CN106372693A - 一种基于物联网技术的智能书包***及方法 - Google Patents

一种基于物联网技术的智能书包***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的智能书包***，包括：智能书包，所述智能书包是与外界智能终端连接，且所述智能终端包括智能手机和PAD；所述基于物联网技术的智能书包***主要还包括有微处理器、电源模块、拍照模块、传感器模块、存储模块、射频识别模块、无线通信模块、声光提醒模块、显示模块以及定位模块，所述射频识别模块上连接有物品模块，且所述物品模块上设置有电子标签。本发明实现了智能识别物品、实时定位、实时拍照、智能判断书包内物品是否超重、智能监测入侵者或非法用户与智能书包的距离，保证了用户的人身安全，同时，还具有智能记录用户运动量和运动距离的使用功能，满足实际使用要求。

Description

一种基于物联网技术的智能书包***及方法
技术领域
本发明涉及一种基于物联网技术的智能书包***及方法，属于物联网和智能书包技术领域。
背景技术
书包是学生上学的必备之物，由于学生每天课程、作业比较多样，每天放在书包中的书本及作业本也各不相同。这容易导致学生容易忘记带当日所需的书本，影响课程。而且现有的书包就只具备装书的功能，其功能单一，不能够随时对孩子的状况进行监控，亟待改进。
现有的技术方案中，电子秤也使用了RFID模块，读取贴有标签的物品。在公开号为CN 204331841 U，公开日为2015.05.13的中国实用新型发明申请中，公开了一种RFID智能学生安全定位***，克服了现有技术的不足，设计结构合理，将学生的书包、者校牌或校徽内装上RFID芯片，通过学校内、班级内和校车内或校园中其他指定区域位置装的RFID读写器来收集到学生经过这些位置的时间信息，再通过控制设备、综合服务平台和无线信号传送装置将学生的动态发生到家长、学校的手机、智能终端或电脑等指定的电子设备上，使用简单方便，使学校、家长能时时掌控管理学生的动态及活动范围，为学校、家长管理学生提供一种便捷手段，在学生出现意外。但是不能识别书包内的物品，不能自助称重。另外，在传统的智能书包在学生安全监控上，存在局限性。在公开号为CN 103729745，公开日为2014.04.16的中国发明申请中，公开了一种智能书包物品作业资料检查提醒***及方法。包括检查提醒***包括后台管理***、智能书包终端和物品终端3个模块，各模块之间能够协同工作。该发明利用无线射频技术，对物品上粘贴的电子标签进行非接触信息采集，通过网络课表、智能录入等信息匹配所需物品，并通过屏幕和语音提醒物品遗漏状态，通过网络推送技术实时提醒更新的作业、教学资料等信息，通过GPS技术定位书包及学生位置，最终实现物品、作业等的智能化检查提醒和对学生的安全定位监控。虽然该发明能够实现书包内物品的智能识别，能够和分发作业，实时定位，但是该发明不能自助称重，不能避免非法用户靠近提醒，不能记录使用者的运动量、运动状态、步数等。为此，需要设计一种新的技术方案，能够综合性克服背景技术中的不足之处。
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种基于物联网技术的智能书包***及方法，该***实现了智能识别物品、实时定位、实时拍照、智能判断书包内物品是否超重、智能监测入侵者或非法用户与智能书包的距离，保证了用户的人身安全，同时，还具有智能记录用户运动量和运动距离的使用功能，满足实际使用要求。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种基于物联网技术的智能书包***，包括：智能书包，所述智能书包是与外界智能终端连接，且所述智能终端包括智能手机和PAD；
所述基于物联网技术的智能书包***主要还包括有微处理器、电源模块、拍照模块、传感器模块、存储模块、射频识别模块、无线通信模块、声光提醒模块、显示模块以及定位模块，所述射频识别模块上连接有物品模块，且所述物品模块上设置有电子标签。
作为上述技术方案的改进，所述电源模块包括大容量的可充电的锂电池和电源管理，所述锂电池用于存储设备所需的电能，所述电源管理用于监控可充电锂电池的充电状态及剩余电量，且具有优化智能书包的用电和管理充电电池模块充电的电子电路。
作为上述技术方案的改进，所述拍照模块内置有摄像头，且所述摄像头采用OV2640摄像头用于采集拍摄照片及图像的初始处理。
作为上述技术方案的改进，所述传感器模块包括重力加速度传感器、超声波传感器以及压力传感器，所述重力加速度传感器用于判断用户的运动状态，记录用户其走路或跑步的距离；所述超声波传感器用于采集入侵者距离用户的距离；所述压力传感器用于称量用户书包的总重量。
作为上述技术方案的改进，所述存储模块包括外存储器，主要用于存储手机终端下发的各类数据。
作为上述技术方案的改进，所述射频识别模块主要由RFID读写器、天线及电子标签所构成，其中，所述RFID读写器采用MF-RC522用于读取或写入贴于物品上的电子标签信息以及接收微处理器发送的控制指令，进行相应的处理。
作为上述技术方案的改进，所述无线通信模块包括WiFi、蓝牙以及3G/4G模块，且所述WiFi采用ESP8266串口WiFi，所述蓝牙选用BLE4.0，所述3G/4G模块采用华为的LTE4G模块ME906E模块。
作为上述技术方案的改进，所述声光提醒模块主要包括扬声器、音频芯片以及LED灯，所述扬声器采用微型扬声器，所述音频芯片采用WTV020-SD模块，所述LED灯采用发光二极管。
作为上述技术方案的改进，所述显示模块包括触摸屏，且采用TFT液晶屏；所述定位模块包括GPS，所述GPS用于采集背着智能书包的用户位置信息，且所述GPS内置了陀螺仪和GPRS模块。
作为上述技术方案的改进，所述基于物联网技术的智能书包***功能方法流程包括以下步骤：
步骤1：***上电，软硬件初始化，设置网络连接，建立与智能终端的网络连接，连接方式可以是蓝牙、WiFi、3G/4G网络方式，智能终端向智能书包***传递课表内容数据，智能书包接收后，将课程数据存储到存储器；
步骤2：***启动RFID读写器识别书包内的物品，依据当前日期，课表内容，判断所需的物品是否在智能书包内，如果扫描某些或某个物品不在射频范围内，则***将发出声光报警，以提醒用户；
步骤3：如果全部扫描到所需物品，称重模块测量书包内物品的总重量，判断重量是否超出用户所能承受的最大重量值，如果超出范围，则***将发出声光报警，以提醒用户，如果为未超出重量范围，***进入上学模式，用户在背着书包上学的路上，智能书包实时测量其他人员与智能书包的距离，判断有没有超出***所设定的安全距离值；
步骤4：如果超出安全距离值，则***将发出声光报警，以提醒用户，同时，***向摄像头发出指令，摄像头进行拍照，并将照片压缩处理，存入存储器，并且通过网络上传至智能终端设备；
步骤5：***的重力加速度传感器实时记录用户的歩数，并存储到存储器，并且通过网络上传至智能终端设备，GPS模块实时记录用户的行动足迹及在某地的停留时间，***将这些数据存储到传感器，并且通过网络上传至智能终端设备。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
本发明所述的一种基于物联网技术的智能书包***及方法，该***实现了智能识别物品、实时定位、实时拍照、智能判断书包内物品是否超重、智能监测入侵者或非法用户与智能书包的距离，保证了用户的人身安全，同时，还具有智能记录用户运动量和运动距离的使用功能，达到省时省力、高效的使用效果，满足了实际使用要求。
附图说明
图1为本发明所述的智能书包内部结构框图；
图2为本发明所述的智能书包与智能终端数据交互图；
图3为本发明所述的***功能流程示意图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
如图1至图3所示，为本发明所述的一种基于物联网技术的智能书包***，包括：智能书包，智能书包是与外界智能终端连接，且智能终端包括智能手机和PAD；基于物联网技术的智能书包***主要还包括有微处理器、电源模块、拍照模块、传感器模块、存储模块、射频识别模块、无线通信模块、声光提醒模块、显示模块以及定位模块，射频识别模块上连接有物品模块，且物品模块上设置有电子标签。
进一步地，电源模块包括大容量的可充电的锂电池和电源管理，电池用于存储设备所需的电能，电源管理模块用于监控可充电电池的充电状态及剩余电量，优化智能书包的用电和管理充电电池模块充电的电子电路、提升电池使用寿命，该设备提供micro型USB充电接口，即微型USB接口，方便对充电电池模块充电，且体积较小，占用空间小，通用性强。
进一步改进地，拍照模块内置摄像头模块，采用OV2640摄像头模块，该模块具有体积小、功耗低、兼容多种总线连接、分辨率高的特点，用于采集拍摄照片及图像的初始处理。
进一步改进地，传感器模块包括重力加速度传感器、超声波传感器以及压力传感器，重力加速度传感器用于判断用户的运动状态，记录其走路或跑步的距离，超声波传感器用于采集入侵者距离用户的距离，当入侵者靠近用户时，***依据用户所设置的警戒阈值，判断是否距离是否小于这个阈值，如果小于，则微处理器将向声光提醒模块发出指令，释放危险信息；压力传感器，用于称量用户书包(内含物品)的总重量，如果这个重量超出用户所能承受的最大重量，微处理器将向声光提醒模块发出指令，发出警报信息，同时将信息显示到显示屏上。
进一步改进地，存储模块包括外存储器，用于存储手机终端下发的课表、作业数据，存储用户传感器采集到的数据，图像数据，GPS数据、RFID读写器读写卡数据，电源管理日志等等。
进一步改进地，射频识别模块主要由RFID读写器、天线及电子标签所构成，其中，RFID读写模块采用选取MF-RC522，MF-RC522是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员，是NXP公司的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携式手持设备研发的较好选择，负责读取或写入贴于物品(书、作业本、文具等)上的电子标签信息，依据当天的课表或者作业内容，读取电子标签，查询是否将所需的物品放置在书包内，接收微处理器发送的控制指令，进行相应的处理。
进一步改进地，无线通信模块包括WiFi、蓝牙以及3G/4G模块，依据不同的场合，用户自主选择网络模式，主要负责终端设备与智能书包进行通信和数据交换，将手机终端中的课表、作业内容下载至智能书包存储器。将智能书包中存储的传感器采集的数据、GPS信息、用户的运动量、险情时所拍摄的照片等数据上传至终端；
其中，WiFi模块选用ESP8266串口WIFI，体积小、功耗低，功能强大内部跑LWIP协议，能够嵌入任何嵌入式设备，支持三种模式：AP、STA、AP+STA共存模式，简洁高效的AT指令，开发方便高效；
其中，蓝牙模块选用BLE4.0，蓝牙芯片选择TI公司的CC2540芯片，CC2540是一个超低消耗功率的真正***单晶片，它整合了包含微控制器、主机端及应用程序在一个元件上，CC2540结合一个优异的无线射频传送接收器及一个工业标准的加强型8051微控制器，它包括连接类比及数位感应器的周边，内建可程式的快闪记忆体，精确的无线射频讯号强度指示，全速USB 2.0界面，内建AES-128加密引擎；
其中，3G/4G模块选取华为的LTE 4G模块ME906E模块，支持电信4G、联通4G+3G，提供NGFF接口。
进一步改进地，声光提醒模块主要包括扬声器、音频芯片以及LED灯，语音芯片选择WTV020-SD模块，其是一款可重复擦写语音内容的大容量存储类型的语音模块，可外挂最大容量为1GB的SD卡存储器，能加载WAV格式语音和AD4格式语音；扬声器选用、低功耗、小体积的微型扬声器即可；发光二极管采用支持多种颜色的发光二极管。
同时，当***中传感器、摄像头、RFID读写器等设备采集到异常数据，微处理器判断为异常事件，此时，将向语音芯片发出播放信号，语音芯片工作，语音信号放大电路驱动扬声器播放预警信息，同时发光二极管由常绿色变为闪烁的红色，以起到提醒作用，同时显示屏上也显示预警信息。
进一步改进地，显示模块包括触摸屏，且采用TFT液晶屏；所述定位模块包括GPS，所述GPS用于采集背着智能书包的用户位置信息，且所述GPS内置了陀螺仪和GPRS模块。
具体地，所述一种基于物联网技术的智能书包***方法流程包括以下步骤：
步骤1：***上电，软硬件初始化，设置网络连接，建立与智能终端的网络连接，连接方式可以是蓝牙、WiFi、3G/4G网络方式，智能终端向智能书包***传递课表内容数据，智能书包接收后，将课程数据存储到存储器；
步骤2：***启动RFID读写器识别书包内的物品，依据当前日期，课表内容，判断所需的物品是否在智能书包内，如果扫描某些或某个物品不在射频范围内，则***将发出声光报警，以提醒用户；
步骤3：如果全部扫描到所需物品，称重模块测量书包内物品的总重量，判断重量是否超出用户所能承受的最大重量值，如果超出范围，则***将发出声光报警，以提醒用户，如果为未超出重量范围，***进入上学模式，用户在背着书包上学的路上，智能书包实时测量其他人员与智能书包的距离，判断有没有超出***所设定的安全距离值；
步骤4：如果超出安全距离值，则***将发出声光报警，以提醒用户，同时，***向摄像头发出指令，摄像头进行拍照，并将照片压缩处理，存入存储器，并且通过网络上传至智能终端设备；
步骤5：***的重力加速度传感器实时记录用户的歩数，并存储到存储器，并且通过网络上传至智能终端设备，GPS模块实时记录用户的行动足迹及在某地的停留时间，***将这些数据存储到传感器，并且通过网络上传至智能终端设备。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于物联网技术的智能书包***，包括：智能书包，其特征在于：所述智能书包是与外界智能终端连接，且所述智能终端包括智能手机和PAD；
所述基于物联网技术的智能书包***主要还包括有微处理器、电源模块、拍照模块、传感器模块、存储模块、射频识别模块、无线通信模块、声光提醒模块、显示模块以及定位模块，所述射频识别模块上连接有物品模块，且所述物品模块上设置有电子标签。
2.根据权利要求1所述一种基于物联网技术的智能书包***，其特征在于：所述电源模块包括大容量的可充电的锂电池和电源管理，所述锂电池用于存储设备所需的电能，所述电源管理用于监控可充电锂电池的充电状态及剩余电量，且具有优化智能书包的用电和管理充电电池模块充电的电子电路。
3.根据权利要求1所述一种基于物联网技术的智能书包***，其特征在于：所述拍照模块内置有摄像头，且所述摄像头采用OV2640摄像头用于采集拍摄照片及图像的初始处理。
4.根据权利要求1所述一种基于物联网技术的智能书包***，其特征在于：所述传感器模块包括重力加速度传感器、超声波传感器以及压力传感器，所述重力加速度传感器用于判断用户的运动状态，记录用户其走路或跑步的距离；所述超声波传感器用于采集入侵者距离用户的距离；所述压力传感器用于称量用户书包的总重量。
5.根据权利要求1所述一种基于物联网技术的智能书包***，其特征在于：所述存储模块包括外存储器，主要用于存储手机终端下发的各类数据。
6.根据权利要求1所述一种基于物联网技术的智能书包***，其特征在于：所述射频识别模块主要由RFID读写器、天线及电子标签所构成，其中，所述RFID读写器采用MF-RC522用于读取或写入贴于物品上的电子标签信息以及接收微处理器发送的控制指令，进行相应的处理。
7.根据权利要求1所述一种基于物联网技术的智能书包***，其特征在于：所述无线通信模块包括WiFi、蓝牙以及3G/4G模块，且所述WiFi采用ESP8266串口WiFi，所述蓝牙选用BLE4.0，所述3G/4G模块采用华为的LTE4G模块ME906E模块。
8.根据权利要求1所述一种基于物联网技术的智能书包***，其特征在于：所述声光提醒模块主要包括扬声器、音频芯片以及LED灯，所述扬声器采用微型扬声器，所述音频芯片采用WTV020-SD模块，所述LED灯采用发光二极管。
9.根据权利要求1所述一种基于物联网技术的智能书包***，其特征在于：所述显示模块包括触摸屏，且采用TFT液晶屏；所述定位模块包括GPS，所述GPS用于采集背着智能书包的用户位置信息，且所述GPS内置了陀螺仪和GPRS模块。
10.根据权利要求1-9所述一种基于物联网技术的智能书包***方法，其特征在于：所述***方法流程包括以下步骤：
步骤1：***上电，软硬件初始化，设置网络连接，建立与智能终端的网络连接，连接方式可以是蓝牙、WiFi、3G/4G网络方式，智能终端向智能书包***传递课表内容数据，智能书包接收后，将课程数据存储到存储器；
步骤2：***启动RFID读写器识别书包内的物品，依据当前日期，课表内容，判断所需的物品是否在智能书包内，如果扫描某些或某个物品不在射频范围内，则***将发出声光报警，以提醒用户；
步骤3：如果全部扫描到所需物品，称重模块测量书包内物品的总重量，判断重量是否超出用户所能承受的最大重量值，如果超出范围，则***将发出声光报警，以提醒用户，如果为未超出重量范围，***进入上学模式，用户在背着书包上学的路上，智能书包实时测量其他人员与智能书包的距离，判断有没有超出***所设定的安全距离值；
步骤4：如果超出安全距离值，则***将发出声光报警，以提醒用户，同时，***向摄像头发出指令，摄像头进行拍照，并将照片压缩处理，存入存储器，并且通过网络上传至智能终端设备；
步骤5：***的重力加速度传感器实时记录用户的歩数，并存储到存储器，并且通过网络上传至智能终端设备，GPS模块实时记录用户的行动足迹及在某地的停留时间，***将这些数据存储到传感器，并且通过网络上传至智能终端设备。
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