基于多功能拉桿箱的研究與制造

王群朋 吳自強 閆 爽 曾 政

（1．廣州航海學(xué)院<海運學(xué)院>，廣東 廣州510725；2．廣州航海學(xué)院<信通學(xué)院>，廣東 廣州510725）

0 引言

隨著我國的不斷發(fā)展，人們的中長距出行日漸增多，拉桿箱作為一種具有拉桿和滾輪的便攜儲物工具，逐漸成為現(xiàn)代人出行的必備工具。目前市場上的拉桿箱功能越來越強大，消費者的選擇從原有的儲藏性到行李箱格式化、移動化、電子科技化需求轉(zhuǎn)變。本文設(shè)計的產(chǎn)品基于單片機STC89C51進行整體的設(shè)計，通過單片機控制各個裝置，主要偏向于冰箱控溫、太陽能電能轉(zhuǎn)換及安全警報等性能。此外，本設(shè)計利用原有的照明拉桿箱原理，改進為投影儀功能。而常規(guī)的USB充電及GPS定位，也會應(yīng)用到這一系列的產(chǎn)品中，以此滿足更多消費群體對于現(xiàn)代化及電子科技化的需求。

1 拉桿箱的整體設(shè)計

1.1 拉桿箱模型尺寸及材質(zhì)

拉桿箱尺寸的設(shè)計，需綜合考慮行人的水平身體尺寸所決定的行人站立所需的最小空間，同時，標準尺寸選擇的合理與否不僅影響到行人利用空間的舒適性，也關(guān)系到步行空間的設(shè)計標準，對關(guān)鍵設(shè)施的規(guī)模確定產(chǎn)生決定性影響[1]。同時，結(jié)合多功能的實際要求自行制定整體尺寸，綜合考慮了材料的經(jīng)濟性和零件的可獲得性，而且在模型的制作過程中以目的為導(dǎo)向，使模型具有研究性和經(jīng)濟性。最終決定多功能拉桿箱框架使用15 mm×15 mm鋁合金型材搭建而成，保證了多功能拉桿箱的牢固性以及可拓展性。具體模型尺寸如下（未說明尺寸均采用長×寬×高，單位均為mm）：箱體尺寸400 mm×270 mm×590 mm。（如圖1所示）

圖1 拉桿箱的整體尺寸圖

1.2 拉桿箱內(nèi)部設(shè)計

本設(shè)計的主要特點就是一款“多功能”電子科技化的拉桿箱，因而其融合了許多技術(shù)和機械原理，包含制冷、投影、太陽能轉(zhuǎn)換等的選擇和運用。為成功做成該款產(chǎn)品，設(shè)計團隊需要充分了解市場消費需求，了解各個搭配功能的拉桿箱在制作時，如何做到儲存空間設(shè)置的最大合理化以及各功能單位的合理配置。因此，研究人員將太陽能板設(shè)計為可折疊式，收縮于箱內(nèi)；智能型太陽能半導(dǎo)體制冷便攜式冰箱控溫系統(tǒng)主要設(shè)計安放在左半箱，從而留出足夠的儲物空間，以期滿足用戶的需求。

2 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)是基于單片機STC89C51進行整體的設(shè)計，通過單片機控制各個裝置，如冰箱、投影儀、GPS，同時也用于實時監(jiān)控冰箱溫度，并實時顯示冰箱的溫度，在溫度異常的時候，也會啟動相關(guān)的報警裝置，系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)框圖

2.1 AT89C51

STC89C51單片機[2]是一種可編程可擦除的低電壓的且高性能的8位微處理器，俗稱單片機。

該單片機在下載燒錄程序非常方便，具有較高的性價比，如I/O口的訪問都是在內(nèi)部進行的，不易受到外部干擾，所以具有較好的可靠性；CPU可以直接對I/O口進行位操作，具有很強的位處理能力，可以針對性地解決各類控制任務(wù)。

2.2 電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心，在電能分配及供給方面，本設(shè)計將內(nèi)置可折疊拆卸的太陽能電池和鋰電池通過智能主板為內(nèi)置用電設(shè)備進行供電。在正常情況下鋰電池為備用電源，主要為投影儀及個人設(shè)備的使用提供電量來源；而智能型太陽能半導(dǎo)體制冷便攜式冰箱則主要靠太陽能維持保鮮存貯的功能，并且在陽光不足時，將會啟用鋰電池為其供電，如圖3所示。

圖3 拉桿箱能源供給設(shè)計

本設(shè)計采用的太陽能蓄電板，吸收陽光高效發(fā)電，采用SunPower第三代高效單晶硅A類太陽能板，擁有高轉(zhuǎn)化、低損耗、壽命長的優(yōu)點，同時太陽能的轉(zhuǎn)化率為21.6%，21 W太陽能板約3小時充滿內(nèi)置10 000毫安電池，并且突破傳統(tǒng)太陽能工藝，可以存儲電量，沒有陽光也能充電，內(nèi)置10 000 mAh（37 Wh）高品質(zhì)聚合物電芯，精良電路工藝，多重防護，廣泛兼容，可為手機、平板、充電寶、數(shù)碼相機等數(shù)碼設(shè)備充電。

2.3 冰箱保鮮控溫

智能型太陽能半導(dǎo)體制冷便攜式冰箱設(shè)計與制作，系統(tǒng)采用新型半導(dǎo)體制冷片進行制冷，利用單片機進行智能控制，采用多種電源供電方式進行供電，整個內(nèi)置的冰箱為高密度聚氨酯保溫層，可長時間保持零度，同時采用抗電池干擾技術(shù)，可以排除拉桿箱內(nèi)其他設(shè)備的影響，總共45 W小功率，尺寸為350 mm×145 mm×390 mm。

該冰箱也設(shè)計成內(nèi)置可拆卸的功能，方便用戶拆卸下冰箱進行清洗或其他操作，在使用時直接安裝在專屬功能槽中，即可通電使用。環(huán)保、無污染，體積小，成本較低，工作時沒有震動、噪音小、壽命長，具有較強的實用性[3]。

2.4 DS18B20數(shù)字溫度傳感器

該冰箱具有溫度顯示及報警的功能。DS18B20是常用的數(shù)字溫度傳感器[4]，采用的是單總線的接口方式，與單片機進行通訊相連的線只需要一條，具有較好的經(jīng)濟效應(yīng)。同時測量溫度的范圍為-55℃~+125℃之間，精度為+0.5℃。整體上具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。

主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫、高爐水循環(huán)測溫、鍋爐測溫、機房測溫、農(nóng)業(yè)大棚測溫、潔凈室測溫、彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。其中采用該溫度傳感器用于冰箱的溫度顯示，可實時顯示冰箱的具體溫度，當溫度異常的時候，蜂鳴器會發(fā)生報警的響聲，可提示使用者要注意調(diào)控冰箱的溫度。（如圖4所示）

圖4 溫度顯示流程圖

2.5 LCD1602液晶顯示模塊

LCD1602液晶顯示器是廣泛使用的一種字符型液晶顯示模塊。它是由字符型液晶顯示屏（LCD）、控制驅(qū)動主電路HD44780等元器件裝配在PCB板上而組成。應(yīng)用范圍廣，能應(yīng)用于液晶電視、攝像機的液晶顯示器、掌上游戲機上；顯示質(zhì)量好，液晶顯示器每一單元收到信號后始終保持色彩和亮度；功耗低，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比傳統(tǒng)顯示器也要小得多。

2.6 報警裝置

該報警裝置采用有源蜂鳴器，當獲得單片機的傳輸信號時，便會發(fā)出響聲，起到警示使用者要注意冰箱的溫度出現(xiàn)異常的情況。

2.7 投影儀功能

本設(shè)計的內(nèi)置投影儀使用1 920×1 080真實物理分辨率光機，畫質(zhì)細膩帶來強烈的視覺沖擊，能滿足用戶于戶外的觀影體驗。除此之外還可以滿足用戶的外出線上辦公需求。“移動辦公”也可稱為“3A辦公”或移動OA，即辦公人員可在任何時間、任何地點處理與業(yè)務(wù)相關(guān)的任何事情。這種全新的辦公模式，可以讓工作人員擺脫時間和空間的束縛[5]。

利用常規(guī)投影原理（如圖5）將其應(yīng)用到本設(shè)計的專屬功能區(qū)中，也是屬于小格箱中不可移除部分。消費者在有此項需求的時候，可購買有此功能的產(chǎn)品。不管在哪些場所，只要有智能設(shè)備連接及數(shù)據(jù)傳輸，就能滿足個人需求，實現(xiàn)戶外觀影、移動辦公。

圖5 LED微型投影儀原理圖

2.8 GPS定位

本設(shè)計采用4G精準定位，擁有強大的芯片，網(wǎng)絡(luò)寬帶傳輸數(shù)據(jù)快，延遲低，不漂移，實時更新定位數(shù)據(jù)。定位器附帶強磁可吸附放置在拉桿箱內(nèi)部角落全程靜默工作，同時，內(nèi)置GPS還有報警消息、遠程錄音、操作記錄和定位模式等多功能。

3 結(jié)語

本設(shè)計基于單片機STC89C51進行整體的設(shè)計，通過單片機控制各個裝置，集冰箱控溫、投影辦公、太陽能供電以及USB接口等多種實用功能為一體，結(jié)構(gòu)緊湊，融合了許多技術(shù)和機械原理，包含制冷、溫控報警，投影等的選擇和運用。為成功做成該款產(chǎn)品，設(shè)計團隊對拉桿箱行業(yè)進行了較為深入的了解，以期設(shè)計出更能滿足用戶需求的產(chǎn)品。此外出于對產(chǎn)品便攜、舒適、美觀、功能豐富等產(chǎn)品要求的思考，設(shè)計團隊還充分了解市場消費需求，了解各個搭配功能的拉桿箱在制作時，主要突顯本產(chǎn)品的主打功能和使用效果，以此更好打造這一系列產(chǎn)品更具有選擇性的一面，以切實滿足人們?nèi)找嬖鲩L的現(xiàn)代化及電子科技化出行的需求。