CN201083990Y - 书包智能管理器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种书包智能管理器。它由带有可配置书本标签、下载课程表、设置书包管理器时间软件的计算机、书包管理器和书本标签组成。它由带有可配置书本标签、下载课程表、设置书包管理器时间软件的计算机、书包管理器和书本标签组成；所述的计算机通过串口同书包管理器连接；所述的书包管理器由管理器主机和控制器构成；所述的管理器主机由单片机、数据采集模块、声光提示报警模块、电源管理模块、实时时钟模块组成；所述的书本标签为射频识别标签。本实用新型具有设备使用稳定，响应迅速，软硬件设计合理，能完全避免学生因上课忘带书本所带来的问题。对本实用新型稍加改造，还可作为教学工具。

Description

书包智能管理器

技术领域：

本实用新型涉及一种文具，尤其涉及一种学生用的书包。

背景技术：

整理书包是每个学生在每天上学前必须做得事情，各个学科的教科书、习题册、辅导书总是放满了书包。检查该带的书本是否带齐，也成为每天早晨的必修课。虽然如此，可还是会发生漏带书，或者带错书的情况。上课没有课本势必会影响听课的效果，没带练习册或者作业本，不能按时上交作业，还会给老师和同学留下丢三拉四的不好的印象。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种能自动识别书包内书本或其他工具的书包智能管理器。

本实用新型的技术方案如下：本实用新型由带有可配置书本标签、下载课程表、设置书包管理器时间软件的计算机、书包管理器和书本标签组成。

①计算机通过串口同书包管理器连接，用户将所需要的书本标签信息、课程表信息和书包管理器上设定的时间等所需的内容信息在计算机上进行编排设定，然后下载到书包管理器上。

②书包管理器：由管理器主机和控制器构成；所述的管理器主机由单片机、数据采集模块、声光提示报警模块、电源管理模块、实时时钟模块组成；在控制器中设有点触开关和状态指示灯；数据采集模块、声光提示报警模块通过8位数据总线分别与单片机连接，且电源管理模块、实时时钟模块、控制器模块通过I/O控制线与单片机连接，单片机是主控制模块，其他是被控制模块。

③书本标签：为射频识别标签，它贴在需被识别的每本书上，书本标签内记录书本名称，学生姓名等相关信息，通过管理器中的书本数据采集模块对书本标签进行数据采集、查询。

本实用新型具有如下优点：

1.本实用新型具有设备使用稳定，响应迅速，软硬件设计合理，具备良好的工作稳定性。

2.本实用新型的外观结构简单，体积小巧，重量轻，并采用良好的人性化语音提示，操作简单易用，具有很强的实用性。

3.本实用新型的电源控制模块具有自掉电功能，在长时间不使用可自动断电，环保节能。

4.本实用新型自带在线可编程功能，可通过PC串口升级应用程序，具有良好的可维护性。

5.本实用新型可拓展性强，除了监控书本以外，还可监控其他重要物品如钱包、笔袋、重要文件夹等。对本实用新型稍加改造，还可作为教学工具。例如可以设计清点学生作业的管理箱，自动检查学生作业本上缴情况，减轻教师负担，提高教师工作效率。

6.本实用新型的识别标签采用PVC材质制作，不易磨损。可循环利用，每年换新课本后，只需改写标签内的存储信息，就可以作为新课本的标识。

本实用新型的出现不仅提高了人们的生活质量，也提高了人们的生活效率，更是人类文明进步的象征。而且依照它的原理所产生的衍生物还能有助于教师清点未交作业学生的名单，清点实验室器材是否缺失以及清点外借器材数量及名称。书包智能管理器的诞生不仅是为了学生们排忧解难，相信它也会成为教师以及众多群体工作学习的好助手。由此可见，书包智能管理器的用途之广，作用之大。

附图说明：

图1是本实用新型的整体结构方框示意图。

图2是书包管理器的硬件结构框图。

图3是单片机软件的工作流程图。

图4是计算机端服务软件的工作流程图。

具体实施方式：

如图1所示，本实用新型由带有可配置书本标签、下载课程表、设置书包管理器时间的计算机以及书包管理器和书本标签组成。

书包管理器中所需的内容信息通过所述的计算机下载获得。如图1所示，通过串口将所述的书包管理器与所述的计算机相连，用户可以在计算机上设置书本标签的编码、课程表以及书包管理器上的时间等信息内容或其它信息内容，并将设置好的书本标签的编码、课程表以及书包管理器上的时间等信息内容或其它信息内容下载到书包管理器中；在计算机与书包管理器连接的状态下，用户还可以在计算机上查看书包管理器中的所有信息内容；并且，书包管理器中的信息内容还可以通过计算机随时进行修改。

如图2所示，所述的书包管理器由管理器主机和控制器组成。控制器通过延长的导线与管理器主机相连，使管理器主机可放置于书包内，而控制器可放置于书包外。在控制器上设有开关，通过控制器上的开关控制书包管理器的启闭。

所述的书本标签设置于学生上课所需要的所有课本上。

如图2所示，所述的管理器主机由单片机、数据采集模块、声光提示报警模块、电源管理模块、实时时钟模块组成；在控制器中设有点触开关和状态指示灯；数据采集模块、声光提示报警模块通过8位数据总线分别与单片机连接，且电源管理模块、实时时钟模块、控制器模块通过I/O控制线与单片机连接，单片机是主控制模块，其他是被控制模块。

当开启书包管理器后，由书包管理器通过单片机控制数据采集模块对书本上所贴的书本标签进行识别，在不同的书本上设置有不同编码的书本标签，从而达到识别书包内所有课本的目的；数据采集模块对书本标签进行识别后，将信息与书包管理器中的课程表进行比对，并判断所带课本与课程表中的内容是否一致，然后通过单片机控制声光提示报警模块提醒用户信息是否有错误(即学生当天所带的课本是否有错)。

由于本实用新型属于便携式设备，本实用新型采用电池供电，通过书包管理器中的电源管理模块对电池电压进行监控，当电压过低时提示用户重新充电。若长时间不操作或者单次操作结束后电源管理模块就自动切断电池供电，以保证电池的持续工作时间。控制器模块通过点触开关给本实用新型产品供电，同时控制器模块上设有用于指示是否有错误产生的状态指示灯。

通过单片机实现对数据采集模块、声光提示报警模块、时钟管理模块、电源管理模块的控制，单片机端软件采用Keil C编写，包括实现时钟管理、电源管理、射频标签读写、语音提示等功能。时钟管理是实现计算机对书包管理器的时钟设置或修改以及读取书包管理器的当前时钟。电源管理是实现读取当前电池电压，将电池电压转换成数字信号回送给单片机，单片机判断电压值，告知用户是否电量过低，当单片机工作结束后自动切断电源。射频标签读写是实现对书本标签的读操作和写操作。语音提示是实现对单片机运行结果的语音提示。

所述的数据采集模块采用NXP MFRC500的射频识别模块芯片，采用13.56MHz的识别系统。由于射频识别技术只要被识别的目标在射频天线的电磁场覆盖范围内就可以正确的读出，其独特的防碰撞技术使得阅读器一次可以读出多个不同标签。并且标签也可以被反复的利用，一本课本用完以后，将标签的内容改写后可以作为新课本的标识。在本设计中射频识别模块，该芯片内部集成了ISO 14443 TypeA协议栈。支持13.56MHz的IS014443 TypeA类型标签，比如NXP的S50，S70标签。读写距离最大可达到10CM，足够满足产品应用的需求。根据不同的读写距离和不同的读写标签量的要求，也可以选用其它型号的射频识别模块芯片。

所述的单片机主要完成数据分析处理和课程表下载部分功能。在本设计中采用台湾SynCOMS公司的SM5964单片机作为核心处理器。这是一款兼容MCS51系列8052内核的单片机，内部集成1K SRAM和64K Flash，并自带ISP(在线可编程)功能。通过该功能可以直接改写片内Flash数据，以存放课程表和标签数据等其他信息，并且可以方便的改写应用程序，实现产品的灵活升级。

所述的实时时钟模块是通过SM5964控制一个RTC(实时时钟)，来获取当前时间。鉴于本产品对时间准确度要求较高，故采用爱普生(Epson)的RX-8025芯片，该芯片将32.768KHz时钟集成在芯片内部，避免了传统时钟芯片由于晶体振荡电路外置，时钟频率稳定性不佳，引起的时钟偏差较大问题。在25摄氏度下工作一个月，该芯片的时钟偏差小于13秒。足以满足产品对时间准确度的需求。

实时时钟RX-8025其工作时电流仅0.48uA。故采用一个锂电池CR2032来供电，该电池公称容量为210mAh，考虑到降额使用，计算时仅用其公称容量的80％即168mAh。工作时间可达168mAh/0.48uA＝350000h＝14583D＝40Y。足以满足产品使用年限的需要。

所述的声光提示报警模块为语音提示模块和发光提示模块，语音提示模块考虑到产品的灵活性，采用华邦(winbond)公司生产的可重复烧录的语音芯片ISD2560。该芯片记录时间为60秒，通过控制地址线可将芯片中的语音文件分割为600段播放，足够满足产品需求。

发光提示模块采用一个双色发光二极管。如采用一个黄绿的双色发光二极管，黄光表示有错误，绿光表示正确。

所述的电源管理模块由通断电管理模块和电池电压检测模块组成；为了使产品达到实用效果则单次充电后应能保证有一定的持续待机时间和工作时间，因此将电源工作方式分为持续工作方式和单次工作方式。由于是便携式设备，电源电压可以采用六节7号镍氢电池。

单次工作方式电源管理流程如下：需要书包管理器检查书包时，按一下控制器的点触开关，电源管理模块给书包管理器通电，而书包管理器在检查书本，语音提示等工作完成后，控制电源管理电路切断电源供电。这样在书包管理器不工作时，不损耗电池电量。

持续工作方式是指当用户使用计算机端的服务软件进行配置标签或者下载课程表等其他操作时，书包管理器系统上电后，不再自动断电。该状态会保持到计算机端的服务软件通知书包管理器断电、计算机端的服务软件持续十分钟没有和书包管理器通信、电池被断开为止。

电源管理模块还包括电池电压检测模块，该模块由一个A/D转化芯片和外围控制电路组成，将电池电压转换成数字信号回送给单片机，单片机判断电压值，告知用户是否电量过低。

本实用新型除了可采用上述具体模块外，还可以根据不同的功能要求选用其它类似的模块对上述所有的模块进行替换。

如图3所示，所述的单次工作方式的具体步骤如下：

①用户通过按下控制器上的点触开关，系统开始上电初始化。

②系统初始化结束后，检测串口接受到的数据，如果有收到主机的通讯数据则进入持续工作方式。否则进入单次工作方式。

③进入单次工作方式后，单片机操作时钟管理模块，获取当前时间，并根据获取的时间，从片内Flash数据区中调出本日课程表。

④获取课程表后，单片机操作射频识别模块，读取书包内所有可识别书本及物品。同本日课程表进行比对，缺少和多余的都作为出错信息保存在片内SRAM中。

⑤单片机根据出错信息对应的课本名称，控制语音提示模块进行语音提示，同时LED灯颜色提示，黄色表示有错误发生，绿色表示正确。

⑥检测完课本及其他物品后，单片机控制电源电压管理模块，获取当前的电池电压值，如果电压过低，则用语音和LED灯闪烁提示。

⑦最终单片机控制电源管理模块，自动关机。至此一个单次操作循环结束。

如图3所示，所述的持续工作方式的具体步骤如下：

①用户通过按下控制器上的点触开关，系统开始上电初始化。

②系统初始化结束后，检测串口接受到的数据，如果有收到主机的通讯数据则进入持续工作方式。否则则进入单次工作方式。

②进入持续工作方式后，根据计算机端服务软件下发的指令进行相应的操作。

④同时每次操作结束保存一次时间，当计算机端服务软件超过10分钟没有和管理器通信，系统通过操作电源管理模块关机。

如图4所示，计算机端服务软件的界面共分为三个对话框，提供登录、标签设置、课程表设置与下载、书包管理器版本查看、时间同步等功能，用户的使用流程如下：

1、登录

用户启动计算机端服务软件后，计算机就会弹出一个登录界面让用户输入用户名和连接端口，用户名是用户使用书包管理器的标识，书包管理器可以根据用户名来辨认是谁使用了该书包管理器。连接端口指定用于和书包管理器通讯的串口。用户输入完用户名和选择了连接端口后，点击确认按钮计算机会连接书包管理器，如果与书包管理器连接失败，计算机会提示连接书包管理器失败，用户点击确定后再次回到登录界面。如果与书包管理器连接成功，则计算机进入版本界面。如果一直无法连接上书包管理器，用户可以点击退出按钮，退出计算机。在版本界面里面显示了书包管理器版本和声明版权，10秒(或用户按了确定按钮)后计算机自动将计算机的时间同步到书包管理器，并且进入标签设置界面。

2、标签设置：

用户登录计算机端服务软件成功后，计算机会进入标签设置界面，在标签设置界面里会显示书包管理器时间和帮助信息(根据鼠标不同的位置显示不同的帮助信息)。标签设置部分用于用户设置标签使用，用户只需要输入课程和具体的书类别后，然后将对应书本放在书包管理器上，然后点击设置按钮，软件会根据配置文件中的标签设置块和标签密钥向对应的块写入书本标识。设置完所有的课程后，检查按钮会变为灰色，否则点击检查按钮，计算机可以帮助用户检查还有那些课程没有设置对应的标签。

3、课程表的设置与下载：

课程表部分用于设置用户的用书和时间的对应关系，如果用户需要设置课程表，点击课程表部分的打开按钮，计算机进入标签设置界面。如果课程表已经设置完毕，用户需要将课程表下载到书包管理器，请点击下载按钮，计算机会将课程表信息下载到书包管理器。如果用户点击课程表部分的打开按钮后，软件会进入课程表设置界面，用户可以选取对应时间的编辑框，然后直接双击编辑框，这时计算机会提示用户放入所有要录入的课本，放好后点击确定，就可以将所有的书包全部录入软件，如：周一上午的课程用书被录入。如果需要改动其中的一本书，选择书本后请点击删除按钮，操作流程与录入一样。如果要删除已经录入的某本书，直接选择对应时间的文本框里的书名，点击删除按钮即可。设置完课程表后，用户点击确定按钮保存刚才的设置后退回到标签设置界面，点击取消按钮不保存刚才设置的课程表，退回到标签设置界面。

4书包管理器版本查看：

用户登录成功后，系统会弹出版本界面告知用户书包管理器版本。

5.时间同步：

每次登录成功后，软件会自动将电脑时间更新到书包管理器。

实施例一如表1所示：

表1：

书包管理器工作测试
							测试日期	2007-8-13	2007-8-14	2007-8-15	2007-8-16	2007-8-17	2007-8-18
星期一	星期二	星期三	星期四	星期五	星期六
						课程表上罗列课本		化学、语文、历史、英语、数学、美术	英语、数学、体育、政治、语文、物理	物理、语文、化学、数学、历史	物理、政治、英语、化学、体育、音乐	英语、数学、化学、语文、物理	英语课外资料、数学课外资料
课程表上罗列物品	文具袋	文具袋	文具袋	文具袋	文具袋		文具袋
						漏带课本物品测试		漏带历史课 本，经管理器检测正确检出漏带课本。	漏带物理课本 、文具袋，经管理器检测正确检出漏带课本、物品。	漏带数学课 本，经管理器检测正确检出漏带课本。	漏带音乐课 本，经管理器检测正确检出漏带课本。	漏带英语课本 、文具袋，经管理器检测正确检出漏带课本、物品。	漏带英语课外 资料、文具 袋，经管理器检测正确检出漏带课本、物品。
带错课本测试	带错政治课 本，经管理器检测正确检出带错课本。	带错音乐课 本，经管理器检测正确检出带错课本。	带错美术课 本，经管理器检测正确检出带错课本。	带错语文课 本，经管理器检测正确检出带错课本。	带错政治课 本，经管理器检测正确检出带错课本。		带错数学课 本，经管理器检测正确检出带错课本。

经测试设备识别书本标签准确无误，系统软硬件工作可靠。

Claims (6)

1.一种书包智能管理器，其特征在于：它由带有可配置书本标签、下载课程表、设置书包管理器时间软件的计算机、书包管理器和书本标签组成；所述的计算机通过串口同书包管理器连接；所述的书包管理器由管理器主机和控制器构成；所述的管理器主机由单片机、数据采集模块、声光提示报警模块、电源管理模块、实时时钟模块组成；在控制器中设有点触开关和状态指示灯；数据采集模块、声光提示报警模块通过8位数据总线分别与单片机连接，且电源管理模块、实时时钟模块、控制器模块通过I/O控制线与单片机连接，单片机是主控制模块，其他是被控制模块；所述的书本标签为射频识别标签，它贴在需被识别的每本书上，通过书包管理器中的书本数据采集模块对书本标签进行数据采集、查询。

2.根据权利要求1所述的书包智能管理器，其特征在于：所述的单片机采用台湾SynCOMS公司的SM5964单片机作为核心处理器。

3.根据权利要求1所述的书包智能管理器，其特征在于：所述的数据采集模块采用NXPMFRC500芯片的射频识别模块。

4.根据权利要求1所述的书包智能管理器，其特征在于：所述的实时时钟模块采用爱普生的RX-8025芯片。

5.根据权利要求1所述的书包智能管理器，其特征在于：所述的声光提示报警模块为语音提示模块和发光提示模块，语音提示模块采用华邦公司生产的可重复烧录的语音芯片ISD2560；所述的发光提示模块采用一个双色发光二极管。

6.根据权利要求1所述的书包智能管理器，其特征在于：所述的电源管理模块包括电池电压检测模块，该模块由一个A/D转化芯片和外围控制电路组成，将电池电压转换成数字信号回送给单片机，单片机判断电压值，告知用户是否电量过低，并且当单片机工作结束后会自动切断电源。

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