基于5G的物聯(lián)網(wǎng)智能懸浮雨傘研究

嚴晨雪，于樹科

（江蘇商貿(mào)職業(yè)學院，江蘇 南通 226000）

0 引言

伴隨著社會經(jīng)濟、綜合國力的迅速提升，現(xiàn)代人群對科技推動社會進步的需求日益增大，在快節(jié)奏的生活中，雨傘成為人們必不可少的生活用品。但是普通雨傘在使用過程中需要手持，對人們的限制較大，同樣對于戶外工作者而言，下雨撐傘也會影響正常工作。鑒于上述問題，本文研究基于5G的物聯(lián)網(wǎng)智能懸浮雨傘，能夠解放雙手，實現(xiàn)自動跟隨，連接手機App，可以實現(xiàn)隨時租賃，服務共享。

1 5G發(fā)展現(xiàn)狀

自20世紀第一代移動通信技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在的5G技術(shù)[1]，用戶規(guī)模不斷擴大，接入的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也不斷增多，應用場景日益豐富。尤其是5G在經(jīng)過2020年的“加速度”后，2021年，5G將會朝著“超高速率”“超大容量”和“超低延時”蓬勃發(fā)展。

2 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)[2]是指通過傳感器和RFID等信息感知設(shè)備，按照既定的協(xié)議將設(shè)備與本網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)連接，實現(xiàn)智能化識別和監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)。通過物聯(lián)網(wǎng)對信息感知和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應用層。感知層主要用來采集各種數(shù)據(jù)來源，網(wǎng)絡(luò)層主要用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，應用層則用于處理數(shù)據(jù)和決策，并將其應用于智能生活的方方面面。這三層結(jié)構(gòu)相輔相成，共同完成“萬物”互聯(lián)。

3 5G與物聯(lián)網(wǎng)相互融合

基于5G的物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“物”與“網(wǎng)”的直連[3]，5G與物聯(lián)網(wǎng)相互融合使其具有更快速、更安全、更經(jīng)濟的特點。本文將5G與物聯(lián)網(wǎng)相互融合這一特點應用與傳統(tǒng)雨傘中，將打破傳統(tǒng)雨傘笨重的劣勢，突出其智能化的特點。

4 智能懸浮雨傘的結(jié)構(gòu)與原理

4.1 結(jié)構(gòu)

本文研究的智能懸浮雨傘能夠解放雙手，實現(xiàn)自動跟隨[4]。其結(jié)構(gòu)包括：伸縮傘面3，下側(cè)設(shè)有伸縮傘柄7；傘面骨架6，設(shè)于伸縮傘面下側(cè)；旋轉(zhuǎn)升降電機2，設(shè)于伸縮傘面上側(cè)中心，旋轉(zhuǎn)升降電機底部設(shè)有轉(zhuǎn)速控制裝置4；空氣螺旋槳1，設(shè)于旋轉(zhuǎn)升降電機上側(cè)的輸出端；裝置盒5，套設(shè)在旋轉(zhuǎn)升降電機外側(cè)，裝置盒內(nèi)還包含CPS定位裝置、電池、藍牙裝置。其結(jié)構(gòu)的各個元部件如表1所示。

表1 元件

智能傘結(jié)構(gòu)如圖1所示。伸縮傘面3的外表面設(shè)有反光防水層。伸縮傘面3的下側(cè)設(shè)有伸縮傘柄7。伸縮傘柄7上設(shè)有租賃二維碼。傘面骨架6以伸縮傘柄7為中心向外側(cè)延伸。伸縮傘面3展開后與伸縮傘柄7的夾角為75°。傘面骨架6設(shè)于伸縮傘面3的下側(cè)。傘面骨架6的長度為0.5 m。伸縮傘柄7及傘面骨架6均為中空結(jié)構(gòu)。伸縮傘柄7的底部內(nèi)設(shè)有電源8。伸縮傘柄7底部表面設(shè)有電源開關(guān)。傘面骨架6共設(shè)有四根，每根傘面骨架6均由是三段不銹鋼中孔長管鉸接在一起。傘面骨架6靠近伸縮傘柄7的一端鉸接在伸縮傘柄7的上端。傘面骨架6三段不銹鋼中孔長管間的兩個鉸接處均設(shè)有微型轉(zhuǎn)動電機4。微型轉(zhuǎn)動電機4與電源8線連。用戶能夠通過伸縮傘柄7底部表面的電源開關(guān)實現(xiàn)雨傘的打開與閉合。

圖1 智能傘結(jié)構(gòu)

伸縮傘面3的上側(cè)中心設(shè)有旋轉(zhuǎn)升降電機2。旋轉(zhuǎn)升降電機2上側(cè)的輸出端設(shè)有所述空氣螺旋槳1。旋轉(zhuǎn)升降電機2設(shè)于所述裝置盒5內(nèi)部。裝置盒5內(nèi)還包含CPS定位裝置、電池、藍牙裝置以及轉(zhuǎn)速控制裝置。轉(zhuǎn)速控制裝置設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)升降電機2的底部用于控制空氣螺旋槳1的轉(zhuǎn)速。電池與CPS定位裝置、藍牙裝置、轉(zhuǎn)速控制裝置及旋轉(zhuǎn)升降電機2線連。CPS定位裝置用于判斷用戶的行動軌跡并實時上傳雨傘的位置。藍牙裝置用于實現(xiàn)雨傘在租賃點的存取。

4.2 工作原理

用戶在雨傘租賃點通過手機App進行掃碼租賃雨傘，雨傘內(nèi)的藍牙裝置接收到指令后，自動解開雨傘電子鎖，App的工作原理如圖2所示。然后，用戶將雨傘取出打開所述伸縮手柄7底部的電源開關(guān)。電源8控制傘面骨架6上的微型轉(zhuǎn)動電機4將所述傘面骨架6展開。此時，伸縮傘面3完全展開，用戶手持雨傘即可。當用戶需要雨傘懸浮時，則通過手機App選擇懸浮選項。此時裝置盒5內(nèi)的旋轉(zhuǎn)升降電機2在所述轉(zhuǎn)速控制裝置的控制下帶動空氣螺旋槳1旋轉(zhuǎn)，雨傘根據(jù)手機App所記錄的用戶身高懸停至用戶的頭頂。當用戶開始移動時，裝置盒5內(nèi)的CPS定位裝置將雨傘的位置與用戶手機App中實時更新的位置進行對比并計算矯正自己的位置。然后，通過轉(zhuǎn)速控制裝置控制空氣螺旋槳1的旋轉(zhuǎn)速度，確保雨傘的運動軌跡與用戶一致。雨傘使用完成后，用戶通過手機App尋找最近的雨傘租賃點，將雨傘歸還即可。

圖2 工作原理

5 結(jié)語

智能懸浮雨傘的研究成果將給人們帶來生活的便利，它是5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的產(chǎn)物。5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還在持續(xù)發(fā)展中，兩種技術(shù)的融合將促進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，融入到家居，交通，醫(yī)療、安防等領(lǐng)域，通過應用于生活的多個場景，會為人們的生活帶來更多的便利。