基于智能双肩包监测及预防人体脊柱曲度变形的方法及系统
阅读说明：本技术 基于智能双肩包监测及预防人体脊柱曲度变形的方法及系统 (Method and system for monitoring and preventing human spine curvature deformation based on intelligent backpack ) 是由 吴志龙 于 2021-07-01 设计创作，主要内容包括：基于智能双肩包监测及预防人体脊柱曲度变形的方法及系统,其中系统包括智能双肩包,智能双肩包包括背包本体、第一背带和第二背带,在第一背带上设有第一压力传感器,在第二背带上设有第二压力传感器,第一压力传感器和第二压力传感器与处理器电性连接,处理器与报警模块电性连接,处理器还包括：运算模块,运算模块用于第一压力传感器所获得的第一压力值减去第二压力传感器所获得的第二压力值的绝对值,除以第一压力值和第二压力值中的较小的值得到一个百分比数；比较模块,如果所得的百分比数大于预定的百分比阈值,则报警。本发明可以预防青少年由于常年背负重重的书包而引起的走路姿态变形,从而引起的人体脊柱曲度变形的问题。(Method and system based on human backbone curvature of intelligence backpack monitoring and prevention warp, wherein the system includes intelligent backpack, and intelligent backpack includes knapsack body, first braces and second braces, is equipped with first pressure sensor on first braces, is equipped with second pressure sensor on the second braces, first pressure sensor and second pressure sensor and treater electric connection, treater and alarm module electric connection, and the treater still includes: the operation module is used for subtracting the absolute value of a second pressure value obtained by the second pressure sensor from a first pressure value obtained by the first pressure sensor and dividing the absolute value by the smaller value of the first pressure value and the second pressure value to obtain a percentage; and the comparison module alarms if the obtained percentage number is larger than a preset percentage threshold value. The invention can prevent the problem of deformation of the curvature of the spine of the human body caused by the deformation of the walking posture of teenagers bearing heavy schoolbag all the year round.)
技术领域
本发明涉及基于智能双肩包监测及预防人体脊柱曲度变形的方法及系统。
背景技术
人体脊柱曲度变形包括脊柱侧弯和驼背两大类，它们是较为常见的脊柱变形。对于青少年而言，其主要是由于长期不良行为姿势造成的（主要是走路姿态，站立姿态和坐姿不良造成的），这种症状已成为仅次于青少年的近视疾病的第二大影响青少年健康的疾病，它大大地降低了青少年的自我形象，会给人一种精神颓废、萎靡不振的错觉。
对于站姿或坐姿不良可能造成的人体脊柱曲度变形，已引了人们足够的重视，发明了许多防止坐姿不正确而引起脊柱曲度变形的桌了和椅子，防止站姿不良可能造成的人体脊柱曲度变形，人们发明了背背佳这样的产品来强行保证正确的人体脊柱曲度形状。但是，对于青少年常年背负重重的书包而引起的走路姿态变形，从而引起的人体脊柱曲度变形的问题，人们还认识不足。因此，人们亟待研究相关的技术来解决青少年由于常年背负重重的书包而引起的走路姿态变形，从而引起的人体脊柱曲度变形的问题。
发明内容
为了克服上述问题，本发明向社会提供一种基于智能双肩包监测及预防人体脊柱曲度变形的方法及系统，它可以预防青少年由于常年背负重重的书包而引起的走路姿态变形，从而引起的人体脊柱曲度变形的问题。
本发明的技术方案是：提供一种基于智能双肩包监测及预防人体脊柱曲度变形的方法，所述智能双肩包包括背包本体和连接于背包本体的第一背带和第二背带，在所述第一背带对应肩部位置设有第一压力传感器，在所述第二背带对应肩部位置设有第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器与处理器电性连接，所述处理器与报警模块电性连接，电源为整个电路提供电能；所述处理器对所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器采集采集的信息进行处理；所述处理器处理所述信息的步骤如下：
S1步、用所述第一压力传感器所获得的第一压力值减去所述第二压力传感器所获得的第二压力值的绝对值，除以所述第一压力值和第二压力值中的较小的值得到一个百分比数；
S2步、当所得的百分比数超过预定时间还大于预定的百分比阈值时，所述处理器控制所述第一压力值和第二压力值中较大的值相对应的报警模块报警，用于提示调整背包状态，以减少所述第一压力值和第二压力值中较大的值一侧的压力，增加所述第一压力值和第二压力值中较小的值的压力，使百分比数调整到小于所述百分比阈值的范围内。
作为对本发明的改进，在所述背包本体上侧中部设有背包提手，在所述背包提手的下底面上设有第三压力传感器，所述第三压力传感器与处理器电性连接；
在所述S1之前还包括S0步，用手提起背包，使背包悬空，所述第三压力传感器称出背包初始重量，如果初始重量大于预设重量时，相应的报警模块提示重量超重，使用者将背包内物品减至预设重量的范围内，并将背包的重量存入存储器；如果初始重量小于或等于预设重量时，直接将背包的初始重量存入存储器。
作为对本发明的改进，在所述背包本体内侧对应人体后背上部位置设有第四压力传感器，在所述S2步之后还包括S3步，在所述百分比数处于所述百分比阈值的范围内时，如果所述第四压力传感器测得的值超过存储的重量的50%时，报警模块报警提示使用者脊柱变为驼形，要适当挺直脊柱。
作为对本发明的改进，所述处理器将预定时间将第一压力传感器、第二压力传感器和第四压力传感器实时压力数据存入所述存储器。
作为对本发明的改进，本发明还包括无线通信模块和网络终端，所述无线通信模块与所述处理器电性连接；所述无线通信模块可以将所述存储器的数据传输给所述网络终端。
作为对本发明的改进，本发明还包括紧急呼叫按钮和卫星定位模块，所述紧急呼叫按钮设于背带上，当按下紧急呼叫按钮后，所述处理器控制无线通信模块将卫星定位模块的定位信息发送到所述网络终端。
作为对本发明的改进，所述卫星定位模块是北斗卫星定位模块、GPS卫星定位模块、GLONASS卫星定位模块或GALILEO卫星定位模块。
作为对本发明的改进，所述报警模块是指示灯报警模块或/和振动报警模块。
作为对本发明的改进，所述无线通信模块是蓝牙模块、FRID模块、NFC模块和GSM模块中的一种，或者任意两种以上的组合。
作为对本发明的改进，本发明还包括陀螺芯片，所述陀螺芯片用于采集使用者的步行姿态或/和步数数据，并将采集到的步行姿态或/和步数数据的实时数据通过所述处理器存入所述存储器。
本发明还提供一种基于智能双肩包监测及预防人体脊柱曲度变形的系统，所述系统包括智能双肩包，所述智能双肩包包括背包本体和连接于背包本体的第一背带和第二背带，在所述第一背带对应肩部位置设有第一压力传感器，在所述第二背带对应肩部位置设有第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器与处理器电性连接，所述处理器与报警模块电性连接，电源为整个电路提供电能；所述处理器对所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器采集采集的信息进行处理；所述处理器还包括：
运算模块，运算模块用于所述第一压力传感器所获得的第一压力值减去所述第二压力传感器所获得的第二压力值的绝对值，除以所述第一压力值和第二压力值中的较小的值得到一个百分比数；
比较模块，用于比较百分比数与预定的百分比阈值的大小，当所得的百分比数超过预定时间还大于预定的百分比阈值时，所述处理器控制所述第一压力值和第二压力值中较大的值相对应的报警模块报警，用于提示调整背包状态，以减少所述第一压力值和第二压力值中较大的值一侧的压力，增加所述第一压力值和第二压力值中较小的值的压力，使百分比数调整到小于所述百分比阈值的范围内。
作为对本发明的改进，在所述背包本体上侧中部设有背包提手，在所述背包提手的下底面上设有第三压力传感器，所述第三压力传感器与处理器电性连接；第三压力传感器用于称出背包初始重量，如果初始重量大于预设重量时，相应的报警模块提示重量超重；如果初始重量小于或等于预设重量时，直接将背包的初始重量存入存储器。
作为对本发明的改进，本发明还包括第四压力传感器，所述第四压力传感器设在所述背包本体内侧对应人体后背上部位置，在所述百分比数处于所述百分比阈值的范围内时，如果所述第四压力传感器测得的值超过存储的重量的50%时，报警模块报警提示使用者脊柱变为驼形，要适当挺直脊柱。
作为对本发明的改进，所述处理器将预定时间将第一压力传感器、第二压力传感器和第四压力传感器实时压力数据存入所述存储器。
作为对本发明的改进，本发明还包括无线通信模块和网络终端，所述无线通信模块与所述处理器电性连接；所述无线通信模块可以将所述存储器的数据传输给所述网络终端。
作为对本发明的改进，本发明还包括紧急呼叫按钮和卫星定位模块，所述紧急呼叫按钮设于背带上，当按下紧急呼叫按钮后，所述处理器控制无线通信模块将卫星定位模块的定位信息发送到所述网络终端。
作为对本发明的改进，所述卫星定位模块是北斗卫星定位模块、GPS卫星定位模块、GLONASS卫星定位模块或GALILEO卫星定位模块。
作为对本发明的改进，所述报警模块是指示灯报警模块或/和振动报警模块。
作为对本发明的改进，所述无线通信模块是蓝牙模块、FRID模块、NFC模块和GSM模块中的一种，或者任意两种以上的组合。
作为对本发明的改进，本发明还包括陀螺芯片，所述陀螺芯片用于采集使用者的步行姿态或/和步数数据，并将采集到的步行姿态或/和步数数据的实时数据通过所述处理器存入所述存储器。
本发明由于采用了在背包的两根背带，以及背包本体的接触人体的一侧均设有相应的压力传感器，当背包被背在人体背上时，两根背带上的压力传感器可以实时监测两根背带对人体相应肩膀压力，且当两根背带的压力不平衡时，发出警报；另外，背包主体上的压力传感器可以实时监测书包对人体背面的压力，当压力超过预定值时，也发出相应的警报；人们在背着背包行走过程中，由相应的压力传感器所监测到的各压力传感器的实时数据，可以存储到电路板中的存储器内，当到一定场合，如学样门口或教室，可以通过无线传输模块将存储的数据传输给相应的网络终端，供保存和分析；当然，如果无线传输模块是GSM无线传输模块时，可以随通过公网（如4G或5G网络）将存储的数据传输给相应的网络终端，十分方便，也不占内存；为了节省内存空间，在存储数据时，也可以只存储双肩压力不平衡的数据，以背部压力过大的数据，对于正常的数据不予存储。
附图说明
图1是本发明方法一种实施例的方框结构示意图。
图2是本发明方法另一种实施例的方框结构示意图。
图3是本发明系统的平面结构示意图。
图4是本发明系统的电路原理平面结构示意图。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定发明。
请参见图1至图4，图1至图4揭示的是一种基于智能双肩包监测及预防人体脊柱曲度变形的方法，所述智能双肩包包括背包本体1和连接于背包本体的第一背带11和第二背带12（参见图3），在所述第一背带11对应肩部位置设有第一压力传感器111（图中虚线部分），在所述第二背带12对应肩部位置设有第二压力传感器112（图中虚线部分），所述第一压力传感器111和第二压力传感器112与处理器13（设在背包主体1的背底面内）电性连接，所述处理器13与报警模块14电性连接，本实施例中，所述报警模块14可以是指示灯报警模块或/和振动报警模块，指示灯报警模块进一步是可以是LED灯，通过LED灯的闪烁来提示状态；振动报警模块通过微型振动器来提示状态；电源15（可以是纽扣电池）为整个电路提供电能；所述处理器13对所述第一压力传感器111和第二压力传感器112采集的信息进行处理；所述处理器13处理所述信息的步骤如下：
S1步、用所述第一压力传感器111所获得的第一压力值减去所述第二压力传感器112所获得的第二压力值的绝对值，除以所述第一压力值和第二压力值中的较小的值得到一个百分比数；
S2步、当所得的百分比数超过预定时间还大于预定的百分比阈值时，所述处理器控制所述第一压力值和第二压力值中较大的值相对应的报警模块报警，用于提示调整背包状态，以减少所述第一压力值和第二压力值中较大的值一侧的压力，增加所述第一压力值和第二压力值中较小的值的压力，使百分比数调整到小于所述百分比阈值的范围内。本发明的百分比阈值可以设置为大于等于15%。例如，设所述第一压力传感器111所获得的第一压力值是3kg, 所述第二压力传感器112所获得的第二压力值是2.5kg，则用3kg-2.5kg=0.5kg,再用0.5kg除以2.5kg=0.2X100%=20%,大于百分比阈值15%，则需要报警，并调整所述第二压力传感器112相对的一侧肩膀的姿态，以减轻所述第二压力传感器112相对的一侧肩膀的压力，使百分比数小于15%；这样达到实时监测和预防人体脊柱曲度变形。报警可以是指示灯报警模块或/和振动报警模块报警，指示灯报警模块可以是LED灯闪烁，记算出来的百分比数与百分比阈值的差值越大，则LED灯闪烁的就越快；同样的，当为振动报警时，记算出来的百分比数与百分比阈值的差值越大，则振动频率就越高。根据需要对于上述计算的数据可以以时间为轴，间隔预定时间记录一次实时数据，并存入存储器21，以备以后分析。本发明中的所述预定时间可以在5秒至20秒之间选择，本发明之所要设置预定时间，主要是防止压力传感器误判，而造成不必要的频繁报警（下同）。
优选的，在所述背包本体1上侧中部设有背包提手20，在所述背包提手20的下底面上设有第三压力传感器113，所述第三压力传感器113与处理器13电性连接；
在所述S1之前还包括S0步，用手提起背包，使背包悬空，所述第三压力传感器113称出背包初始重量，如果初始重量大于预设重量时，相应的报警模块提示重量超重，使用者将背包内物品减至预设重量的范围内，并将背包的重量存入存储器21；如果初始重量小于或等于预设重量时，直接将背包的初始重量存入存储器21。
优选的，在所述背包本体1内侧对应人体后背上部位置设有第四压力传感器114，在所述S2步之后还包括S3步，在所述百分比数处于所述百分比阈值的范围内时，如果所述第四压力传感器114测得的值超过存储的重量的50%时，报警模块报警提示使用者脊柱变为驼形，要适当挺直脊柱。对于不同年龄段的孩子，其背包初始重量可以设置不同，例如，对于1-3年级的学生，其背包初始重量可以设为低于2kg；对于4-6年级的学生，其背包初始重量可以设为2kg-3kg （包含3kg）； 对于初中阶段的学生，其背包初始重量可以设为3kg-5 kg（包含5kg）；对于高中阶段的学生，其背包初始重量可以设为5kg-7 kg （包含7kg）。当然，也可以根据学生的个人体质，来设置适合于学生自已的背包初始重量。以初中阶段的学生为例，假设某学生的背包初始重量为5 kg，则当所述第四压力传感器114测得的值超过2.5kg时，报警模块14就报警。
优选的，所述处理器13按第一预定时间将第一预定时间将第一压力传感器111、第二压力传感器112和第四压力传感器114实时压力数据存入所述存储器21，以备向网络终端17或手持终端22传输数据，本实施例中，所述网络终端17可以服务器或云服务器；所述手持终端22可以是智能手机、PAD、IPAD或智能手环等。本实施例中，所述第一预定时间可以0.5秒至5秒之间选择。
本发明中，第一压力传感器111、第二压力传感器112、第三压力传感器113和第四压力传感器114均可以采用由苏州能斯达电子科技有限公司生产的柔性薄膜压力传感器，其额定重量范围可以是0-5千克；0-10千克或0-15千克，其响应点为5克-150克。
优选的，本发明还包括无线通信模块16和网络终端17，所述无线通信模块16与所述处理器13电性连接；所述无线通信模块16可以将所述存储器21的数据传输给所述网络终端17和手持终端22；所述无线通信模块16可以是蓝牙模块、FRID模块、NFC模块和GSM模块中的一种，或者任意两种以上的组合。蓝牙模块和GSM模块可以用来与手持终端22交换数据；FRID模块和NFC模块可以通过相应的阅读器23交换数据。进一步的，阅读器23可以通过有线或无线网络向网络终端17提供数据；手持终终22可以通过无线网络（公网4G或5G）向网络终端17提供数据。
优选的，本发明还包括紧急呼叫按钮和卫星定位模块，所述紧急呼叫按钮设于背带上，当按下紧急呼叫按钮后，所述处理器控制无线通信模块16将卫星定位模块的定位信息发送到所述网络终端17。
优选的，所述卫星定位模块是北斗卫星定位模块、GPS卫星定位模块、GLONASS卫星定位模块或GALILEO卫星定位模块。
优选的，本发明还包括陀螺芯片18，所述陀螺芯片18用于采集使用者的步行姿态或/和步数数据，并将采集到的步行姿态或/和步数数据的实时数据通过所述处理器13存入所述存储器21。
请参见图3和图4，图3和图4揭示的是一种基于智能双肩包监测及预防人体脊柱曲度变形的系统，所述智能双肩包包括背包本体1和连接于背包本体的第一背带11和第二背带12，在所述第一背带11对应肩部位置设有第一压力传感器111（图中虚线部分），在所述第二背带12对应肩部位置设有第二压力传感器112（图中虚线部分），所述第一压力传感器111和第二压力传感器112与处理器13（设在背包主体1的背底面内）电性连接，所述处理器13与报警模块14电性连接，本实施例中，所述报警模块14可以是指示灯报警模块或/和振动报警模块，指示灯报警模块进一步是可以是LED灯，通过LED灯的闪烁来提示状态；振动报警模块通过微型振动器来提示状态；电源15（可以是纽扣电池）为整个电路提供电能；所述处理器13对所述第一压力传感器111和第二压力传感器112采集的信息进行处理；所述处理器13还包括：
运算模块131，运算模块131用于所述第一压力传感器111所获得的第一压力值减去所述第二压力传感器112所获得的第二压力值的绝对值，除以所述第一压力值和第二压力值中的较小的值得到一个百分比数；
比较模块132，用于比较百分比数与预定的百分比阈值的大小，当所得的百分比数超过预定时间还大于预定的百分比阈值时，所述处理器13控制所述第一压力值和第二压力值中较大的值相对应的报警模块报警，用于提示调整背包状态，以减少所述第一压力值和第二压力值中较大的值一侧的压力，增加所述第一压力值和第二压力值中较小的值的压力，使百分比数调整到小于所述百分比阈值的范围内。例如，设所述第一压力传感器111所获得的第一压力值是3kg, 所述第二压力传感器112所获得的第二压力值是2.5kg，则用3kg-2.5kg=0.5kg,再用0.5kg除以2.5kg=0.2X100%=20%,大于百分比阈值15%，则需要报警，并调整所述第二压力传感器112相对的一侧肩膀的姿态，以减轻所述第二压力传感器112相对的一侧肩膀的压力，使百分比数小于15%；这样达到实时监测和预防人体脊柱曲度变形。报警可以是指示灯报警模块或/和振动报警模块报警，指示灯报警模块可以是LED灯闪烁，记算出来的百分比数与百分比阈值的差值越大，则LED灯闪烁的就越快；同样的，当为振动报警时，记算出来的百分比数与百分比阈值的差值越大，则振动频率就越高。根据需要对于上述计算的数据可以以时间为轴，间隔预定时间记录一次实时数据，并存入存储器21，以备以后分析。本发明中的所述预定时间可以在5称至20秒之间选择。
优选的，在所述背包本体1上侧中部设有背包提手20，在所述背包提手20的下底面上设有第三压力传感器113，所述第三压力传感器113与处理器13电性连接；第三压力传感器113用于称出背包初始重量，如果初始重量大于预设重量时，相应的报警模块提示重量超重；如果初始重量小于或等于预设重量时，直接将背包的初始重量存入存储器21。
优选的，本发明还包括第四压力传感器114，所述第四压力传感器114设在所述背包本体1内侧对应人体后背上部位置，在所述百分比数处于所述百分比阈值的范围内时，如果所述第四压力传感器114测得的值超过存储的重量的50%时，报警模块报警提示使用者脊柱变为驼形，要适当挺直脊柱。对于不同年龄段的孩子，其背包初始重量可以设置不同，例如，对于1-3年级的学生，其背包初始重量可以设为低于2kg；对于4-6年级的学生，其背包初始重量可以设为2kg-3kg （包含3kg）； 对于初中阶段的学生，其背包初始重量可以设为3kg-5 kg （包含5kg）；对于高中阶段的学生，其背包初始重量可以设为5kg-7 kg （包含7kg）。当然，也可以根据学生的个人体质，来设置适合于学生自已的背包初始重量。以初中阶段的学生为例，假设某学生的背包初始重量为5 kg，则当所述第四压力传感器114测得的值超过2.5kg时，报警模块14就报警。
所述处理器13按第一预定时间将第一压力传感器111、第二压力传感器112和第四压力传感器114实时压力数据存入所述存储器21，以备向网络终端17或手持终端22传输数据，本实施例中，所述网络终端17可以服务器或云服务器；所述手持终端22可以是智能手机、PAD、IPAD或智能手环等。本实施例中，所述第一预定时间可以0.5秒至5秒之间选择。
本发明中，第一压力传感器111、第二压力传感器112、第三压力传感器113和第四压力传感器114均可以采用由苏州能斯达电子科技有限公司生产的柔性薄膜压力传感器，其额定重量范围可以是0-5千克；0-10千克或0-15千克，其响应点为5克-150克。
优选的，本发明还包括无线通信模块16和网络终端17，所述无线通信模块16与所述处理器13电性连接；所述无线通信模块16可以将所述存储器21的数据传输给所述网络终端17和手持终端22；所述无线通信模块16可以是蓝牙模块、FRID模块、NFC模块和GSM模块中的一种，或者任意两种以上的组合。蓝牙模块和GSM模块可以用来与手持终端22交换数据；FRID模块和NFC模块可以通过相应的阅读器23交换数据。进一步的，阅读器23可以通过有线或无线网络向网络终端17提供数据；手持终终22可以通过无线网络（公网4G或5G）向网络终端17提供数据。
优选的，本发明还包括紧急呼叫按钮和卫星定位模块，所述紧急呼叫按钮设于背带上，当按下紧急呼叫按钮后，所述处理器控制无线通信模块16将卫星定位模块的定位信息发送到所述网络终端17。
优选的，所述卫星定位模块是北斗卫星定位模块、GPS卫星定位模块、GLONASS卫星定位模块或GALILEO卫星定位模块。
优选的，所述无线通信模块16是蓝牙模块、FRID模块、NFC模块和GSM模块中的一种，或者任意两种以上的组合。
优选的，本发明还包括陀螺芯片18，所述陀螺芯片18用于采集使用者的步行姿态或/和步数数据，并将采集到的步行姿态或/和步数数据的实时数据通过所述处理器13存入所述存储器21。
在不脱离发明思想的情况下，凡应用发明说明书及附图内容所做的各种等效变化，均理同包含于发明的权利要求范围内。
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