于鹏博++诸雅欣++杨嘉琛++李金一

摘 要：iBag的设计立足于日常生活中的背包负重问题，针对青少年背负过度的问题，兼容安全、时尚等因素开发出了一款有益脊柱健康，可有效保障人身安全的智能背包。

关键词：iBag；背负过度；脊柱健康；人身安全

0 引 言

本设计（iBag）立足于日常生活中的背包负重问题，特别是当今青少年学生群体的长时间背负过度问题，整体设计以脊柱健康、人身安全、夜间出行安全为核心，兼顾时尚元素。iBag以微传感器技术为核心，面向青少年群体设计，具有负重监测警示功能，可实时监控负重大小，进行人性化提示，并通过智能调节保护脊柱。同时，独立配置的GPS定位与一键呼救装置可用于保障使用者的出行安全，协助家长照顾孩童；基于陀螺功能的可调节的转向灯图案将致力于保护使用者的夜间出行安全，并增加时尚元素。

本设计能够有效保护青少年学生脊柱的健康发育，塑造挺拔身姿，同时增强使用舒适感。在充分考虑了安全性问题的基础上，通过GPS定位与一键呼救、可调节的转向灯图案两大辅助模块来保障使用者的安全。本设计贴合市场需求，顺应智能穿戴领域的发展潮流，具有良好的应用前景。

1 工作原理

本设计立足于日常生活的背包负重问题，通过引入传感器技术和智能控制元素来设计一款新概念智能背包。该背包具有智能自动护脊、安全定位&一键呼救、可调节图案的夜光警示3大主要功能，满足使用者需求，市场前景广阔。

1.1 智能护脊

本设计利用承重式传感器，通过电桥检测压力，具有实时监测背包负重大小与人性化提示等功能。压力传感器置于背包底部，包内物品通过外接粱与传感器结合。当负重具有潜在危害时，蜂鸣器发出“哔哔”声音以提醒使用者注意；当负重超出安全上限时，蜂鸣器再次发出“哔哔”声。将压力传感器检测到的数据与智能护脊部分相互配合，努力维护脊柱健康，塑造挺拔身姿。CINEMA 4D 动力学模型如图1所示。

本设计采用记忆钛合金做成仿人体脊柱曲线设计的网架，两边外垫0.7 mm厚度的高密度慢回弹50D记忆海绵层，温感性好，吸湿透气，益于人体健康。当背包因承重压迫背面变形时，记忆层将通过自身性质恢复原状，并始终保证人体脊柱处于合适的承力状态，尽力保护使用者脊柱，保持人体自然曲线美。背包设计简图如图2所示。

压力传感器的输出数据将会在进一步改进中与记忆层相连，实现可动态反馈调节的保护。程序设计如图3所示。

1.2 定位与一键呼救

本设计将GPS芯片与SIM卡发送终端相结合，内置锂离子电池，可经USB接口充电反复使用。用户只需通过智能手机终端下载智护宝App，绑定SIM卡卡号，配对成功后即可对使用者的位置进行实时监测，且可多终端共用。当有紧急需求时，只需长按红色紧急按钮，可立即向预设手机终端发送求救指令和位置信息，实时保障孩童的出行安全。定位和呼救模块是安全功能的补充，也是一个独立的模块，能够很好地与整体设计嵌合，是家长的得力助手，孩子的贴心伙伴！工作逻辑图如图4所示。

1.3 可调节的转向图案

MEMS九轴传感器兼具加速度、陀螺、磁场三种物理量检测功能，是智能穿戴领域的新宠儿。该设计采用陀螺功能检测转向角速度，通过芯片判断后，由外接的LED点阵屏显示相应转向图案，提高夜间出行的交通安全。当传感器检测到向左的角加速度时，外置LED显示出向左的图案；当传感器检测到向右的角加速度时，外置LED显示出向右的图案。

在非转弯状态时，按照用户个人需求，可以定制成独特的个人款图案，展示使用者与众不同的一面。别致的图案将成为用户夜间出行的安全小助手，而这也是使用者时尚生活的一部分。

整体设计以单片机作为控制核心，LED点阵作为显示单元，九轴传感器作为判断装置，通过PCB集成电路板设计可使模块完成小微化转变。电路设计如图5所示。PCB电路设计如图6所示。程序设计如图7所示。

2 创新点

2.1 潜在使用者分析

iBag产品目标适用人群是青少年，尤其是中小学生，而该群体作为家庭的中心，其间接购买力极强，从这个角度看，他们实际上代表和影响了3个市场：学生自己所处的市场；由间接影响力带来的市场；成年之后，由之前培养的品牌好感、忠诚度等带来的市场。据《2011-2012经济生活调查》结果显示，子女的教育、生活开支已经是中国家庭最重要的一部分支出。同时，由于各种社会问题频发，子女的健康与安全也成为家庭所关注的首要问题，而iBag正迎合了这一需求。

经预测，2020年前后，中国青少年群体总数约为182 000 000，中档背包购买者约有6 000 000人，其中潜在需求市场约有123 000人。市场容量庞大。

2.2 市场影响力分析

随着产品设计的不断完善与生产方式和生产流程的不断提高，生产成本可以进一步控制和压缩，劳动生产率也将会大步提升，相对而言，产品的生产成本将逐年下降。考虑到市场营销的不断深入，市场的品牌认可度逐年上升，以用户为中心的研发、生产、销售理念将使市场需求进一步提升。

2.3 发展前景预测

可穿戴智能设备与物联网技术是当前我国着力发展的一大新产业，具有前瞻性和广阔的市场。当前，经济形式处于转型阶段，本设计符合国家新常态经济背景下的创新驱动增长点，能够得到相应的技术和政策支持，具有可预见的发展前景。