本實(shí)用新型屬于智能可穿戴設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多功能智能背包及其實(shí)現(xiàn)方法，尤其涉及一款兼具個(gè)性圖案顯示、實(shí)時(shí)安全定位和超重檢測(cè)提示的背包。

背景技術(shù)：

背包是一種常見的生活用品，在人們的日常出行活動(dòng)中發(fā)揮著重要的作用。隨著社會(huì)的發(fā)展變遷，人們對(duì)于背包的功能需求越來越多，已經(jīng)不再局限于將其作為背負(fù)工具。在智能可穿戴設(shè)備的大趨勢(shì)下，背包的設(shè)計(jì)更加注重多元化，面向個(gè)性、安全、保健等拓展功能新需求與日俱增。

目前，市場(chǎng)上銷售的背包種類繁多，外觀多樣，但大多數(shù)背包的設(shè)計(jì)理念仍停留在單一的負(fù)重層面，僅僅在背負(fù)體驗(yàn)和外觀設(shè)計(jì)上進(jìn)行了改進(jìn)，缺乏智能化、多功能和個(gè)性化的綜合考慮，不能很好地滿足用戶需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有背包功能單一、設(shè)計(jì)理念滯后的問題，本實(shí)用新型提出了一款融合智能可穿戴設(shè)備理念的多功能智能背包及其實(shí)現(xiàn)方法。該背包囊括個(gè)性圖案顯示、實(shí)時(shí)安全定位和超重檢測(cè)提示三個(gè)模塊和獨(dú)立控制端。它可根據(jù)不同使用場(chǎng)景，實(shí)時(shí)自動(dòng)或手動(dòng)控制個(gè)性化圖案的顯示；突發(fā)狀況下，可用于輔助定位和緊急呼救；同時(shí)，它還能夠自動(dòng)檢測(cè)背包全方位承重狀況，并人性化提示背姿勢(shì)矯正。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：多功能智能背包包括個(gè)性圖案顯示、實(shí)時(shí)安全定位和超重檢測(cè)提示三個(gè)模塊和移動(dòng)控制端。

個(gè)性圖案顯示模塊包含傳感器1、微控制器2、顯示屏3、電源9、控制端10。傳感器1與微控制器2相連接；顯示屏3信號(hào)控制接口與微控制器2相連接，顯示屏3電源接口與電源9連接；微控制器2上電源接口與電源9連接。

其中傳感器1用于檢測(cè)用戶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以根據(jù)不同的精度要求和環(huán)境需求，采用微加速度計(jì)、微陀螺儀等。微控制器2作為整體功能的交互中心，包含有微控制器芯片和附帶的通訊模塊、存儲(chǔ)模塊等，根據(jù)設(shè)計(jì)需要和程序語(yǔ)言環(huán)境進(jìn)行選擇，可采用單片微控制器和藍(lán)牙組件等。顯示屏3用于個(gè)性化圖案的顯示，可以根據(jù)像素需要和特性需要，選擇單色或者全彩的點(diǎn)陣LED屏幕、柔性LED屏幕等?？刂贫?0用于實(shí)現(xiàn)對(duì)整體功能的集成控制，包含移動(dòng)端APP和計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件兩種方式，具有多種功能模式，在圖案編輯狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)個(gè)性圖案顯示的控制。個(gè)性圖案顯示模塊具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟一：用戶通過微控制器2的通訊接口，和控制端10進(jìn)行連接，在圖案編輯模式下自行設(shè)計(jì)圖案，或者互聯(lián)網(wǎng)下載圖案，并傳輸給微控制器2；

步驟二：關(guān)閉通訊接口，圖案自動(dòng)保存在微控制器2內(nèi)，等待調(diào)用；

步驟三：通過傳感器1判斷用戶行走狀態(tài)并做相應(yīng)反饋顯示在顯示屏3上：當(dāng)用戶處于直行狀態(tài)時(shí)，顯示屏3交替顯示用戶存儲(chǔ)在設(shè)備中的所有圖案，實(shí)現(xiàn)個(gè)性圖案顯示功能；當(dāng)用戶處于轉(zhuǎn)彎狀態(tài)時(shí)，顯示屏3自動(dòng)切換為轉(zhuǎn)向箭頭及相應(yīng)的提示語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)隨身轉(zhuǎn)向燈功能。

實(shí)時(shí)安全定位模塊包含GPS信息接收單元6、微控制器2、GSM信息發(fā)送單元7、電源9、控制端10。GPS信息接收單元6與微控制器2直接進(jìn)行串 行通信，處理結(jié)果傳輸至GSM信息發(fā)送單元7。微控制器2與電源9，控制端10如前所述。

其中GPS信息接收單元6包括GPS芯片和接收主機(jī)、接收天線等，能夠?qū)崟r(shí)接收到GPS衛(wèi)星信號(hào)，可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需求選用各類型號(hào)的單元設(shè)備。GSM信息發(fā)送單元7包含發(fā)射器和SIM卡，能夠?qū)⒔邮盏降腉PS信息傳輸?shù)筋A(yù)設(shè)終端，以供解析，同時(shí)作為緊急呼救的載體。控制端10用于實(shí)現(xiàn)對(duì)整體功能的集成控制，包含移動(dòng)端APP和計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件兩種方式，具有多種功能模式，在安全定位功能下可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶位置，接受GSM信息和緊急呼救。

實(shí)時(shí)安全定位模塊具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟一：GPS信息接收單元6通過內(nèi)部芯片的程序?qū)崟r(shí)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)并定位；

步驟二：GPS信息接收單元6與微控制器2進(jìn)行串行通信，接收到的GPS數(shù)據(jù)在微控制器2中進(jìn)行解析，識(shí)別判斷后輸入GSM信息發(fā)送單元7；

步驟三：通過GSM的短消息業(yè)務(wù)把自身的位置和狀態(tài)信息發(fā)送到預(yù)先設(shè)定的控制端10；通過呼叫業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)緊急呼救。

超重檢測(cè)提示模塊包含微控制器2、應(yīng)力檢測(cè)裝置4、超重提示裝置5、電源9、控制端10。應(yīng)力檢測(cè)裝置4與微控制器2連接；超重提示裝置5與微控制器2相連接，其他器件連接同前所述。

其中應(yīng)力檢測(cè)裝置4用于檢測(cè)負(fù)重過程中用戶不同部位的受力，依照精度要求和經(jīng)濟(jì)因素，可以選擇應(yīng)變片、微壓力傳感器等。超重提示裝置5用于提醒用戶背包負(fù)重過大，存在健康威脅，可選用蜂鳴器警示音提示、 不同點(diǎn)位受力反饋、語(yǔ)音提示等功能或其組合?？刂贫?0用于實(shí)現(xiàn)對(duì)整體功能的集成控制，包含移動(dòng)端APP和計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件兩種方式，具有多種功能模式，在脊柱保護(hù)功能下，能夠接收并顯示受力反饋，人性化提示背姿調(diào)整。

超重檢測(cè)提示模塊具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟一：嵌在背帶及背部接觸面內(nèi)的應(yīng)力檢測(cè)裝置4檢測(cè)背包內(nèi)部各點(diǎn)應(yīng)力，并傳輸給微控制器2，間接測(cè)算出背包負(fù)重大小；

步驟二：當(dāng)背包負(fù)重超過預(yù)設(shè)安全值時(shí)，超重提示裝置5會(huì)自動(dòng)發(fā)出提示音，并給控制端10發(fā)送各檢測(cè)點(diǎn)位實(shí)時(shí)負(fù)重?cái)?shù)據(jù)；

步驟三：根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)重?cái)?shù)據(jù)，控制端10控制超重提示裝置5提醒用戶合理安排負(fù)重，給出合理的背負(fù)姿態(tài)建議，幫助用戶保護(hù)脊柱健康。

發(fā)明效果

本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于：

1)用戶可以通過控制端10對(duì)背包顯示屏圖案進(jìn)行自主編輯，并自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)語(yǔ)言序列保存在微控制器2內(nèi)；背包內(nèi)置的傳感器1能夠精確地檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物理量，供微控制器2來判斷用戶的行走狀態(tài)，參數(shù)選取的精度既能滿足靈敏性要求，又能防止誤判。直行狀態(tài)時(shí)，顯示屏交替顯示用戶設(shè)計(jì)存儲(chǔ)的圖案；轉(zhuǎn)彎狀態(tài)時(shí)，顯示屏自動(dòng)切換轉(zhuǎn)向箭頭及相應(yīng)語(yǔ)言，具有隨身轉(zhuǎn)向提示的功能；整體設(shè)計(jì)能夠提高出行安全，并且新穎時(shí)尚；

2)背包內(nèi)置的實(shí)時(shí)安全定位模塊通過控制端10，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)使用者位置；使用者通過緊急呼救按鈕，可以及時(shí)向控制端10發(fā)送求救指令，提高用戶的出行安全保障。

3)內(nèi)嵌于背帶及背部接觸面內(nèi)不同位置的應(yīng)力檢測(cè)裝置4可精確檢測(cè)背部不同接觸點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)，微控制器2可以準(zhǔn)確測(cè)算出背包負(fù)重大小，并自動(dòng)判斷是否超出預(yù)設(shè)安全值，若超過預(yù)設(shè)安全上限，超重提示裝置5會(huì)自動(dòng)發(fā)出提示音，并給控制端10發(fā)送各檢測(cè)點(diǎn)位實(shí)時(shí)負(fù)重?cái)?shù)據(jù)，給出合理的背負(fù)姿態(tài)建議，可以幫助用戶養(yǎng)成關(guān)注脊柱健康的好習(xí)慣，保護(hù)脊柱健康，合理安排負(fù)重。

附圖說明

圖1為背包整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為背包正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為個(gè)性圖案顯示和超重檢測(cè)提示模塊邏輯圖；

圖4為實(shí)時(shí)安全定位模塊邏輯圖；

圖5為整體設(shè)計(jì)詳細(xì)元件圖。

附圖標(biāo)記說明：1-傳感器；2-微控制器；3-顯示屏；4-應(yīng)力檢測(cè)裝置；5-超重提示裝置；6-GPS信息接收單元；7-GSM信息發(fā)送單元；8-開關(guān)；9-電源；10-控制端。

具體實(shí)施方式

參閱圖1和圖2，本實(shí)施例公開的一種多功能智能背包及其實(shí)現(xiàn)方法，包括背包及所附配件模塊。所述設(shè)計(jì)包含個(gè)性圖案顯示、實(shí)時(shí)安全定位和超重檢測(cè)提示三個(gè)模塊。

所述圖案顯示模塊包含傳感器1、微控制器2、顯示屏3、電源9、控制端10五個(gè)關(guān)鍵器件和若干連接線，其中微控制器2采用單片微控制器，顯示屏3采用柔性彩色LED顯示屏，控制端10是手機(jī)端APP。傳感器1通過導(dǎo) 線與微控制器2I/O接口連接；柔性彩色LED顯示屏3信號(hào)控制接口通過導(dǎo)線與微控制器2的I/O接口連接，兩個(gè)電源9接口通過導(dǎo)線與電源9連接；微控制器2VCC接口通過導(dǎo)線與電源9連接。

所述實(shí)時(shí)安全定位模塊包含GPS信息接收單元6、單片微控制器2、GSM信息發(fā)送單元7、電源9、控制端10，串行連接，其中GSM信息發(fā)送單元7采用SIM卡實(shí)現(xiàn)。GPS信息接收單元6與微控制器2直接進(jìn)行串行通信，處理結(jié)果傳輸至GSM信息發(fā)送單元7。

所述負(fù)重檢測(cè)提示模塊包含微控制器2、應(yīng)力檢測(cè)裝置4、超重提示裝置5、電源9、控制端10和若干連接線，其中應(yīng)力檢測(cè)裝置采用應(yīng)變片和A/D轉(zhuǎn)換器、超重提示裝置采用蜂鳴器。微控制器2和電源9的連接依前所述，另應(yīng)變片通過導(dǎo)線與A/D轉(zhuǎn)換器相連接；A/D轉(zhuǎn)換器通過導(dǎo)線與微控制器2的I/O接口連接；蜂鳴器通過導(dǎo)線與微控制器2的I/O接口及GROUND相連接。

本實(shí)施例的多功能智能背包的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

1.個(gè)性圖案顯示過程

步驟一：背包和手機(jī)控制端10通過通訊模塊連接；

步驟二：用戶在手機(jī)客戶端10進(jìn)入圖案編輯功能并進(jìn)行相應(yīng)操作；

步驟三：圖案信息通過無線傳輸至微控制器2。微控制器2接收之后將圖案信息存儲(chǔ)在內(nèi)部的帶電可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器中，等待調(diào)用；

步驟四：傳感器1檢測(cè)角速度，并通過自身配置的器件進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將采集到的信號(hào)持續(xù)發(fā)送給微控制器2，判斷用戶行走狀態(tài)：當(dāng)角速度小于預(yù)設(shè)值時(shí)，規(guī)定其為直行狀態(tài)；否則為轉(zhuǎn)彎狀態(tài)；

步驟五：當(dāng)用戶處于直行狀態(tài)時(shí)，微控制器調(diào)用用戶編輯圖案程序， 在顯示屏3交替顯示預(yù)設(shè)的所有圖案，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性圖案顯示功能；當(dāng)用戶處于轉(zhuǎn)彎狀態(tài)時(shí)，立即終止原先程序，優(yōu)先執(zhí)行轉(zhuǎn)彎狀態(tài)對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言序列，顯示屏3根據(jù)微控制器2判斷結(jié)果顯示不同的轉(zhuǎn)向箭頭及相應(yīng)的文字提示，文字提示初始默認(rèn)為L(zhǎng)EFT或RIGHT。轉(zhuǎn)彎狀態(tài)觸發(fā)的時(shí)間間隔預(yù)先設(shè)定為5S，待這一狀態(tài)執(zhí)行完畢后，微控制器2立即終止轉(zhuǎn)彎狀態(tài)的對(duì)應(yīng)預(yù)言序列，重新執(zhí)行原先的程序，等待下一次觸發(fā)信號(hào)的出現(xiàn)。兩者周而復(fù)始，交替運(yùn)作，共同構(gòu)成了個(gè)性圖案顯示模塊的功能。

2.實(shí)時(shí)定位和緊急呼救過程

步驟一：將背包上的實(shí)時(shí)安全定位模塊開啟；

步驟二：GPS信息接收單元6通過內(nèi)部芯片的程序?qū)崟r(shí)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)及定位；

步驟三：GPS信息接收單元6與微控制器2直接進(jìn)行串行通信。首先對(duì)GPS接收模塊串口是否有信號(hào)發(fā)送給微控制器2進(jìn)行識(shí)別，再對(duì)語(yǔ)句進(jìn)行識(shí)別，然后取入所需語(yǔ)句放在微控制器2中，取出緯度、經(jīng)度、UTC時(shí)間和UTC日期。其中GPS傳入微控制器2的為GPRMC格式的語(yǔ)句，需在微控制器2中進(jìn)行數(shù)據(jù)拆分等操作。

步驟四：通過按鍵控制，微控制器2判斷后通過串行通信向GSM信息發(fā)送單元7輸入AT指令操作GSM信息發(fā)送單元7實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼并進(jìn)行短消息的發(fā)送和接收。最后，通過GSM的短消息業(yè)務(wù)把自身的位置和狀態(tài)信息發(fā)送到控制端10。緊急呼救功能在這一環(huán)節(jié)借助SIM卡的撥號(hào)功能實(shí)現(xiàn)。3.超重檢測(cè)提示過程

步驟一：將背包上的超重檢測(cè)提示模塊打開；

步驟二：應(yīng)力檢測(cè)裝置4檢測(cè)背帶及背部接觸面內(nèi)應(yīng)力，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器將檢測(cè)信號(hào)提供給微控制器2。

步驟三：微控制器2能夠依據(jù)應(yīng)變片獲得的信號(hào)精確地對(duì)背包負(fù)重做出判斷。微控制器2內(nèi)存儲(chǔ)有關(guān)于背包負(fù)重安全值的預(yù)設(shè)閾值，該閾值由用戶預(yù)先置入，可以針對(duì)不同的用戶特別定制。

步驟四：超重提示裝置5一端和微控制器2的GROUND連接，另一端與微控制器2的I/O接口連接。當(dāng)檢測(cè)到的背包負(fù)重小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，I/O接口輸出低電平，超重提示裝置5保持為關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)檢測(cè)到的背包負(fù)重大于或等于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，I/O接口輸出高電平，超重提示裝置5接通，發(fā)出提示音，提醒用戶合理安排負(fù)重，注意保護(hù)脊柱健康。微控制器2的I/O接口輸出高電平的時(shí)間是有限的，預(yù)設(shè)為5S，待這一狀態(tài)執(zhí)行完畢后，微控制器2立即終止過重負(fù)荷對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言序列，重新執(zhí)行原先的程序，等待下一次觸發(fā)信號(hào)的出現(xiàn)。兩者周而復(fù)始，交替運(yùn)作，共同構(gòu)成了負(fù)重檢測(cè)提示模塊的功能。