于鵬博++諸雅欣++楊嘉琛++李金一

摘 要：iBag的設(shè)計(jì)立足于日常生活中的背包負(fù)重問題，針對(duì)青少年背負(fù)過度的問題，兼容安全、時(shí)尚等因素開發(fā)出了一款有益脊柱健康，可有效保障人身安全的智能背包。

關(guān)鍵詞：iBag；背負(fù)過度；脊柱健康；人身安全

0 引 言

本設(shè)計(jì)（iBag）立足于日常生活中的背包負(fù)重問題，特別是當(dāng)今青少年學(xué)生群體的長時(shí)間背負(fù)過度問題，整體設(shè)計(jì)以脊柱健康、人身安全、夜間出行安全為核心，兼顧時(shí)尚元素。iBag以微傳感器技術(shù)為核心，面向青少年群體設(shè)計(jì)，具有負(fù)重監(jiān)測警示功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)控負(fù)重大小，進(jìn)行人性化提示，并通過智能調(diào)節(jié)保護(hù)脊柱。同時(shí)，獨(dú)立配置的GPS定位與一鍵呼救裝置可用于保障使用者的出行安全，協(xié)助家長照顧孩童；基于陀螺功能的可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)向燈圖案將致力于保護(hù)使用者的夜間出行安全，并增加時(shí)尚元素。

本設(shè)計(jì)能夠有效保護(hù)青少年學(xué)生脊柱的健康發(fā)育，塑造挺拔身姿，同時(shí)增強(qiáng)使用舒適感。在充分考慮了安全性問題的基礎(chǔ)上，通過GPS定位與一鍵呼救、可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)向燈圖案兩大輔助模塊來保障使用者的安全。本設(shè)計(jì)貼合市場需求，順應(yīng)智能穿戴領(lǐng)域的發(fā)展潮流，具有良好的應(yīng)用前景。

1 工作原理

本設(shè)計(jì)立足于日常生活的背包負(fù)重問題，通過引入傳感器技術(shù)和智能控制元素來設(shè)計(jì)一款新概念智能背包。該背包具有智能自動(dòng)護(hù)脊、安全定位&一鍵呼救、可調(diào)節(jié)圖案的夜光警示3大主要功能，滿足使用者需求，市場前景廣闊。

1.1 智能護(hù)脊

本設(shè)計(jì)利用承重式傳感器，通過電橋檢測壓力，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測背包負(fù)重大小與人性化提示等功能。壓力傳感器置于背包底部，包內(nèi)物品通過外接粱與傳感器結(jié)合。當(dāng)負(fù)重具有潛在危害時(shí)，蜂鳴器發(fā)出“嗶嗶”聲音以提醒使用者注意；當(dāng)負(fù)重超出安全上限時(shí)，蜂鳴器再次發(fā)出“嗶嗶”聲。將壓力傳感器檢測到的數(shù)據(jù)與智能護(hù)脊部分相互配合，努力維護(hù)脊柱健康，塑造挺拔身姿。CINEMA 4D 動(dòng)力學(xué)模型如圖1所示。

本設(shè)計(jì)采用記憶鈦合金做成仿人體脊柱曲線設(shè)計(jì)的網(wǎng)架，兩邊外墊0.7 mm厚度的高密度慢回彈50D記憶海綿層，溫感性好，吸濕透氣，益于人體健康。當(dāng)背包因承重壓迫背面變形時(shí)，記憶層將通過自身性質(zhì)恢復(fù)原狀，并始終保證人體脊柱處于合適的承力狀態(tài)，盡力保護(hù)使用者脊柱，保持人體自然曲線美。背包設(shè)計(jì)簡圖如圖2所示。

壓力傳感器的輸出數(shù)據(jù)將會(huì)在進(jìn)一步改進(jìn)中與記憶層相連，實(shí)現(xiàn)可動(dòng)態(tài)反饋調(diào)節(jié)的保護(hù)。程序設(shè)計(jì)如圖3所示。

1.2 定位與一鍵呼救

本設(shè)計(jì)將GPS芯片與SIM卡發(fā)送終端相結(jié)合，內(nèi)置鋰離子電池，可經(jīng)USB接口充電反復(fù)使用。用戶只需通過智能手機(jī)終端下載智護(hù)寶App，綁定SIM卡卡號(hào)，配對(duì)成功后即可對(duì)使用者的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，且可多終端共用。當(dāng)有緊急需求時(shí)，只需長按紅色緊急按鈕，可立即向預(yù)設(shè)手機(jī)終端發(fā)送求救指令和位置信息，實(shí)時(shí)保障孩童的出行安全。定位和呼救模塊是安全功能的補(bǔ)充，也是一個(gè)獨(dú)立的模塊，能夠很好地與整體設(shè)計(jì)嵌合，是家長的得力助手，孩子的貼心伙伴！工作邏輯圖如圖4所示。

1.3 可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)向圖案

MEMS九軸傳感器兼具加速度、陀螺、磁場三種物理量檢測功能，是智能穿戴領(lǐng)域的新寵兒。該設(shè)計(jì)采用陀螺功能檢測轉(zhuǎn)向角速度，通過芯片判斷后，由外接的LED點(diǎn)陣屏顯示相應(yīng)轉(zhuǎn)向圖案，提高夜間出行的交通安全。當(dāng)傳感器檢測到向左的角加速度時(shí)，外置LED顯示出向左的圖案；當(dāng)傳感器檢測到向右的角加速度時(shí)，外置LED顯示出向右的圖案。

在非轉(zhuǎn)彎狀態(tài)時(shí)，按照用戶個(gè)人需求，可以定制成獨(dú)特的個(gè)人款圖案，展示使用者與眾不同的一面。別致的圖案將成為用戶夜間出行的安全小助手，而這也是使用者時(shí)尚生活的一部分。

整體設(shè)計(jì)以單片機(jī)作為控制核心，LED點(diǎn)陣作為顯示單元，九軸傳感器作為判斷裝置，通過PCB集成電路板設(shè)計(jì)可使模塊完成小微化轉(zhuǎn)變。電路設(shè)計(jì)如圖5所示。PCB電路設(shè)計(jì)如圖6所示。程序設(shè)計(jì)如圖7所示。

2 創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 潛在使用者分析

iBag產(chǎn)品目標(biāo)適用人群是青少年，尤其是中小學(xué)生，而該群體作為家庭的中心，其間接購買力極強(qiáng)，從這個(gè)角度看，他們實(shí)際上代表和影響了3個(gè)市場：學(xué)生自己所處的市場；由間接影響力帶來的市場；成年之后，由之前培養(yǎng)的品牌好感、忠誠度等帶來的市場。據(jù)《2011-2012經(jīng)濟(jì)生活調(diào)查》結(jié)果顯示，子女的教育、生活開支已經(jīng)是中國家庭最重要的一部分支出。同時(shí)，由于各種社會(huì)問題頻發(fā)，子女的健康與安全也成為家庭所關(guān)注的首要問題，而iBag正迎合了這一需求。

經(jīng)預(yù)測，2020年前后，中國青少年群體總數(shù)約為182 000 000，中檔背包購買者約有6 000 000人，其中潛在需求市場約有123 000人。市場容量龐大。

2.2 市場影響力分析

隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不斷完善與生產(chǎn)方式和生產(chǎn)流程的不斷提高，生產(chǎn)成本可以進(jìn)一步控制和壓縮，勞動(dòng)生產(chǎn)率也將會(huì)大步提升，相對(duì)而言，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本將逐年下降。考慮到市場營銷的不斷深入，市場的品牌認(rèn)可度逐年上升，以用戶為中心的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售理念將使市場需求進(jìn)一步提升。

2.3 發(fā)展前景預(yù)測

可穿戴智能設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)前我國著力發(fā)展的一大新產(chǎn)業(yè)，具有前瞻性和廣闊的市場。當(dāng)前，經(jīng)濟(jì)形式處于轉(zhuǎn)型階段，本設(shè)計(jì)符合國家新常態(tài)經(jīng)濟(jì)背景下的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)增長點(diǎn)，能夠得到相應(yīng)的技術(shù)和政策支持，具有可預(yù)見的發(fā)展前景。