iBag

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，具有負重監測警示功能，可實時監控負重大小，進行人性化提示，并通過智能調節保護脊柱。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，協助家長照顧孩童；基于陀螺功能的可調節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，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，實現可動態反饋調節的保護。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，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。考慮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、生產、銷售理念將使市場需求進一步提升。

2.3 發展前景預測

可穿戴智能設備與物聯網技術是當前我國著力發展的一大新產業，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經濟背景下的創新驅動增長點，能夠得到相應的技術和政策支持，具有可預見的發展前景。