一种学生背姿检测组件及书包的制作方法

1.本发明涉及检测设备技术领域，具体涉及一种学生背姿检测组件及书包。


背景技术：

2.学生还处于生长发育期，书包作为学生日常使用较为频繁的用具，不合理的设计和负重会影响到学生的身体发育以及骨骼生长，因此，有必要指导学生如何更科学的对书包进行使用。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种学生背姿检测组件及书包，通过设置在书包上的传感模块对书包状态进行监测，从而获得书包的当前状态并通过采集数据的处理提醒使用者做适当的调整，以使使用者更安全健康的使用书包。
4.相应的，本发明提供了一种学生背姿检测组件，包括：
5.重力传感模块：用于获取书包重量数据；
6.倾斜传感模块：用于获取书包倾斜角度数据；
7.声音播放模块：用于播放音频数据；
8.无线通讯模块：用于与书包外部的设备进行远程通信；
9.处理模块：用于接收所述重力传感模块和所述倾斜传感模块的反馈数据，用于输出音频数据至所述声音播放模块，用于与无线通讯模块形成数据交互；
10.电源模块：用于为所述重力传感模块、所述倾斜传感模块、所述声音播放模块、所述无线通讯模块和所述处理模块供电。
11.可选的实施方式，还包括：
12.压力传感模块：用于获取书包预设位置的压力值并发送至所述处理模块。
13.可选的实施方式，还包括：
14.定位模块：用于获取书包的定位位置并发送至所述处理模块。
15.相应的，本发明提供了一种书包，包括背负系统、包体和以上任一项所述的学生背姿检测组件；
16.所述背负系统包括背垫和两根背带，所述两根背带分别连接固定在所述背垫的两侧上；
17.所述包体连接在所述背负系统上；
18.所述重力传感模块设置在所述包体的内腔底部上或所述重力传感模块设置在所述背负系统上；
19.所述倾斜传感模块设置在所述包体上或所述倾斜传感模块设置在所述背负系统上；
20.所述声音播放模块设置在所述包体的表面上或所述声音播放模块设置在所述背负系统的表面上；
21.所述无线通讯模块设置在所述包体上或所述无线通讯模块设置在所述背负系统上；
22.所述处理模块设置在所述包体的内腔中；
23.所述电源模块设置在所述包体上或所述电源模块设置在所述背负系统上。
24.可选的实施方式，所述包体可拆卸地连接在所述背负系统上。
25.可选的实施方式，所述包体与所述背负系统的每一个连接位置上设置有一个所述重力传感模块。
26.可选的实施方式，所述背垫包括具有预设强度且可弹性变形的背垫骨架和背垫覆盖材料；所述背垫骨架在平面上按照预设形状加工形成，背垫材料填充所述背垫骨架中的空区并覆盖在所述背垫骨架的表面上；
27.每一根所述背带包括具有预设强度且可弹性变形的背带骨架和背带材料，所述背带骨架与所述背垫骨架连接，所述背带材料连接在所述背带骨架上。
28.可选的实施方式，所述背垫骨架包括第一背垫骨架和第二背垫骨架；
29.所述背垫在所述第一背垫骨架和第二背垫骨架之间沿竖向留有脊椎间隙；
30.所述第一背垫骨架和第二背垫骨架之间基于位于所述脊椎间隙中的背垫覆盖材料连接。
31.可选的实施方式，所述第一背垫骨架和第二背垫骨架之间的背垫覆盖材料上开有若干个通孔，和/或所述第一背垫骨架和第二背垫骨架之间的背垫覆盖材料为弹性变形材料。
32.可选的实施方式，在所述学生背姿检测组件还包括压力传感模块时，所述压力传感模块设置在所述背带材料上，和/或所述压力传感器设置在所述背垫远离所述包体的一侧上。
33.综上，本发明提供了一种学生背姿检测组件及书包，该学生背姿检测组件可通过对相关数据的监控得到使用者背负书包的背姿状态，通过背姿检测组件或外部设备进行姿态判定后，利用语音播报的方式供使用者对背姿情况进行了解以及指导使用者更好的背负书包；设置有该学生背姿检测组件的书包具有一定的智能性，结合书包本身的人体工学设计，可保证使用者对书包的背负安全性和保证使用者自身的人体健康。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
35.图1为本发明实施例的学生背姿检测组件结构示意图。
36.图2为本发明实施例的书包的背负系统三维结构示意图。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
38.图1示出了本发明实施例的学生背姿检测组件结构示意图。
39.相应的，本发明实施例提供了一种学生背姿检测组件，包括：
40.重力传感模块：用于获取书包重量数据；
41.倾斜传感模块：用于获取书包倾斜角度数据；
42.声音播放模块：用于播放音频数据；
43.无线通讯模块：用于与位于所述书包外部的设备进行远程通信；
44.处理模块：用于接收所述重力传感模块和所述倾斜传感模块的反馈数据，用于输出音频数据至所述声音播放模块，用于通过无线通讯模块与位于所述书包外部的设备进行数据的通信交互；
45.电源模块：用于为所述重力传感模块、所述倾斜传感模块、所述声音播放模块、所述无线通讯模块和所述处理模块供电。
46.本发明实施例所提供的学生背姿检测组件，通过重力传感模块、倾斜传感模块将书包的状态数据反馈至处理模块，处理模块将相关数据通过无线模块传递至外部设备后供外部设备进行数据，并接收来自于外部设备的反馈内容，处理模块根据所述反馈内容通过声音播放模块播放语音提示，以告知使用者书包的背负姿态是否正确。
47.在此基础上，所述学生背姿检测组件还包括：
48.压力传感模块：用于获取书包预设位置的压力值。
49.具体的，处理模块还用于接收压力传感模块反馈的压力值数据。具体的，压力传感模块用于获取书包预设位置的压力值，书包除了重量会对使用者的健康造成较大的影响外，书包重量在使用者身体上的分布也会对使用者的健康造成较大的影响，因此，有必要设置压力传感器已获取书包与使用者特定接触位置的压力情况。
50.具体的，在此基础上，所述学生背姿检测组件还包括：
51.定位模块：用于获取书包的定位位置。
52.具体的，定位模块主要用于感知书包使用者的位置，处理模块在接收到所述定位位置的数据后，将所述定位位置的数据通过无线模块传递至外部设备，其中，定位模块一般采用gps模块，gps模块可提供的信息包括时间信息、位置信息等，具体实施中，可通过该部分信息扩展处理模块的功能。
53.具体的，针对上述的学生背姿检测组件的模块结构，可选的，本发明实施例还提供了一种学生背姿检测组件的实体组建结构。
54.具体的，处理模块可选用基于单片机构建的处理模块系统。具体的，单片机作为处理模块的主控芯片，负责数据运算及数据处理。基本的，单片机上运行的程序包括：
55.超重检测程序：用于根据重量传感模块反馈的数据判断书包是否超重；具体的，超重检测程序以1分钟为采样时间间隔，从重量传感模块中获取重量的压力采样值并转换为重量值，通过与设置的提醒阈值进行比较，当重量值大于设定的阈值时则通过语音单元播放提示音，还可以将重量信息上传到服务器。具体的，重量值的转换可采用查表的方式实现。压力传感器使用薄膜压力传感器，装在书包的底部，ad采样使用单片机内部集成的adc，重量使用查表的方式计算重量。
56.背姿检测程序：用于根据倾斜传感模块反馈的数据判断书包的背负姿态是否正确；具体的，背姿检测程序以10秒作为采样间隔从倾斜传感模块获取倾斜度数据，通过与设置的倾斜度阈值进行比较，如果连续3次采样数据均大于预设的阈值，则通过语音单元播放提示音，并且可将所述被姿数据上传到外部设备。
57.压力检测程序：用于根据压力传感模块反馈的数据判断书包对使用者的特定位置的接触压力是否过大；
58.上传gps数据定位：用于将定位模块反馈的定位位置数据发送至外部设备进行记录和跟踪。具体的，定位模块以10秒钟作为采样间隔时间获取一次定位数据，并通过无线通信模块将定位信息发送给服务器。
59.需要说明的是，具体的，处理模块可作为处理单元执行上述程序，处理模块还可作为数据中转单元将数据通过无线通讯模块反映至外部设备，具体的程序通过外部设备进行执行并将结果反馈给处理模块进行后续处理。
60.具体的，电源模块可采用基于锂电池构建的电源管理系统，具体的，以适当输出电压的锂电电池为主体构建锂电电池的充放电电路，组建得到所需的电源管理系统；如其他模块所需要的供电电压不同，则可以根据需求设置相应的变压电路，以适配不同的模块。需要说明的是，所述充放电电路涉及到锂电池的充电电路和放电电路，具体的，充电电路可采用基于tp5100芯片构建的充电电路，放电电路可采用基于ams1117芯片构建的放电电路。若涉及到外部输入电压与锂电池输出电压并存的情况，优先使用外部输入电压为整个组件进行供电。
61.所述声音播放模块用于从单片机的串口接收需要播报的内容信息并转换为语音信息后进行播放，具体的，声音播放模块可基于nuv6288语音集成模块构建。
62.倾斜传感模块主要用于检测书包的倾斜度，然后处理模块或外部设备通过算法计算出学生的背书包的姿势是否合适，本发明实施例中的倾斜角传感器可采用集成的模组，具体型号可采用gy-25，该集成模组的核心为mpu-60500a芯片。具体实施中，倾斜角传感器通过串口与单片机连接。
63.重力传感模块主要用于获取书包的重量，具体可以为书包的总重量也可以为书包内部所装载的物品的重量，具体的，重力传感模块包括压力传感器，基于重量考虑，具体可采用电阻式的薄膜压力传感器。该电阻式的薄膜压力传感器与单片机的通用输入输出口连接。
64.定位模块可采用基于gps制式或北斗制式的集成定位模组，无线通讯模块可采用4g或5g集成通讯模组，目前市场上存在着较多定位通讯一体集成模块，基于系统的可靠性和设备的精简性，可考虑采用该类一体集成模块。具体实施中，定位模块和无线通讯模块可通过串口与单片机实现交互通信。
65.具体的，本发明实施例还提供了一种采用上述学生背姿检测模块的书包以供实施参考。
66.图2为本发明实施例的书包的背负系统三维结构示意图，由于包体结构易于理解，在附图图2中为了避免影响清晰性并未示出，所述学生背姿检测组件内嵌在背负系统和包体中，在图示结构中不可见，可基于文字说明内容进行理解。
67.具体的，本发明实施例还提供了一种书包的具体结构，该书包包括背负系统、包体
和所述学生背姿检测组件。具体的，背负系统是指书包中参与与人体接触的相关结构，包体是指用于放置学习用具的部分。
68.在本发明实施例中，基本的，所述背负系统包括背垫1和两根背带2，所述两根背带分别连接固定在所述背垫的两侧上。
69.所述包体连接在所述背负系统上，具体的，背负系统中具体与包体连接的部件可以为背垫和/或背带。
70.所述重力传感模块设置在所述包体的内腔底部上或所述重力传感模块设置在所述背负系统上；所述倾斜传感模块设置在所述包体上或所述倾斜传感模块设置在所述背负系统上；所述声音播放模块设置在所述包体的表面上或所述声音播放模块设置在所述背负系统的表面上；所述无线通讯模块设置在所述包体上或所述无线通讯模块设置在所述背负系统上；所述处理模块设置在所述包体的内腔中；所述电源模块设置在所述包体上或所述电源模块设置在所述背负系统上。
71.具体的，基于每一个功能模块所需要实现的功能，可以将其安装在书包的合适位置上，具体的，本发明实施例对书包的具体实施结构进行改进说明，并以此为基础更优化的对功能模块的设置位置进行设置。
72.具体的，所述包体可拆卸地连接在所述背负系统上。具体的，包体的基本功能是用于容纳物品，实际实施中，根据用户所需的书包容量的不同，包体应该是可调节的，从而应对各种用户的需求。
73.进一步的，由于包体可拆卸的设置在背负系统上，相应的，包体的重量是从连接位置传递至背负系统，然后再通过背负系统落在人体上；因此，所述包体与所述背负系统的每一个连接位置上设置有一个所述重力传感模块。相对应的，为了设置重力传感模块，需要在包体与背负系统之间设置相应的连接结构3。具体的，连接结构3可根据背垫和包体的结构进行设计。
74.进一步的，所述背垫2包括具有预设强度且可弹性变形的背垫骨架10和背垫覆盖材料11；所述背垫骨架10在平面上按照预设形状加工形成，背垫材料填充所述背垫骨架10中的空区并覆盖在所述背垫骨架10的表面上。
75.具体的，背垫骨架10具有预设的强度，该预设的强度是指背垫骨架10相对于传统的如海绵、乳胶等背垫覆盖材料11是较硬的材料，但同时，该背垫骨架10是可弹性变形的，具体的，能够驱动背垫骨架10的变形作用力的大小可通过骨架材料的截面积进行调整，针对不同年龄的使用者进行适当调整。背垫骨架10的主要作用是用于通过较为硬质的材料对包体传递至背负系统上的重量进行分散，避免包体的重量无限制的直接通过背负系统作用在人体上。
76.此外，本发明实施例的背垫骨架10的设计结构可根据使用者的背部曲线进行设计，即对于人体背部的重点负重位置，背垫骨架10的空隙率可较小，对于人体背部的非重点负重位置，背垫骨架10的孔隙率可较大，以适当对重量进行分配并将重量调整至合适负重的位置上。
77.具体的，在人体背部上分布着肌肉和骨头这两大重要的支撑结构，对于书包的背负而言，主要的支撑部分应该落于肌肉上，且骨头不适宜与较硬的结构相接触；此外，由于人体的背部表面形状是随着人体姿势的变化而变化的，关于背垫骨架10的设计结构仅能是
区域性的调整。
78.具体的，本发明实施例所述的空隙率具体是指，背垫骨架10是具有若干个通孔的孔隙结构，通孔的密度情况影响着对应位置上的背垫骨架10的支撑强度，通过增加通孔的密度的方式可以相对增加对应区域的背垫骨架10的柔软性，使该区域的分布力更均匀，压力更小。
79.具体的，背垫骨架10的作用还包括拉伸张紧作用，具体的，背垫骨架10通过变形拉伸的方式，使作用力能够更好的覆盖在人体背部。相应的，背垫骨架10的变形拉伸会带动其上的背垫覆盖材料11的拉伸，尽可能的降低人体的支撑负担。
80.具体的，在背垫骨架10的表面和通孔中均会覆盖和填充柔软的背垫覆盖材料11，以进一步提高压力在背部的分布均匀性。
81.需要说明的是，现有技术通常采用硬质背板的方式来实现相近似的功能，但在具体实践中发现，由于整体硬质背板与用户背部轮廓的贴合性较差，不能起到有效的应力分散的作用。
82.每一根所述背带包括具有预设强度且可弹性变形的背带骨架20和背带材料21，所述背带骨架20与所述背垫骨架10连接，所述背带材料21连接在所述背带骨架20上。
83.具体的，通过实验观察发现，现有市场上的书包，由于没有设计合理的背负系统，对于使用者而言，当重量稍重时，书包的作用力全作用在肩带上，使用者不得不曲背利用脊椎顶起书包，相对于正常的脊椎曲度结构，该书包背负动作会极大的影响使用者的身体健康。
84.因此，本发行实施例的所述背垫骨架10包括第一背垫骨架10和第二背垫骨架10；所述背垫在所述第一背垫骨架10和第二背垫骨架10之间沿竖向留有脊椎间隙；所述第一背垫骨架10和第二背垫骨架10之间基于位于所述脊椎间隙中的背垫覆盖材料11连接。具体的，将背垫骨架10分割为第一背垫骨架10和第二背垫骨架10的目的在于，避免大部分包体的重量落于人体的脊椎上，减小人体脊椎上的重量负担，人体无需通过曲背的方式提高背负力(通过曲背的方式也无法更好的分担作用力)，可被动的校正使用者的背姿；同时，可避免脊椎上的骨头受到太大的作用力导致伤痛。
85.关于第一背垫骨架10和第二背垫骨架10之间的材料和结构，主要需要考虑到背垫与脊椎之间的贴合性以及人体的舒适性问题，具体的，所述第一背垫骨架10和第二背垫骨架10之间的背垫覆盖材料11上开有若干个通孔，以提高脊椎区域的透气性，具体的，还可以将所述第一背垫骨架10和第二背垫骨架10之间的背垫覆盖材料11为弹性变形材料，利用弹性变形材料的变形特性，使重量更为均匀充分的落在脊椎区域上，避免对脊椎造成太大的压力负担。
86.具体的，针对前述的书包结构，在所述学生背姿检测组件还包括压力传感模块时，所述压力传感模块设置在所述背带材料21上，和/或所述压力传感器设置在所述背垫远离所述包体的一侧上。
87.具体的，针对压力传感模块的设置位置，本发明实施例提供以下实施参考：
88.于附图图2所示的a区域上设置压力传感模块，用于获取落于人体肩部的作用力；
89.于附图图2所示的b区域上设置压力传感模块，用于获取落于人体背部的作用力。
90.具体的，在前述基础上，该背负系统可供人体对包体进行支撑的区域包括肩带和
背垫，由于力矩问题，会有很大一部分的包体重量落在背垫的底部与人体的腰部的支撑区域上，相应的，针对于该区域，本发明实施例与所述背垫的底部设置有一个圆筒状的护腰4，以缓解人体的腰部压力；具体的，由于该位置是人体对书包的重点负载区域之一，相应的，于所述护腰4的内部可设置所述压力传感模块。
91.具体的，关于压力传感模块的选用，基于重量以及设计便利性考虑，具体实施中可在相应的结构中采用内嵌的方式，将薄膜压力器件嵌入其中，以实现相应的功能。
92.具体的，关于声音播放模块，可设置在肩带的上端，以更靠近使用者的耳部位置。
93.综上，本发明实施例提供了一种学生背姿检测组件及书包，该学生背姿检测组件可通过对相关数据的监控得到使用者背负书包的背姿状态，通过背姿检测组件或外部设备进行姿态判定后，利用语音播报的方式供使用者对背姿情况进行了解以及指导使用者更好的背负书包；设置有该学生背姿检测组件的书包具有一定的智能性，结合书包本身的人体工学设计，可保证使用者对书包的背负安全性和保证使用者自身的人体健康。
94.另外，以上对本发明实施例所提供的新型结构的面膜行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。