于鵬博++諸雅欣++楊嘉琛++李金一

摘 要：iBag的設計立足于日常生活中的背包負重問題，針對青少年背負過度的問題，兼容安全、時尚等因素開發(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。

關鍵詞：iBag；背負過度；脊柱健康；人身安全

0 引 言

本設計（iBag）立足于日常生活中的背包負重問題，特別是當今青少年學生群體的長時間背負過度問題，整體設計以脊柱健康、人身安全、夜間出行安全為核心，兼顧時尚元素。iBag以微傳感器技術為核心，面向青少年群體設計，具有負重監(jiān)測警示功能，可實時監(jiān)控負重大小，進行人性化提示，并通過智能調節(jié)保護脊柱。同時，獨立配置的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節(jié)的轉向燈圖案將致力于保護使用者的夜間出行安全，并增加時尚元素。

本設計能夠有效保護青少年學生脊柱的健康發(fā)育，塑造挺拔身姿，同時增強使用舒適感。在充分考慮了安全性問題的基礎上，通過GPS定位與一鍵呼救、可調節(jié)的轉向燈圖案兩大輔助模塊來保障使用者的安全。本設計貼合市場需求，順應智能穿戴領域的發(fā)展潮流，具有良好的應用前景。

1 工作原理

本設計立足于日常生活的背包負重問題，通過引入傳感器技術和智能控制元素來設計一款新概念智能背包。該背包具有智能自動護脊、安全定位&一鍵呼救、可調節(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 智能護脊

本設計利用承重式傳感器，通過電橋檢測壓力，具有實時監(jiān)測背包負重大小與人性化提示等功能。壓力傳感器置于背包底部，包內物品通過外接粱與傳感器結合。當負重具有潛在危害時，蜂鳴器發(fā)出“嗶嗶”聲音以提醒使用者注意；當負重超出安全上限時，蜂鳴器再次發(fā)出“嗶嗶”聲。將壓力傳感器檢測到的數據與智能護脊部分相互配合，努力維護脊柱健康，塑造挺拔身姿。CINEMA 4D 動力學模型如圖1所示。

本設計采用記憶鈦合金做成仿人體脊柱曲線設計的網架，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。當背包因承重壓迫背面變形時，記憶層將通過自身性質恢復原狀，并始終保證人體脊柱處于合適的承力狀態(tài)，盡力保護使用者脊柱，保持人體自然曲線美。背包設計簡圖如圖2所示。

壓力傳感器的輸出數據將會在進一步改進中與記憶層相連，實現可動態(tài)反饋調節(jié)的保護。程序設計如圖3所示。

1.2 定位與一鍵呼救

本設計將GPS芯片與SIM卡發(fā)送終端相結合，內置鋰離子電池，可經USB接口充電反復使用。用戶只需通過智能手機終端下載智護寶App，綁定SIM卡卡號，配對成功后即可對使用者的位置進行實時監(jiān)測，且可多終端共用。當有緊急需求時，只需長按紅色緊急按鈕，可立即向預設手機終端發(fā)送求救指令和位置信息，實時保障孩童的出行安全。定位和呼救模塊是安全功能的補充，也是一個獨立的模塊，能夠很好地與整體設計嵌合，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 可調節(jié)的轉向圖案

MEMS九軸傳感器兼具加速度、陀螺、磁場三種物理量檢測功能，是智能穿戴領域的新寵兒。該設計采用陀螺功能檢測轉向角速度，通過芯片判斷后，由外接的LED點陣屏顯示相應轉向圖案，提高夜間出行的交通安全。當傳感器檢測到向左的角加速度時，外置LED顯示出向左的圖案；當傳感器檢測到向右的角加速度時，外置LED顯示出向右的圖案。

在非轉彎狀態(tài)時，按照用戶個人需求，可以定制成獨特的個人款圖案，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，而這也是使用者時尚生活的一部分。

整體設計以單片機作為控制核心，LED點陣作為顯示單元，九軸傳感器作為判斷裝置，通過PCB集成電路板設計可使模塊完成小微化轉變。電路設計如圖5所示。PCB電路設計如圖6所示。程序設計如圖7所示。

2 創(chuàng)新點

2.1 潛在使用者分析

iBag產品目標適用人群是青少年，尤其是中小學生，而該群體作為家庭的中心，其間接購買力極強，從這個角度看，他們實際上代表和影響了3個市場：學生自己所處的市場；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《2011-2012經濟生活調查》結果顯示，子女的教育、生活開支已經是中國家庭最重要的一部分支出。同時，由于各種社會問題頻發(fā)，子女的健康與安全也成為家庭所關注的首要問題，而iBag正迎合了這一需求。

經預測，2020年前后，中國青少年群體總數約為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

隨著產品設計的不斷完善與生產方式和生產流程的不斷提高，生產成本可以進一步控制和壓縮，勞動生產率也將會大步提升，相對而言，產品的生產成本將逐年下降?？紤]到市場營銷的不斷深入，市場的品牌認可度逐年上升，以用戶為中心的研發(fā)、生產、銷售理念將使市場需求進一步提升。

2.3 發(fā)展前景預測

可穿戴智能設備與物聯(lián)網技術是當前我國著力發(fā)展的一大新產業(yè)，具有前瞻性和廣闊的市場。當前，經濟形式處于轉型階段，本設計符合國家新常態(tài)經濟背景下的創(chuàng)新驅動增長點，能夠得到相應的技術和政策支持，具有可預見的發(fā)展前景。