王懷松，黃安，吳姍姍

（安徽新華學(xué)院，安徽合肥，230088）

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

■1.1 伸縮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

行李箱的伸縮，依靠的是箱面與伸縮桿的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。其正面視圖如圖1所示，行李箱正面中間的兩個(gè)板塊由密碼鎖進(jìn)行配合連接，后面的一側(cè)箱面之間連接，則使用鉸鏈連接中間的兩板面。每一塊板面與該段對(duì)應(yīng)的伸縮桿焊接在一起，最中間的兩段伸縮桿是斷開的，靠近中間的兩段伸縮桿比兩側(cè)的伸縮桿大。兩側(cè)的伸縮桿可以在中間的伸縮桿形成的導(dǎo)軌內(nèi)移動(dòng)，兩側(cè)伸縮桿移動(dòng)則會(huì)使兩側(cè)的板面移動(dòng)，當(dāng)伸縮桿伸縮到合適的位置時(shí)，固定伸縮桿表面的柱銷式按鈕，進(jìn)而限制殼體的位移，以此使行李箱兩側(cè)的尺寸發(fā)生改變。將行李箱的上方位置與側(cè)面的合適位置設(shè)置方便提拉的手提式把手，以便用戶在上下樓梯、臺(tái)階等情況下搬運(yùn)，側(cè)面視圖如圖2所示。

圖1 行李箱正面視圖

圖2 行李箱側(cè)面視圖

同時(shí)，在箱體后面的一側(cè)中間板塊設(shè)有拉桿，使用者能夠?qū)⒗瓧U伸長(zhǎng)，方便在行走時(shí)拉動(dòng)行李箱前行。行李箱后方中間右側(cè)板面的拉桿從底部一直延伸接近頂部，除了可以儲(chǔ)存拉桿的伸縮桿，還可以增強(qiáng)板面穩(wěn)定性，后方中間左側(cè)的板塊左端也有一條從底部直達(dá)頂部的筋板，與拉桿的板條尺寸近乎一致，當(dāng)行李箱向后放置時(shí)，這兩條板條再和四個(gè)角的三角塊組成一個(gè)支撐面，可以有效保證行李箱平整的放置。

另外，行李箱前后板面中間有橫向的兩段凸起的燕尾槽，利用燕尾槽獨(dú)有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。豎直方向保證板面與板面間滑動(dòng)時(shí)不會(huì)分離，四條棱柱能夠相互平行，橫向保證底座與箱頂間距穩(wěn)定，從而大大加強(qiáng)整個(gè)箱體的穩(wěn)定性，如圖3所示。

圖3 燕尾槽局部視圖

■1.2 減震移動(dòng)

行李箱的底盤使用的輪子為減震萬向輪，其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，該減震輪裝置包括了與行李箱連接的固定座、與固定座連接并且可以隨意轉(zhuǎn)動(dòng)的減震輪；減震輪包括減震架、豎直連接減震架的支撐柱、與支撐柱一端鉸接的橫軸體、橫軸體兩端設(shè)置滾動(dòng)輪；橫軸體貫穿減震架，支撐柱采用二軸套接的方式實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)，支撐柱內(nèi)置有軸向壓縮的彈簧以及彈性連桿，從而使得整個(gè)支撐柱的長(zhǎng)度能夠根據(jù)底座施加的力進(jìn)行變化，結(jié)合使減震輪自由轉(zhuǎn)動(dòng)的固定構(gòu)件，輪子的材質(zhì)均選用進(jìn)口橡膠輪，這種橡膠輪相較于普通橡膠輪具有更強(qiáng)的耐磨性，并且負(fù)重和靜音的效果俱佳，價(jià)格比普通橡膠輪稍高。這樣組合設(shè)計(jì)使得減震輪能夠在平面內(nèi)任意方向隨意轉(zhuǎn)動(dòng)，提高其適應(yīng)復(fù)雜路況的能力以及穩(wěn)定性。

圖4 減震輪結(jié)構(gòu)圖

2 定位裝置及設(shè)計(jì)

定位追蹤系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下功能：是否有新信息的判斷、信息的讀取與信息內(nèi)容的判斷，信息的刪除，接收機(jī)對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行提取，微處理器判斷是否收到用戶發(fā)來的位置請(qǐng)求，通過通信模塊選擇GPS數(shù)據(jù)信息的發(fā)送等功能。

定位追蹤裝置是以微處理器STC12C5A60S2為核心，由其來控制整個(gè)定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位功能，該單片機(jī)與GPS模塊和GSM/GPRS的通信模塊都是由串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模搯纹瑱C(jī)可以實(shí)現(xiàn)定位系統(tǒng)的初始化、將解算好的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以及將數(shù)據(jù)傳輸至通信模塊，通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)送定位信息。

具體實(shí)現(xiàn)定位發(fā)送流程如下：GPS接收機(jī)獲得定位信號(hào)，由中斷的方式傳輸至微處理器，微處理器通過接受到的中斷程序后，將GPS衛(wèi)星定位信號(hào)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并提取出有效的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)是否有效，有效則返回并存儲(chǔ)經(jīng)緯度值，無效則返回并顯示無效標(biāo)志，當(dāng)單片機(jī)接收到無效數(shù)據(jù)時(shí)，程序會(huì)釋放內(nèi)存，并使用GSM的STK命令進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)定位數(shù)據(jù)的獲取，從而當(dāng)GPS接收機(jī)無法準(zhǔn)確獲取位置信息時(shí)嘗試網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位。當(dāng)定位系統(tǒng)接收到用戶發(fā)來的定位請(qǐng)求信息時(shí)，微處理器將接收處理完成好的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，通過GSM/GPRS通信模塊發(fā)送給用戶。定位裝置的主程序流程圖如圖5所示。

圖5 定位追蹤系統(tǒng)主程序流程圖

目前GPS常用的數(shù)據(jù)格式是UBX格式和NMEA格式，本論文使用的GPS接收機(jī)以上兩種常用格式都支持。接收機(jī)可以通過配置引腳來選擇應(yīng)用那種數(shù)據(jù)格式，本論文使用的是NMEA 0813協(xié)議格式。GGA是該協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)信息格式的一種，表示的是全球定位系統(tǒng)中的固定數(shù)據(jù)信息。GGA數(shù)據(jù)格式為：

$GPGGA，072932,3529.3721,N,13624.2547,E,1,10,0.8,133.4,M,,,,＊LF

參照協(xié)議的格式說明可以解讀出其表示的含義為：格林威治時(shí)間為：7點(diǎn)29分32秒。北緯35度29.3721分，西經(jīng)136度24.2547分。因?yàn)榻邮盏降氖菙?shù)據(jù)流信息，無法直接地篩選出想要的信息，所以需要對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，提取目標(biāo)信息，GGA的格式數(shù)據(jù)有較為顯著的特征，其開頭是以$作為標(biāo)示符，因此只需要利用程序通過尋找“$”是否作為首個(gè)標(biāo)示符，以此來判斷是否是GGA格式數(shù)據(jù)，因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)格式固定不變，所以通過其數(shù)據(jù)中“，”號(hào)的位置，來確定各個(gè)數(shù)據(jù)在協(xié)議格式中所代表的參數(shù)值，此處需要提取的是定位數(shù)據(jù)中的經(jīng)度、緯度值。其GPS位置數(shù)據(jù)信息提取流程圖如圖6所示。

當(dāng)定位系統(tǒng)完成GPS數(shù)據(jù)定位后，需要將定位信息準(zhǔn)確及時(shí)的發(fā)送到使用者的手機(jī)上，此時(shí)就需要用到GSM/GPRS通信模塊，此通信模塊除了能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)定位、檢測(cè)SIM卡的狀態(tài)、查看網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量之外，最主要的就是完成信息的反饋傳送給使用者，該模塊在完成初始化之后，處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)模塊收到定位請(qǐng)求信息時(shí)，需要進(jìn)一步判斷是否是使用者的手機(jī)號(hào)，是否為用戶請(qǐng)求流程如圖7所示。

圖7 是否為用戶請(qǐng)求流程圖

3 解鎖及其他功能

■3.1 智能解鎖

經(jīng)過查閱書籍與資料，本文采用的指紋識(shí)別模塊的設(shè)計(jì)原理如下：使用指紋識(shí)別模塊型號(hào)為ATK–AS608。初始進(jìn)行指紋識(shí)別時(shí)，先通過指紋模塊內(nèi)置的指紋傳感器，收錄用戶三組不同的指紋特征，當(dāng)有指紋解鎖需求時(shí)，通過指紋傳感器對(duì)時(shí)下采集的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，提取相關(guān)指紋特征，將時(shí)下得到的指紋與系統(tǒng)中錄入的用戶指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和判斷[4]。指紋識(shí)別模塊的基本工作原理是以微處理器和Uart串口為數(shù)據(jù)中樞，通過數(shù)據(jù)采集分析，對(duì)MCU發(fā)送指紋識(shí)別的處理結(jié)果，然后指紋模塊中的主控芯片根據(jù)分析處理的結(jié)果，選擇是否向電機(jī)模塊發(fā)送工作指令，指紋模塊以此工作原理實(shí)現(xiàn)指紋錄入與指紋判斷，實(shí)現(xiàn)快速解鎖操作[5]。指紋解鎖流程圖如圖8所示。

圖8 指紋解鎖流程圖

■3.2 攝像及警報(bào)

除了可以在微信小程序了解到位置信息外，還可以通過微信小程序進(jìn)行簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程控制，通過行李箱內(nèi)部搭載的芯片以及SIM卡，借助自身攝像頭、揚(yáng)聲器，在用戶發(fā)覺行李箱遺失后能夠通過APP進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，開啟行李箱自帶的揚(yáng)聲器警報(bào)及攝像頭采集圖像。協(xié)助用戶找尋遺失的行李箱。此外行李箱還搭載了一個(gè)10000mA的可拆卸移動(dòng)電源，用戶在外出手機(jī)或者平板電量續(xù)航不足時(shí)，可以通過移動(dòng)電源為其進(jìn)行及時(shí)的供能。

4 總結(jié)

本文行李箱所設(shè)計(jì)的功能，可以用當(dāng)下的技術(shù)輕易的實(shí)現(xiàn)，只需要在箱體內(nèi)部添置電子器件，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電路進(jìn)行控制即可完成?？刹僮餍暂^強(qiáng)，另外所需要的材料也比較容易獲得，制造成本不高。

受限于時(shí)間和技術(shù)等因素，本設(shè)計(jì)僅僅實(shí)現(xiàn)了伸縮、定位等功能，與市面上最新的智能行李箱而言，功能還是不夠完善，后續(xù)研究設(shè)計(jì)還可以增加如：自動(dòng)跟隨、載人出行和稱重等實(shí)用性的能，以改善用戶的出行體驗(yàn)。