zhuǎn)換為電能進行存儲，為智能手表進行供電，從而延長了智能手表的工作時間，使得智能手表可以長期工作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實施例1的智能手表的模塊示意圖。

圖2為本發(fā)明的實施例2的智能手表的正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的實施例3的智能手表的正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的實施例4的智能手表的反面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的實施例5的智能手表的正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明的實施例5的智能手表的模塊示意圖。

圖7為本發(fā)明的實施例5的智能手表的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。

實施例1

本實施例的智能手表包括能源采集模塊1、換能器2、電能存儲模塊3以及電源管理模塊4；

其中，所述能源采集模塊1用于采集外部能源；所述換能器2用于將所述外部能源轉(zhuǎn)換為電能；所述電能存儲模塊3用于存儲所述電能；所述電源管理模塊4則用于通過所述電能存儲模塊存儲的電能為所述智能手表供電。

在傳統(tǒng)的智能手表設計中，一般會選用鋰電池為智能手表供電，并通過usb(通用串行總線)接口利用電源適配器為鋰電池充電，這種設計比較傳統(tǒng)，并且充電形式單一。鑒于智能手表尺寸較小，其對應的電池容量也很小，如何在小容量的電池供給下實現(xiàn)長久待機，這是現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。本實施例的智能手表正是基于現(xiàn)有技術(shù)這樣的現(xiàn)狀，提供了一種嶄新的思維，創(chuàng)造性的利用外部能源為智能手表供電，從而使得本實施例的智能手表能夠采集外部能源并轉(zhuǎn)換為電能進行存儲，為智能手表進行供電，從而延長了智能手表的工作時間，使得智能手表可以長期工作。

實施例2

在實施例1的基礎上，在本實施例的智能手表中，如圖2所示，所述能源采集模塊1具體包括太陽能電池11，所述太陽能電池11具體設置于所述智能手表的表帶的外側(cè)。

從而，在本實施例中，可以實現(xiàn)利用利用太陽能為所述智能手表充電，太陽能是指太陽的熱輻射能，其覆蓋面非常廣泛，是一種天然環(huán)保的清潔能源。優(yōu)選地，所述太陽能電池11包括柔性薄膜砷化鎵電池，其光電轉(zhuǎn)換率可達到34.5％的轉(zhuǎn)換效率，從而既利用了超薄和柔韌的特性將其作為所述智能手表的表帶的材質(zhì)，又可以實現(xiàn)直接高效地吸收太陽能，實現(xiàn)對智能手表系統(tǒng)供電以及對智能手表的內(nèi)置電池進行實時充電。

實施例3

在實施例2的基礎上，在本實施例的智能手表中，如圖3所示，所述能源采集模塊1還包括wysips晶體屏幕12，本實施例為了增大吸收太陽能的面積，在所述智能手表的lcd(液晶顯示屏)模組中，引入了wysips晶體技術(shù)，通過將所述智能手表的顯示屏幕設置為包括wysips晶體屏幕12，從而通過所述wysips晶體屏幕12能夠?qū)㈥柟夂腿嗽旃饩€轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽M而不僅可以實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，還可以加寬所述智能手表屏幕的視角，并且還不會影響到屏幕的對比度和亮度等特性。實現(xiàn)了在白天的時候有陽光照射所述wysips晶體屏幕，夜晚的時候有燈光照射所述wysips晶體屏幕，能夠?qū)崿F(xiàn)更長時間的能量采集。

實施例4

在實施例3的基礎上，在本實施例的智能手表中，如圖4所示，所述能源采集模塊1還包括玻璃纖維熱電貼布13，所述玻璃纖維熱電貼布13用于采集熱能，在本實施例中，所述玻璃纖維熱電貼布13貼設于所述智能手表的表帶的內(nèi)側(cè)以及所述智能手表的表盤的底面；當然，優(yōu)選地，所述玻璃纖維熱電貼布13還可以設置于所述智能手表的內(nèi)部；

人體是一個復雜的系統(tǒng)，在這個身體系統(tǒng)運行的過程中不斷地產(chǎn)生熱能，同時也在為時刻維持著人體溫度恒定而散發(fā)熱量，這些熱量即為人體熱能，在日常的生活中，這種熱能在人們不知不覺中被浪費掉。智能手表是一種直接與人體接觸的可穿戴設備，如果能夠?qū)⑷梭w熱能轉(zhuǎn)換為智能手表的電能，將可以很大程度延長所述智能手表的待機時間。此外智能手表自身也是個熱源，在正常工作下，特別是在高負荷運作時，自身也會產(chǎn)生大量的熱能。這些熱量除了白白浪費掉外，還會由于溫度過高一方面影響智能手表內(nèi)部電子器件的正常工作，另一方面還會給用戶帶來不適的體驗?；谌梭w或智能手表和環(huán)境的溫差，可利用塞貝克效應把這兩種熱能轉(zhuǎn)化為電能。塞貝克(seebeck)效應，又稱作第一熱電效應，它是指由于兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。溫差發(fā)電是當一對溫差電偶的兩結(jié)處于不同溫度時，熱電偶兩端的溫差電動勢就可作為電源，若與外電路相連就有電流流過。這種發(fā)電器效率不大，為了能得到較大的功率輸出，實用上常把很多對溫差電偶串、并聯(lián)成溫差電堆。本實施例的所述玻璃纖維熱電貼布13可以最大限度的把人體和智能手表產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為電能，同時還可以降低手表的溫升。在本實施例中，所述玻璃纖維熱電貼布13可設置到智能手表的表帶內(nèi)側(cè)、表盤的底面以及手表內(nèi)部中，使之充分與人體接觸，和最大化吸收手表內(nèi)部熱量，將熱能轉(zhuǎn)換為電能。隨著四季溫度、晝夜溫差以及人體和手表狀態(tài)的變化，會給智能手表提供源源不斷的能量，使之永續(xù)的工作下去。

實施例5

在實施例4的基礎上，在本實施例的智能手表中，如圖5所示，所述能源采集模塊1還包括設置于所述智能手表上的環(huán)形管道14，所述環(huán)形管道14內(nèi)部環(huán)設有電感線圈，所述環(huán)形管道14內(nèi)部還設有磁性球15，所述磁性球15用于沿所述環(huán)形管道運動，并切割所述電感線圈形成的磁感線。

人體在運動的時候會產(chǎn)生一定的動能，這樣的動能若能夠很好的采集起來并運用到智能手表中將極大的延長其電池的壽命。本實施例中，考慮在智能手表的周邊做一個小型環(huán)形管道的裝飾件，內(nèi)部做環(huán)繞電線圈，然后在里面放置一個磁性球，當人體運動時，磁性球會一直做切割磁感線運動，從而產(chǎn)生電能。通過這樣的結(jié)構(gòu)設置，可以簡單有效的采集到人體的動能。

本實施例的智能手表通過上述基于光電效應、賽貝克熱電效應以及磁電效應，使用換能器可實現(xiàn)將太陽能、人造光能、人體熱能、手表工作熱能以及人體動能轉(zhuǎn)換為微弱的電能，實現(xiàn)最優(yōu)化的能量利用，從而實現(xiàn)智能手表的自主供電和充電。

在本實施例中，所述電能存儲模塊包括多個超級電容組，每個超級電容組包括兩個首尾串聯(lián)的超級電容。如圖6所述，本實施例的智能手表還包括處理模塊5以及切換模塊6，其中，所述處理模塊5用于檢測所述多個超級電容組中的至少一個超級電容組的電壓之和；

若所述電壓之和小于第一閾值，則調(diào)用所述電源管理模塊控制所述智能手表的自身電源為所述智能手表進行供電；

若所述電壓之和大于所述第一閾值且小于第二閾值時，則調(diào)用所述電源管理模塊控制所述至少一個超級電容組和所述智能手表的自身電源共同為所述智能手表供電；在這種情況下，所述處理模塊5還會調(diào)用所述切換模塊6將所述至少一個超級電容組中每個超級電容組的其中一個超級電容切換為與所述電源管理模塊電連接、將另一個超級電容切換為存儲所述電能。

若所述電壓之和大于所述第二閾值，則調(diào)用所述電源管理模塊控制所述至少一個超級電容組為所述智能手表供電。

本實施例的智能手表的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)示意圖具體如圖7所示，首先，是前級電路設計，所述能源采集模塊包括的所述太陽能電池、所述wysips晶體屏幕、所述玻璃纖維熱電貼布以及所述環(huán)形管道中的電感線圈分別通過切換開關連接在對應的兩個超級電容上(具體地，所述太陽能電池連接在超級電容c1、c2上，所述wysips晶體屏幕連接在超級電容c3、c4上，所述環(huán)形管道中的電感線圈連接在超級電容c5、c6上，所述玻璃纖維熱電貼布連接在超級電容c7、c8上)，通過這些獨立的超級電容(包括c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8)，可以將上述四個能源采集模塊所轉(zhuǎn)換的電能分別儲存起來以及為所述智能手表進行供電和充電。其中，在超級電容的選取上，優(yōu)選地，可以選取容值大、阻抗小的型號。

其次，是中間電路設計，超級電容首尾串聯(lián)，具體為c1和c2串聯(lián)、c3和c4串聯(lián)、c5和c6串聯(lián)、c7和c8串聯(lián)，通過切換開關輸出連接到pmic(電源管理集成電路)，在pmic內(nèi)部根據(jù)外部阻抗的變化進行阻抗匹配，并通過內(nèi)置dc-dc(直流轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換)電路實現(xiàn)最大化的轉(zhuǎn)化效率。同時還會通過pmic調(diào)用智能手表cpu(中央處理單元)內(nèi)部的adc(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)對采集到的超級電容電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對超級電容充放電狀態(tài)的監(jiān)測。

然后，是開關電路設計，考慮到超級電容的電容能量的存儲和供電兩個過程，以及實現(xiàn)智能簡潔化的控制與最大化效率利用超級電容組合，在電路設計中插入一些列的開關電路(具體的開關包括s11、s21、s12、s22、s31、s41、s32、s42、s51、s61、s52、s62、s71、s81、s72、s82、s91、s92、s93、s94、s95、s96)，并通過所述cpu智能控制以實現(xiàn)各種充放電模式的切換。

接著，是傳感器的相關設計，在本實施例中，所述智能手表上設有環(huán)境光傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器中的至少一種，從而可以對環(huán)境光強、人體動作狀態(tài)等信息進行實時采集，一方面可以實現(xiàn)對用戶動作習慣的學習，另一方面也可以為能量采集和供電系統(tǒng)的控制提供信息基礎。

最后，是智能手表的cpu主控系統(tǒng)和apk(安裝包)軟件?；诘凸牡腸pu芯片，在實現(xiàn)智能手表功能的同時，也可以對采集到的信息進行分析，從而實現(xiàn)對能量采集和供電系統(tǒng)的智能控制。此外，所述智能手表的cpu主控系統(tǒng)還可以設計搭載apk軟件，從而實現(xiàn)更好的人機互動。

對于本實施例的智能手表的電源管理系統(tǒng)，具體如下：

1、智能手表第一次開機，內(nèi)置電池(即智能手表的自身電源)工作給整個系統(tǒng)供電，同時開啟能源采集模塊。此時將s11、s21、s31、s41、s51、s61、s71和s81八個開關均偏置于2端，s12、s22、s32、s42、s52、s62、s72和s82八個開關均偏置于1端，s91、s92、s93和s94斷開，s95和s96處于默認偏置位置1，八個超級電容開始存儲換能器采集的電能。此外，cpu還會通過傳感器系統(tǒng)實時采集當前的環(huán)境和人體狀況，自主控制各個能量采集系統(tǒng)。

2、在能量采集的過程中，每隔一段時間，會進行開關切換，監(jiān)測每個超級電容的電壓和電量，初始狀態(tài)下c1與c2、c3與c4、c5與c6和c7與c8為并聯(lián)關系，狀態(tài)保持一致。如默認狀態(tài)當s11偏置于2，s12偏置于1，s13和s14偏置于1，可做電容c1(c2)狀態(tài)的檢測。當依次將s13和s14偏置于2、3、4檔，可對應依次檢測剩余的電容c3(c4)、c5(c6)和c7(c8)的狀態(tài),手表內(nèi)部cpu會對采集到的信息進行分析與處理，了解每個能量采集系統(tǒng)的當前狀況。

3、當四個能量采集模塊的超級電容c1(c2)、c3(c4)、c5(c6)和c7(c8)的電壓之和首次大于第一閾值v1，開啟能量采集模塊與內(nèi)置鋰電池(即智能手表的自身電源)雙供電模式，減輕內(nèi)置鋰電池的消耗。此時內(nèi)部開關系統(tǒng)進行自動切換s11、s31、s51、s71偏置于1，s12、s32、s52、s72偏置于2，c1、c3、c5和c7串聯(lián)輸出到pmic，c2、c4、c6和c8繼續(xù)保持采集充電。

4、當cpu檢測到四個能量采集模塊的總電壓大于第二閾值v2(v2>v1)時，關閉內(nèi)置鋰電池供電(即智能手表的自身電源)，全面開啟能量采集模塊進行自供電以及給鋰電池充電模式。此時切換s21、s41、s61、s81偏置于1，s22、s42、s62、s82偏置于2，c2、c4、c6和c8串聯(lián)輸出到pmic。s11、s31、s51、s71偏置于2，s12、s32、s52、s72偏置于1，c1、c3、c5和c7切換回采集充電的狀態(tài)。

5、隨著實現(xiàn)輸出供電的超級電容組不斷放電，其串聯(lián)的電壓以及電量也在不斷減小，當電壓低于閾值v1時，會再次喚醒鋰電池實現(xiàn)雙電源供電模式。當電容組電壓低于第二閾值v3(v3<v1)時，切換為鋰電池單獨供電(即智能手表的自身電源單獨供電)，超級電容組再次切換回完全采集充電模式。為了延長超級電容組的供電時間，確保長時間的超級電容組串聯(lián)電壓大于第二閾值v2，開關電路會進行不停的切換，使供電超級電容在不同的組合中變化。因為每個能量采集系統(tǒng)中存在兩個超級電容，c1與c2、c3與c4、c5與c6以及c7與c8始終存在一個充電，一個放電的狀態(tài)，從而實現(xiàn)超長的供電時間。

6、根據(jù)環(huán)境的不同，各個采集模塊的表現(xiàn)也會有差異。當白天室外自然光線較強，智能手表的腕帶太陽能電池采集的能量較多；當陰天或夜晚，節(jié)能燈或白熾燈光線較強，智能手表上基于wysips技術(shù)的wysips晶體屏幕將成為主要的能量采集模塊；當人體進行各種劇烈運動時，智能手表中的磁電(即環(huán)形管道中的電感線圈)轉(zhuǎn)換將成為主導；當人體和環(huán)境溫差很大，以及人體休眠時，智能手表腕帶內(nèi)側(cè)的熱電轉(zhuǎn)換材料(即玻璃纖維熱電貼布)將成為主導，進行快速或者長時間的充電。這些狀態(tài)均可以通過傳感器系統(tǒng)以及能量采集系統(tǒng)進行雙向的監(jiān)測，進而進行開關自主的切換動作。

7、為了最大化利用采集的能量，當能量采集系統(tǒng)中的超級電容處于較快的充電狀態(tài)，則隨著存儲能量的不斷積累，會出現(xiàn)四個串聯(lián)超級電容中任意三個的電壓幅值之和大于第二閾值v2，此時系統(tǒng)會自動斷開最小幅值的能量采集模塊，使之自行充電，由其他三個超級電容供電。在開關電路上的實現(xiàn)，即為將與該采集系統(tǒng)對應的s91(s92、s93或s94)閉合。同理，當出現(xiàn)兩個超級電容的電壓之和甚至一個超級電容的電壓大于第二閾值v2時，則將其他剩余的采集系統(tǒng)對應的開關閉合。但當供電工作的能量采集系統(tǒng)效率降低時，可再次逐步開啟那些斷開的能量采集模塊。此外，為了在采集充電的過程保護各個采集模塊，系統(tǒng)會給各個超級電容設置上限，當達到一定幅值，自行關閉能量采集模塊，維持超級電容的電壓。

8、智能手表上內(nèi)置了電源管理apk軟件，實時反饋各個能量采集模塊的狀態(tài)，手機電池的電量，以及加入了一些用戶自主控制操作。

本實施例的智能手表可以最大化的延長智能手表的工作時間，并在一定程度上降低溫升，充分釋放智能手表的多樣化功能，極大提高用戶的體驗；并且供電能源來源于自然能、人體能以及手機自身熱能，是一種可永續(xù)持久的節(jié)能環(huán)保設計。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領域的技術(shù)人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。