一种含有NFC近场通讯的模块的多功能智能鞋

第一部分，鞋。

这是一个智能的时代，手机智能了，电脑智能了，眼镜智能了，手表也智能了，鞋也…智能了。哦，不，还不够。什么？你说有个叫NIKE +的东西？你真的认为他智能了？我可不认同。度娘，也就是百度百科是这么说的：“Nike+ 跑鞋通过无线Nike+iPod运动组件与iPod实现信息互通，将Nike+运动鞋与iPod连接后iPod就可以存储并显示运动日期，时间、距离、热量消耗值和总运动次数，运动时间，总距离和总卡路里等数据。”类似的还有小米最近山寨的一款“智能鞋”，原理和NIKE+一模一样，只不过少许便宜点，然而抢不到。

某种意义上这样的鞋子够“智能”了，因为他们对于以上的信息不全是测量得到，而是通过一定算法算出来的。不过如果你没有IPOD或者小米手机，这两种基于简单硬件的昂贵的“智能鞋”更像是鞋盒上的一个标签而不是什么能用的东西。

基于现在的技术条件，我期望智能鞋可以实现以下功能（特点）：刷鞋进出站、门禁打卡、认证通过服务、触碰交换名片、全球定位、运动检测、校园、实验室安全、教室、图书馆等流量统计、强化非穿戴式智能设备的交互。它需要以下硬件：NFC读取/写入模块，蓝牙/WIFI模块、GPS定位模块、大容量电池、无线充电模块、硬件一体化封装；和如下软件：和手机、平板设备通讯、同步信息的软件、进阶开发者软件。

其实，说到这智能鞋，我最初的想法是来源于一段不大愉快的经历——几年前我和同学一起乘地铁，他俩先出了站，然后在我刷卡后经过闸机之前抢先一步把闸门翻了过去。我先是狠狠撞了一下铁质的闸门，然后，为了赶时间，我不得不在众人的异样眼光里翻过闸机。那个时候我就发誓要想办法让这样的恶作剧永远没办法得逞。

最好的办法莫过于把公交卡的功能集成在鞋子上。那个时候NFC（近场通讯）还躺在实验室里，RFID技术并不让我特别满意，因为安全性不是最佳，后来过了好久都没有再想到它。一直到几个月前最近我看到索尼发布了一款新微单——NEX-5T。它能和支持NFC功能的手机或电脑在近距离交换信息，非常方便。于是我又收集了更多的关于NFC的消息和资料，使我确信这个可以向下兼容RFID的技术对于鞋的智能化有着至关重大的作用。

那么，什么是NFC呢？

近场通信（Near Field Communication，NFC），又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行近距离非接触式点对点数据传输交换数据。（在约内，一说是，实际情形视使用的设备的功率而定）这个技术由免接触式射频识别（RFID）演变而来，并向下兼容RFID，最早由Sony和Philips各自开发成功，主要用于手机等手持设备中提供M(Machine to Machine)的通信。由于近场通讯具有天然的安全性，因此，NFC技术被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。NFC 芯片是具有相互通信功能，并具有计算能力，在Felica（索尼开发的技术标准）标准中还含有加密逻辑电路，MIFARE的后期标准也追加了加密/解密模块(SAM)。

这里的两点很为重要:一是NFC的作用范围在以内，有天生的安全性，二是支持加密逻辑电路，所以对使用的安全性有一定的帮助。

且抛开载体而谈，对于公交/地铁进站问题，NFC无疑是最为安全有效的解决方案，然而，将NFC集成在鞋底这个平台还有更大的好处——用户只要走过判定区域就可以完成进站和计费服务，从通过性和便利性而言都大大提高，更解放了使用者的双手。

此外，加装高安全性的NFC（近场通讯）模块可以实现一些比较高级的功能——除了乘地铁可以做到“刷鞋进站”更能通过触碰鞋子交换名片，或者自动召唤电梯。由于作业距离短，不需要担心误判或误触。

单有NFC模块就又可以让鞋子实现很多功能，但仅仅有NFC功能是不足的，因为NFC的作用距离很短，无法实现对智能鞋实现智能控制。而且，把交换得到的名片（此指身份信息、通讯信息等社交信息的总称，下同。）存在鞋子里不能起实际作用，因此，通过加装蓝牙模块来解决这个问题。通过蓝牙通讯可以轻松实现鞋与手机的通讯，并进行设定和控制。比如交换名片的功能，配合蓝牙通讯和手机通讯录即时同步，就可以实现高安全性的身份、联系信息的交换，而你却可以把手机放在口袋里。此外这也是最方便的更新鞋内固件的渠道。此外，蓝牙的易用性和泛用性都很好，现在所有的智能手机几乎都支持蓝牙。同理，WIFI模块也值得考虑。

更重要的是，以现有工艺分别制作NFC和蓝牙芯片的工业成本需要数美元，而据称大量量产的NFC/蓝牙多功能芯片的成本可以低至1美元。从经济和方便性角度来考虑，这是智能鞋通讯的最佳解决方案。

【将多个功能集成在一块芯片上是工业生产时解决成本问题的最佳选择】

作为能耗支持，需要在智能鞋中安装一块电池。鉴于在已安装了不少电子设备的前提下，还需要保持智能鞋的轻便性能，所以安装一块容量较大的锂电池。一般来说以支持48小时使用为好。但是，还有一个问题，那就是给鞋子充电。没有多少人会愿意把鞋垫拆下来然后给鞋子充电的，有为又脏又麻烦。这时正好看到基友在炫耀他的新买的LUMIA920手机的无线充电功能，于是我想到了可以用无线充电的方式为鞋子充电。

图为LUMIA 920的无线充电效果图。

在的无线充电技术标准主要有三种：Power Matters Alliance（简称PMA）、Wireless Power Consortium（简称WPC，即Qi 标准）和Alliance for Wireless Power（简称A4WP）。三种充电标准各有优劣，Qi 标准（WPC）适合智能设备的小巧高效，背后有上百家手机和其他厂商的支持，是目前使用数量最多的无线充电标准；PMA 更偏向于充电设备件，比如咖啡厅的桌子、家里的家具等，杜邦公司、星巴克、AT&T 是其会员；而A4WP 标准很好的解决了多设备同时充电的问题，背后有Intel、高通的支持，同时三星等很多厂商也比较看好（虽然三星是WPC 会员）。（几个月前，高通公司宣布加入WPC）

这三种标准目前还在竞争和融合的阶段。也许将来某天会在什么厂家的推动下生产出同时支持多种标准的无线充电器呢！而除了鞋子的接收线圈，只要在鞋盒里装一个无线发射组件就可以完成充电的全过程了。

当然，即使作为一种革新性的发明，我们仍可以把一些已有的技术引入智能鞋，比如前文提到的NIKE+的功能，对于穿戴者是很有意义的，没有理由废除。此外还可以选择安装GPS模块，（这完全取决于使用者想不想要。）这种模块目前在淘宝上的价格再15元到500元不等，相信大量工业生产的成本是很低的。它可以精确地测量使用者的运动信息并加以反馈。除了作为精确的锻炼统计，还能作为家长监护未成年人安全的途径。如果孩子走失，通过GPS定位能很快准确找到孩子的所在。

第二部分，智能鞋支持终端的一些设想。

洋洋洒洒写了这么一大堆，我的着眼点还是集中在智能鞋的“鞋”上，然而，独木难成林，只有鞋子显然无法实现智能鞋的功能，还需要相应的终端作为支持。有以下几类终端：

计费终端：基于NFC，工作原理和地铁闸机类似，实现读取身份信息—计费—放行的步骤。并将数据向计费服务器和流量统计服务器分别反馈。

流量统计终端：基于NFC，和蓝牙联动，确保了准确性，并能基于一定算法进一步提高精度。比如有人在某图书馆门口来回走动，这样的情况可以通过一定的算法识别并被剔除。并将数据向流量统计服务器反馈。这些终端能提供非常有价值的流量信息。

认证通过终端：基于NFC，原理是读取智能鞋的身份信息并判断是否放行。

进阶开发终端：基于NFC，和PC相连并通过专用的软件赋予鞋子一些信息，此信息能被指定的其他终端识别并产生一定的反馈。比如小明回家到了家门口时，家里的灯能自动点亮。

第三部分：Q&A

开发智能鞋用什么平台？

ARDUINO。作为目前最热门的嵌入式开发平台之一，ARDUINO在开发的方便程度上非常有利。而且，其开源性优于其他平台。虽然是八位单片机，但是它的功能已经足够强大。

对于功能的设计有哪些看法？

先通过开发套件分个实现以上提及的功能，再想办法将硬件融合达到轻量化。以后的展望还有基于NFC的智能签到、基于GPS的运动提醒等。此外，还可以使用一些高分子材料改进鞋的穿戴舒适感并且同时保护脆弱的鞋内硬件。