指紋防盜式智能助力行李箱的研究

武明超 田文啟 段新濤

摘 要：為保證出行旅客行李箱的安全，并在使用者行進過程中進行助力，文中研究了一種基于指紋防盜式智能助力行李箱。系統將STC89C52RC單片機作為核心中央處理器，結合電源模塊以及驅動電路等進行設計，其中驅動電路主要包括行李箱的電動萬向輪驅動以及傳感器報警驅動。模擬指紋的錄入、識別與驗證、修改與刪除等測試表明，指紋防盜式智能助力行李箱可以滿足使用者的功能需求，是一種安全穩定且用途廣泛的出行必備品，具有很好的市場前景。

關鍵詞：行李箱;指紋防盜;傳感報警;智能出行;單片機;傳感器

中圖分類號：TP752;TN925文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）04-00-02

0 引 言

隨著生活水平的提高與便捷服務產業的不斷完善，越來越多的人性化智能產品深受歡迎，給人們提供生活便利。行李箱是人們出行的必備工具，但這樣一個方便實用的工具卻有一個缺點：使用者單身一人暫離時難以保證它的安全，雖然隨身拉著行李箱在少部分場合下是可行的，但是在火車站、汽車站等高密度人群活動地帶，恰巧人們在想要上廁所的時候，時常會因為難以保證行李箱內貴重物品的安全而頭痛。另外，長時間的拉動行李箱經常造成手掌疲勞酸痛，在出行的奔波勞累中增加了身體負擔，會大大降低出行效率。指紋型密碼鎖是市場發展的趨勢，以人體指紋為識別載體和手段的智能鎖，其唯一性和不可復制性決定了其具有更高安全性。為此，本文有針對性的設計了一款帶指紋防盜功能的智能助力行李箱，安全防盜，很好的結合當前的市場規律、消費者的消費觀念以及市場需求，具有較強的應用價值和推廣性[1-3]。

1 設計原理

本文研究的指紋防盜式智能助力行李箱以STC89C52RC單片機為核心處理器，由指紋識別、防盜與報警、控制與驅動等模塊組成。其中驅動模塊包括電動萬向輪驅動以及傳感器報警驅動。本設計的工作流程：在用戶暫離時，按下自鎖防盜按鈕，行李箱萬向輪進入自鎖狀態，同時中央處理器通過控制驅動電路驅動行李箱紅外距離傳感器監視行李箱的位置，一旦出現異動，報警電路通過揚聲器語音報警;待用戶回來后通過指紋識別解除行李箱萬向輪自鎖狀態和傳感報警電路的監視報警狀態;在用戶行進過程中，中央處理器通過驅動電動萬向輪來幫助使用者驅動行李箱。系統結構設計如圖1所示。

2 主要結構設計

該指紋防盜式智能助力行李箱的硬件部分采用Altium Designer 6.9軟件仿真，該部分由電源模塊以及驅動電路組成，其中驅動電路主要驅動行李箱的電動萬向輪。

2.1 電源部分

考慮到行李箱在長途旅途中需要長時間助力以及防盜，本設計將采用型號為CNLN12-30A的大容量可充電鋰離子電池組進行整體供電，其標準輸出電壓為12 V，額定容量為30 Ah，充電電壓為12.6 V，充電電流為0.5～1 A，工作電壓范圍為10.8～12.6 V，連續放電時間長達8 h，電池尺寸為

25 mm×100 mm×155 mm，重量為1 kg，將電池組固定在行李箱內底部中心位置，緊貼行李箱底壁可加快整體散熱。本設計中的單片機、揚聲器電路、指紋模塊等硬件模塊均為5 V供電電壓，所以用LM2940將鋰電池電壓輸出由12 V轉換為5 V。由于指紋處理系統中DSP的工作電壓為3.3 V，故將LM2940電路輸出的5 V電壓轉化為3.3 V[4-6]。

2.2 驅動電路

本文研究的指紋防盜式智能助力行李箱的驅動電路模塊包括行李箱萬向輪電機驅動和傳感報警電路驅動。為了確保行李箱能夠在惡劣的環境下正常工作，萬向輪驅動將L298N作為電機驅動模塊的驅動核心，并采用一路L298N驅動電路驅動二路直流電機，即拉桿正下方的兩個萬向輪為電動萬向輪，另外兩個為從動萬向輪。為防止直流電動機啟動瞬間對其他數字芯片造成干擾，控制電路和驅動電路之間采用光耦隔離控制，消除直接進行電路連接造成的干擾，輸出端接整流二極管，防止因反向電壓過大而擊穿L298N芯片，提高系統整體的穩定性。本文采用了智能電動式電子控制動力轉向系統，該系統具有跟隨性好、響應速度快等優點，能夠滿足轉向助力系統的要求。在使用者正常步行拉動行李箱的過程中給予適當助力驅動及轉向驅動。傳感器驅動電路主要用來驅動紅外距離傳感器以及揚聲器報警電路。紅外距離傳感器是一種基于紅外線反射原理對物體距離進行距離測量的傳感器。本設計中紅外測距傳感器模塊采用夏普GP2Y0A21YK0F，其具體參數見表1所列。

在傳感器驅動報警設計中，因為該距離傳感器嵌入在行李箱底部，且由于行李箱底座下的紅外距離傳感器距離地面的距離是恒定的，多為5～8 cm，當使用者開啟自鎖防盜模式后紅外距離傳感器開始工作，持續監測其與地面的距離。本文采用的紅外距離傳感器能在3 s內進行10次地面距離H的檢測，當傳感器檢測到距離H連續三次大于10 cm時，中央處理器就會驅動報警電路利用揚聲器選擇在300～3 400 Hz頻率范圍內進行語音報警。若使用者想更改停留地點，則先進行指紋解鎖，解除自鎖防盜模式后方可繼續前行，如果再次按下自鎖防盜按鈕，傳感報警系統將重新接收到新數據，進行下一循環的判斷與報警[7-8]。

3 軟件系統實現

本文研究的指紋防盜式智能助力行李箱采用的核心處理器STC89C52RC的軟件程序是在Keil μVision4平臺上由C語言編寫調試而成，并通過由Proteus 8 Professional 平臺搭建的模擬硬件結構環境進行測試與調試。經過多次優化的軟件搭配硬件電路共同承擔該設計的智能化功能。軟件設計主要包括指紋錄入、識別與驗證、修改與刪除等。

本文研究的行李箱指紋采集采用8 bit黑白數字COMS圖像傳感器作為圖像獲取器件，成本低、分辨率高、可靠性好。圖像識別過程中，采用GABOR算法彌補因手指多汗等原因造成圖像質量變差的不足。指紋處理系統采用DSP+STC89C52RC體系結構提高中央處理器的資源利用率，增大系統運行的并行程度。DSP處理芯片重點負責指紋圖像信息的錄入、匹配與識別、修改與刪除等工作。使用者在使用前首先將本人指紋信息錄入指紋模塊內，后期可刪除與修改。指紋處理流程如圖2所示。

4 結 語

經過實驗室模擬以及電腦仿真，試驗結果表明，該指紋防盜式智能助力行李箱完全可行，該設計方案以及技術指標均符合設計要求，是一種工作穩定、安全可靠且用途廣泛的出行必備智能行李箱。該設計能在使用者前行過程中進行適當助力，在使用者暫離時開啟自鎖防盜模式后行李箱無法被水平移動，且在自鎖時行李箱一旦被提起，距離傳感器異常，中央處理器就會及時進行語音報警，并且變為在人為外力情況下無法解除自鎖防盜的實時安全監測狀態，唯有使用者使用指紋識別解除自鎖防盜模式后方可繼續行進。但在實驗模擬仿真成功后的模型構建中遇到的主要困擾就是當前市場并未有小型電動萬向輪的研究與開發，導致本設計的成果轉化存在一定困難。本研究的設計結果可為相關產品研究提供思路和方案參考。

注：本文通訊作者為段新濤。

參 考 文 獻

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