多功能智能背包的制作方法

本实用新型属于智能可穿戴设备技术领域，涉及一种多功能智能背包及其实现方法，尤其涉及一款兼具个性图案显示、实时安全定位和超重检测提示的背包。

背景技术：

背包是一种常见的生活用品，在人们的日常出行活动中发挥着重要的作用。随着社会的发展变迁，人们对于背包的功能需求越来越多，已经不再局限于将其作为背负工具。在智能可穿戴设备的大趋势下，背包的设计更加注重多元化，面向个性、安全、保健等拓展功能新需求与日俱增。

目前，市场上销售的背包种类繁多，外观多样，但大多数背包的设计理念仍停留在单一的负重层面，仅仅在背负体验和外观设计上进行了改进，缺乏智能化、多功能和个性化的综合考虑，不能很好地满足用户需求。

技术实现要素：

为了克服现有背包功能单一、设计理念滞后的问题，本实用新型提出了一款融合智能可穿戴设备理念的多功能智能背包及其实现方法。该背包囊括个性图案显示、实时安全定位和超重检测提示三个模块和独立控制端。它可根据不同使用场景，实时自动或手动控制个性化图案的显示；突发状况下，可用于辅助定位和紧急呼救；同时，它还能够自动检测背包全方位承重状况，并人性化提示背姿势矫正。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：多功能智能背包包括个性图案显示、实时安全定位和超重检测提示三个模块和移动控制端。

个性图案显示模块包含传感器1、微控制器2、显示屏3、电源9、控制端10。传感器1与微控制器2相连接；显示屏3信号控制接口与微控制器2相连接，显示屏3电源接口与电源9连接；微控制器2上电源接口与电源9连接。

其中传感器1用于检测用户的运动状态，可以根据不同的精度要求和环境需求，采用微加速度计、微陀螺仪等。微控制器2作为整体功能的交互中心，包含有微控制器芯片和附带的通讯模块、存储模块等，根据设计需要和程序语言环境进行选择，可采用单片微控制器和蓝牙组件等。显示屏3用于个性化图案的显示，可以根据像素需要和特性需要，选择单色或者全彩的点阵LED屏幕、柔性LED屏幕等。控制端10用于实现对整体功能的集成控制，包含移动端APP和计算机应用软件两种方式，具有多种功能模式，在图案编辑状态下能够实现对个性图案显示的控制。个性图案显示模块具体实现步骤如下：

步骤一：用户通过微控制器2的通讯接口，和控制端10进行连接，在图案编辑模式下自行设计图案，或者互联网下载图案，并传输给微控制器2；

步骤二：关闭通讯接口，图案自动保存在微控制器2内，等待调用；

步骤三：通过传感器1判断用户行走状态并做相应反馈显示在显示屏3上：当用户处于直行状态时，显示屏3交替显示用户存储在设备中的所有图案，实现个性图案显示功能；当用户处于转弯状态时，显示屏3自动切换为转向箭头及相应的提示语言，实现随身转向灯功能。

实时安全定位模块包含GPS信息接收单元6、微控制器2、GSM信息发送单元7、电源9、控制端10。GPS信息接收单元6与微控制器2直接进行串 行通信，处理结果传输至GSM信息发送单元7。微控制器2与电源9，控制端10如前所述。

其中GPS信息接收单元6包括GPS芯片和接收主机、接收天线等，能够实时接收到GPS卫星信号，可以根据不同的设计需求选用各类型号的单元设备。GSM信息发送单元7包含发射器和SIM卡，能够将接收到的GPS信息传输到预设终端，以供解析，同时作为紧急呼救的载体。控制端10用于实现对整体功能的集成控制，包含移动端APP和计算机应用软件两种方式，具有多种功能模式，在安全定位功能下可以实时监测用户位置，接受GSM信息和紧急呼救。

实时安全定位模块具体实现步骤如下：

步骤一：GPS信息接收单元6通过内部芯片的程序实时接收GPS卫星信号并定位；

步骤二：GPS信息接收单元6与微控制器2进行串行通信，接收到的GPS数据在微控制器2中进行解析，识别判断后输入GSM信息发送单元7；

步骤三：通过GSM的短消息业务把自身的位置和状态信息发送到预先设定的控制端10；通过呼叫业务实现紧急呼救。

超重检测提示模块包含微控制器2、应力检测装置4、超重提示装置5、电源9、控制端10。应力检测装置4与微控制器2连接；超重提示装置5与微控制器2相连接，其他器件连接同前所述。

其中应力检测装置4用于检测负重过程中用户不同部位的受力，依照精度要求和经济因素，可以选择应变片、微压力传感器等。超重提示装置5用于提醒用户背包负重过大，存在健康威胁，可选用蜂鸣器警示音提示、 不同点位受力反馈、语音提示等功能或其组合。控制端10用于实现对整体功能的集成控制，包含移动端APP和计算机应用软件两种方式，具有多种功能模式，在脊柱保护功能下，能够接收并显示受力反馈，人性化提示背姿调整。

超重检测提示模块具体实现步骤如下：

步骤一：嵌在背带及背部接触面内的应力检测装置4检测背包内部各点应力，并传输给微控制器2，间接测算出背包负重大小；

步骤二：当背包负重超过预设安全值时，超重提示装置5会自动发出提示音，并给控制端10发送各检测点位实时负重数据；

步骤三：根据实时负重数据，控制端10控制超重提示装置5提醒用户合理安排负重，给出合理的背负姿态建议，帮助用户保护脊柱健康。

发明效果

本实用新型的技术效果在于：

1)用户可以通过控制端10对背包显示屏图案进行自主编辑，并自动生成对应语言序列保存在微控制器2内；背包内置的传感器1能够精确地检测运动物理量，供微控制器2来判断用户的行走状态，参数选取的精度既能满足灵敏性要求，又能防止误判。直行状态时，显示屏交替显示用户设计存储的图案；转弯状态时，显示屏自动切换转向箭头及相应语言，具有随身转向提示的功能；整体设计能够提高出行安全，并且新颖时尚；

2)背包内置的实时安全定位模块通过控制端10，可以实时监测使用者位置；使用者通过紧急呼救按钮，可以及时向控制端10发送求救指令，提高用户的出行安全保障。

3)内嵌于背带及背部接触面内不同位置的应力检测装置4可精确检测背部不同接触点应力状态，微控制器2可以准确测算出背包负重大小，并自动判断是否超出预设安全值，若超过预设安全上限，超重提示装置5会自动发出提示音，并给控制端10发送各检测点位实时负重数据，给出合理的背负姿态建议，可以帮助用户养成关注脊柱健康的好习惯，保护脊柱健康，合理安排负重。

附图说明

图1为背包整体结构示意图；

图2为背包正面结构示意图；

图3为个性图案显示和超重检测提示模块逻辑图；

图4为实时安全定位模块逻辑图；

图5为整体设计详细元件图。

附图标记说明：1-传感器；2-微控制器；3-显示屏；4-应力检测装置；5-超重提示装置；6-GPS信息接收单元；7-GSM信息发送单元；8-开关；9-电源；10-控制端。

具体实施方式

参阅图1和图2，本实施例公开的一种多功能智能背包及其实现方法，包括背包及所附配件模块。所述设计包含个性图案显示、实时安全定位和超重检测提示三个模块。

所述图案显示模块包含传感器1、微控制器2、显示屏3、电源9、控制端10五个关键器件和若干连接线，其中微控制器2采用单片微控制器，显示屏3采用柔性彩色LED显示屏，控制端10是手机端APP。传感器1通过导 线与微控制器2I/O接口连接；柔性彩色LED显示屏3信号控制接口通过导线与微控制器2的I/O接口连接，两个电源9接口通过导线与电源9连接；微控制器2VCC接口通过导线与电源9连接。

所述实时安全定位模块包含GPS信息接收单元6、单片微控制器2、GSM信息发送单元7、电源9、控制端10，串行连接，其中GSM信息发送单元7采用SIM卡实现。GPS信息接收单元6与微控制器2直接进行串行通信，处理结果传输至GSM信息发送单元7。

所述负重检测提示模块包含微控制器2、应力检测装置4、超重提示装置5、电源9、控制端10和若干连接线，其中应力检测装置采用应变片和A/D转换器、超重提示装置采用蜂鸣器。微控制器2和电源9的连接依前所述，另应变片通过导线与A/D转换器相连接；A/D转换器通过导线与微控制器2的I/O接口连接；蜂鸣器通过导线与微控制器2的I/O接口及GROUND相连接。

本实施例的多功能智能背包的实现方法，包括以下步骤：

1.个性图案显示过程

步骤一：背包和手机控制端10通过通讯模块连接；

步骤二：用户在手机客户端10进入图案编辑功能并进行相应操作；

步骤三：图案信息通过无线传输至微控制器2。微控制器2接收之后将图案信息存储在内部的带电可擦写可编程只读存储器中，等待调用；

步骤四：传感器1检测角速度，并通过自身配置的器件进行A/D转换，将采集到的信号持续发送给微控制器2，判断用户行走状态：当角速度小于预设值时，规定其为直行状态；否则为转弯状态；

步骤五：当用户处于直行状态时，微控制器调用用户编辑图案程序， 在显示屏3交替显示预设的所有图案，从而实现个性图案显示功能；当用户处于转弯状态时，立即终止原先程序，优先执行转弯状态对应的语言序列，显示屏3根据微控制器2判断结果显示不同的转向箭头及相应的文字提示，文字提示初始默认为LEFT或RIGHT。转弯状态触发的时间间隔预先设定为5S，待这一状态执行完毕后，微控制器2立即终止转弯状态的对应预言序列，重新执行原先的程序，等待下一次触发信号的出现。两者周而复始，交替运作，共同构成了个性图案显示模块的功能。

2.实时定位和紧急呼救过程

步骤一：将背包上的实时安全定位模块开启；

步骤二：GPS信息接收单元6通过内部芯片的程序实时接收GPS卫星信号及定位；

步骤三：GPS信息接收单元6与微控制器2直接进行串行通信。首先对GPS接收模块串口是否有信号发送给微控制器2进行识别，再对语句进行识别，然后取入所需语句放在微控制器2中，取出纬度、经度、UTC时间和UTC日期。其中GPS传入微控制器2的为GPRMC格式的语句，需在微控制器2中进行数据拆分等操作。

步骤四：通过按键控制，微控制器2判断后通过串行通信向GSM信息发送单元7输入AT指令操作GSM信息发送单元7实现数据编码并进行短消息的发送和接收。最后，通过GSM的短消息业务把自身的位置和状态信息发送到控制端10。紧急呼救功能在这一环节借助SIM卡的拨号功能实现。3.超重检测提示过程

步骤一：将背包上的超重检测提示模块打开；

步骤二：应力检测装置4检测背带及背部接触面内应力，经由A/D转换器将检测信号提供给微控制器2。

步骤三：微控制器2能够依据应变片获得的信号精确地对背包负重做出判断。微控制器2内存储有关于背包负重安全值的预设阈值，该阈值由用户预先置入，可以针对不同的用户特别定制。

步骤四：超重提示装置5一端和微控制器2的GROUND连接，另一端与微控制器2的I/O接口连接。当检测到的背包负重小于预设阈值时，I/O接口输出低电平，超重提示装置5保持为关闭状态；当检测到的背包负重大于或等于预设阈值时，I/O接口输出高电平，超重提示装置5接通，发出提示音，提醒用户合理安排负重，注意保护脊柱健康。微控制器2的I/O接口输出高电平的时间是有限的，预设为5S，待这一状态执行完毕后，微控制器2立即终止过重负荷对应的语言序列，重新执行原先的程序，等待下一次触发信号的出现。两者周而复始，交替运作，共同构成了负重检测提示模块的功能。