一种多功能智能安全书包的制作方法

本发明涉及智能书包，尤其涉及一种多功能智能安全书包。

背景技术：

1、随着社会的不断发展和科技的进步，人们对儿童安全的关注度日益提高，特别是学生在上学和放学途中的安全问题成为家长和学校的重点关注对象。近年来，儿童失踪、交通事故等安全事件频发，引发了社会的广泛关注和担忧。

2、首先，学生上学和放学的安全问题具有多方面的复杂性。儿童在上下学途中可能遇到多种潜在的安全威胁，包括交通事故、陌生人骚扰、迷路以及意外伤害等。尽管学校和家长已经采取了多种措施，如家长接送、校车服务和安全教育等，但这些措施仍然存在一定的局限性，无法全面、实时地保障儿童的安全。其次，科技的快速发展为解决这些问题提供了新的可能性。智能设备的普及和应用，使得家长和学校能够通过科技手段实时掌握学生的动向和安全状况。

3、例如使用儿童手表和智能儿童书包，儿童智能手表结合了通信技术、定位技术和健康监测等功能，为儿童的安全和成长提供了全方位的保障。智能儿童手表内置了gps定位芯片和基站定位系统，能够准确地追踪儿童的位置。父母可以通过手机app与手表连接，实时监测孩子的位置，并且设定安全区域。智能儿童手表内置了通信模块，支持语音通话和消息发送。父母可以随时与孩子进行沟通，而无需另外购买手机。但目前很多中小学校不允许带智能手表进入学校，防止影响正常的教学秩序。此外，这些智能手表在实时通话过程中会分散使用者注意力，很可能诱发其它安全问题；当前市面上的智能儿童书包(如九微米智能定位儿童书包、汇心汇意智能儿童书包、魔凡奇智能书包等)是具备gps定位、紧急呼救的安全保证功能，同时兼具人体工程学设计的安全智能儿童书包。这些书包不具备实时视频监测的功能，对学生在上学和放学路上无法实现主动防护和预防潜在安全威胁的作用。

4、目前智能书包仅有定位和紧急呼叫等功能，家长无法实时观察孩子在行走时周围环境情况，难以对孩子的安全性进行实时监测和潜在风险预警等功能。儿童智能手表可以实时视频通话，但是在行走过程中可能导致学生注意力分散等问题，造成其它安全事故。

5、总的来说，研发具有实时视频监控、通话、定位等多功能的智能书包，是应对学生上学和放学安全问题的一项创新性举措。不仅可以显著提高学生的安全保障水平，减轻家长和学校的安全管理压力，还可以推动智能安全设备在儿童保护领域的广泛应用。随着技术的不断进步和市场需求的增长，智能书包必将在未来发挥越来越重要的作用，成为保障儿童安全的一道重要防线。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述背景技术中提出的技术问题。

2、本发明采用了如下技术方案：一种多功能智能安全书包，包括以下步骤：

3、s1：控制核心的选择与数据处理，核心控制单元采用stm32f407微控制器，接收和处理从摄像头采集的图像数据，并通过sdio接口将数据传输到通信模块；

4、s2：摄像头的配置与图像采集，采用ov2640 cmos摄像头，通过sccb接口与控制核心连接，采集最高分辨率为1600x1200的图像；

5、s3：通信模块的集成与数据传输，通信模块使用quectel ec20 lte-4g模块，通过mini pcie接口连接，支持lte、umts和gsm/gprs网络，确保在各种网络环境下的稳定连接和高速数据传输，通信模块内置多星座定位系统(gps+glonass)；

6、s4：嵌入式系统的软件设计，软件部分采用μc/os-iii实时操作系统，支持多任务并行执行，管理摄像头的初始化、图像采集、数据传输和通信模块的驱动；

7、s5：实时视频监控功能，通过sccb接口传输到stm32f407控制核心，经sdio接口发送到lte通信模块，通信模块将数据上传至云端或上位机，实现实时视频传输；

8、s6：异常检测与风险预警，系统集成了yolov8s目标检测网络，yolov8s采用多尺度特征金字塔网络和cspdarknet53骨干网络，系统对视频中检测到的目标(如行人、车辆、危险物品等)进行分析，提供实时的风险预警信息，通过人工智能算法，系统能够提前识别潜在的安全威胁；

9、s7：风险预警机制的实现，基于hsv颜色空间和纹理特征，系统能够识别红绿灯的状态，并结合支持向量机(svm)算法，判断红绿灯的信号状态，系统通过kcf算法对检测到的危险目标进行追踪，对行人和车辆的行为进行分析和判断，从而在发生潜在危险时及时提供预警；

10、s8：数据传输与通信集成，通过集成的lte-4g通信模块，在各种网络环境下实现数据的高速上传，wi-fi模块的驱动固件在多个网络场景中进行无缝数据传输和通信；

11、s9：系统集成与功能优化，系统持续进行数据分析和反馈优化，以提升图像传输的质量和风险预警的准确性。

12、优选的，所述s1中，stm32f407微控制器，基于arm cortex-m4内核，具备168mhz的处理能力和丰富的存储资源(1024k flash和192k sram)，stm32f407的高性能确保了系统在多任务处理和数据传输中的效率和稳定性。

13、优选的，所述s2中，ov2640 cmos摄像头为一个1/4英寸的200万像素传感器，支持多种分辨率(如1280x960或640x480)，以适应不同的环境条件，ov2640的高灵敏度和低功耗特性，使其在各种光线条件下均能提供清晰的图像。

14、优选的，所述s3中，lte-4g模块，支持最大上行速率50mbps和下行速率100mbps，多星座定位系统(gps+glonass)提供了高精度的位置跟踪能力，进一步增强了书包的定位功能。

15、优选的，所述s4中，系统采用c/s(client/server)模式，stm32f407作为服务器端，负责数据处理和管理，android移动设备作为客户端，用于实时监控和交互。

16、优选的，所述s5中，智能书包具备实时视频监控功能，家长和学校可以通过客户端应用程序随时查看学生的实时视频，掌握学生所处的环境和状况，有效提高了学生在上下学途中的安全性。

17、优选的，所述s6中，yolov8s目标检测网络能够高效地检测和识别交通异常、人员异常行为等，行人或车辆多目标跟踪算法设计的步骤如下：

18、检测阶段：目标检测算法会分析每一个输入帧，并识别属于特定类别的对象，给出分类和坐标。

19、特征提取/运动轨迹预测阶段：采用一种或者多种特征提取算法用来提取表观特征，运动或者交互特征。此外，还可以使用轨迹预测器预测该目标的下一个位置。

20、相似度计算阶段：表观特征和运动特征可以用来计算两个目标之间的相似性。

21、关联阶段：使用计算得到的相似性作为依据，将属于同一目标的检测对象和轨迹关联起来，并给检测对象分配和轨迹相同的id。

22、优选的，所述s7中，系统对监控视频中的交通信号灯、车辆、行人等目标进行检测和风险评估。

23、优选的，所述s8中，家长和学校通过客户端应用程序可以实时接收视频和位置信息，进行安全监控和风险管理，确保学生的安全。

24、优选的，所述s9中，系统集成了控制核心、摄像头、通信模块和人工智能算法，通过stm32f407的强大处理能力，实现了数据采集、传输、监控和预警功能的有机结合。

25、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

26、本发明中，具有实时视频监控、通话、定位等多功能的智能书包，将对学生、家庭和社会带来显著的积极影响。它不仅在技术上创新了传统书包的功能，更从安全、心理和社会等多方面提升了学生生活的质量。

27、首先，对于学生来说，智能书包极大地提升了他们在上下学途中的安全性。通过实时视频监控，学生在途中所处的环境和遇到的状况可以实时被家长和学校掌握，这有效预防了诸如陌生人骚扰、交通事故等突发事件。定位功能更是确保了学生的位置始终在掌控之中，防止迷路或失踪。智能书包内置的通话功能，让学生在遇到紧急情况时可以第一时间与家长或老师取得联系，寻求帮助。

28、其次，对于家庭而言，智能书包提供了无可比拟的安全保障和心理安慰。家长可以通过智能书包的定位和视频功能，随时查看孩子的实时位置和周边环境，大大减少了因不确定因素带来的焦虑和担忧。特别是在当前社会环境复杂多变的情况下，能够实时掌握孩子的动向，是家长们最为关心和期待的。同时，智能书包的通话功能，方便家长与孩子随时沟通，解决突发问题，进一步加强了家庭之间的联系和互动。家长们不再需要因为孩子上下学途中的安全问题而过分担忧，从而可以更安心地投入到工作和生活中。

29、对社会来说，智能书包的推广应用有助于提升社会整体的安全水平和公共安全意识。首先，智能书包可以作为一个移动的安全节点，帮助社会治安系统更有效地保护儿童安全。实时视频监控和定位功能不仅可以协助警方快速定位失踪儿童，还可以在意外事件发生时提供宝贵的第一手资料，帮助迅速解决问题。其次，智能书包的普及有助于培养全社会的安全意识和责任感。通过智能设备的广泛应用，社会各界可以更深刻地认识到科技在保障安全中的重要作用，进而推动更多安全技术和产品的开发和应用。

30、此外，智能书包的应用还可以推动教育系统的进步。学校可以通过智能书包的数据分析，更好地了解学生的行为模式和安全需求，优化上下学路线，制定更加科学合理的管理措施。同时，智能书包的数据还可以为教育研究提供新的视角和数据支持，推动教育模式和管理方式的不断创新。

31、总的来说，发明和应用具有实时视频监控、通话、定位等多功能的智能书包，将对学生、家庭和社会产生深远的积极影响。这不仅提高了学生的安全保障，增强了家庭的心理安慰，更推动了社会整体的安全水平和公共安全意识的发展。随着技术的不断进步和智能设备的普及，智能书包将成为现代社会中不可或缺的一部分，为每一个学生的成长和安全保驾护航。