基于Ardunio的智能行李箱的設(shè)計

摘 要：行李箱是旅行或出差過程中不可或缺的物品，然而傳統(tǒng)行李箱使用的是數(shù)字密碼或鑰匙鎖的鎖定方式，仍存在一些缺點。因此，在對傳統(tǒng)行李箱鎖定方式的問題進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，提出了一種新型鎖定方式。該方式采用了現(xiàn)代指紋識別技術(shù)，利用指紋的獨特性實現(xiàn)行李箱的安全解鎖。相比之下，指紋識別技術(shù)具有更高的安全性和用戶友好性，用戶不再需要記憶復(fù)雜的密碼或擔(dān)心丟失鑰匙。通過指紋識別技術(shù)解決了傳統(tǒng)行李箱鎖定方式存在的痛點問題。該方案具有較高的可行性和實用性，有望在行李箱領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響，并為旅行者提供更加安全和便利的行李保管方式。

關(guān)鍵詞：數(shù)字密碼；鑰匙鎖定；指紋識別；Ardunio；智能行李箱；個性化功能

中圖分類號：TP212.9；TN929.53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）09-00-02

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.09.025

0 引 言

隨著國際國內(nèi)旅游和商務(wù)交流的不斷增長，行李箱作為旅行者和商務(wù)人士必備的裝備之一，承載著重要的個人財物和敏感信息。傳統(tǒng)的行李箱鎖定方式主要采用數(shù)字密碼或鑰匙，然而這種鎖定方式存在一系列問題。本文將圍繞這些問題展開深入研究，提出相應(yīng)的解決方案。

首先，傳統(tǒng)行李箱鎖定方式存在密碼泄露的安全風(fēng)險。行李箱的數(shù)字密碼易被他人破解，導(dǎo)致個人物品的安全受到威脅。此外，如果遺忘了密碼，重置的過程往往麻煩且費時，給出行帶來不必要的困擾。

其次，使用鑰匙鎖定行李箱也存在不便之處。很多人會將行李箱鑰匙跟其他物品放在一起或多把鑰匙串著，這可能導(dǎo)致在關(guān)鍵時刻無法及時找到鑰匙而產(chǎn)生焦慮。同時，大多數(shù)的行李箱只有一個配套鑰匙，一旦丟失則不得不替換整個鎖體，增加了額外的成本和不必要的麻煩。

鑒于以上問題，迫切需要一種更安全、便捷且可靠的行李箱鎖定方式。近年來，一些新型行李箱鎖定系統(tǒng)應(yīng)運而生，如指紋識別、智能手機APP控制等，這些系統(tǒng)在一定程度上緩解了傳統(tǒng)鎖定方式所存在的問題。本文將對這些新型行李箱鎖定系統(tǒng)進(jìn)行評估，并提出相關(guān)建議以推動其在市場上的應(yīng)用和發(fā)展。

綜上所述，傳統(tǒng)的數(shù)字密碼和鑰匙鎖定方式在實際使用中存在一系列痛點。通過對新型行李箱鎖定系統(tǒng)的研究和評估，有望找到更加安全、便捷和智能的鎖定方案，為旅行者和商務(wù)人士提供更好的行李保護(hù)服務(wù)。

1 研究設(shè)計思路

指紋識別技術(shù)[1]在安全領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，可以用于解決傳統(tǒng)行李箱鎖定方式存在的問題。設(shè)計的智能行李箱主要內(nèi)容有硬件系統(tǒng)設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計。硬件系統(tǒng)包括電源模塊、門鎖控制模塊、指紋識別模塊、無線通信模塊等；軟件系統(tǒng)包括APP用戶界面的設(shè)計和實現(xiàn)。下面介紹基于指紋識別技術(shù)的設(shè)計思路。

首先，行李箱需配備一種指紋錄入系統(tǒng)。用戶可將自己的指紋信息錄入到系統(tǒng)中，以便后續(xù)進(jìn)行比對認(rèn)證。這可以通過行李箱表面的指紋錄入儀或者WiFi等無線設(shè)備的手機應(yīng)用程序來實現(xiàn)。當(dāng)用戶需要打開行李箱時，系統(tǒng)會提示用戶將手指放在指紋識別裝置上。該裝置會讀取并分析指紋信息。通過比對用戶錄入的指紋信息和已存儲的指紋模版，系統(tǒng)可以確定是否為其所有者。如果指紋成功匹配，系統(tǒng)會解除行李箱的鎖定狀態(tài)。這可能通過電子開關(guān)、電磁鎖或機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，視具體的行李箱設(shè)計而定。為了避免用戶指紋未能被正確識別導(dǎo)致無法打開行李箱，可以提供備選開鎖方案。例如，行李箱上設(shè)有一個備用的數(shù)字密碼輸入面板。在指紋識別失敗時，用戶可以使用預(yù)先設(shè)置的數(shù)字密碼來打開行李箱。行李箱需要搭配適當(dāng)?shù)碾娫?，如普通電池或可充電電池。這將確保指紋識別系統(tǒng)持續(xù)工作，避免由于電量不足而無法開鎖的情況發(fā)生。同時，可以為電池提供便捷的充電方法，例如USB充電或無線充電。

總之，基于指紋識別技術(shù)的行李箱鎖定系統(tǒng)能夠提供更高的安全性和便利性。這種設(shè)計思路不僅解決了使用傳統(tǒng)數(shù)字密碼或鑰匙的問題，還降低了行李被盜或丟失的風(fēng)險。設(shè)計框架如圖1所示。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

硬件部分：Arduino控制器和相應(yīng)擴展模塊、指紋傳感器模塊、電磁鎖或電子鎖?？臁㈦娫茨K和電池、顯示器模塊、報警器或蜂鳴器模塊。

軟件部分：Arduino主控程序、指紋識別算法、行李箱狀態(tài)管理程序。

系統(tǒng)工作流程：首先，用戶在行李箱上的指紋傳感器上放置手指進(jìn)行身份驗證。指紋傳感器讀取指紋信息，并將其與預(yù)先注冊的指紋信息進(jìn)行匹配。如果指紋匹配成功，則解鎖行李箱。如果指紋匹配失敗，則發(fā)出警報并禁止解鎖。當(dāng)指紋匹配失敗時用戶可以通過備用的數(shù)字密碼輸入面板輸入預(yù)先設(shè)置的數(shù)字密碼來打開行李箱。解鎖后，用戶可以打開行李箱并放入或取出物品。當(dāng)用戶關(guān)閉行李箱時，鎖會自動重新上鎖。系統(tǒng)會不斷更新行李箱狀態(tài)，并在需要時發(fā)出警報，例如：非法解鎖、低電量、異常開啟等。

功能擴展：添加WiFi模塊，使行李箱能夠通過互聯(lián)網(wǎng)連接到手機應(yīng)用程序，提供遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作功能，實現(xiàn)更加智能化的操作和管理功能。集成加速度傳感器和陀螺儀實現(xiàn)晃動檢測和報警功能，當(dāng)行李箱被盜或遭到破壞時發(fā)出警報[2-4]。

3 功能描述

電源模塊是一種用于提供電力供應(yīng)的設(shè)備或組件，它可以將電源輸入轉(zhuǎn)換為適合其他設(shè)備或系統(tǒng)使用的電壓、電流和頻率。電源模塊為基于Arduino模塊的智能行李箱提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，確保系統(tǒng)正常運行。

門鎖控制模塊負(fù)責(zé)控制行李箱的開鎖和鎖定操作，只有經(jīng)過指紋識別驗證或者通過手機APP綁定的用戶才能打開行李箱。

報警模塊是一種用于檢測和發(fā)出警報信號的設(shè)備或系統(tǒng)組件。它通常用于安全和監(jiān)控系統(tǒng)中，用于檢測潛在的危險或異常情況，并及時向相關(guān)人員發(fā)出警報?；贏rduino模塊的智能行李箱通過振動傳感器和聲音傳感器[5]來檢測行李箱的異常狀態(tài)，通過GSM短信模式[6-8]發(fā)送到手機APP，并通過行李箱上的蜂鳴器發(fā)送警報，以此來提醒

用戶。

指紋識別模塊負(fù)責(zé)讀取用戶的指紋信息，并與存儲的指紋信息進(jìn)行比對驗證。在指紋識別模塊的工作流程中，首先用戶將手指放置在指紋傳感器上，傳感器會采集指紋圖像；其次，指紋識別算法會對圖像進(jìn)行處理，提取出指紋的特征信息；最后，系統(tǒng)會將提取的特征信息與已存儲的指紋信息進(jìn)行比對，以驗證指紋的身份。如果比對成功，則表示指紋驗證通過，即可以進(jìn)行開鎖。

通信模塊是一種用于實現(xiàn)設(shè)備之間信息傳輸和通信的硬件組件或軟件組件。它可以通過無線或有線方式，將數(shù)據(jù)和命令傳遞給其他設(shè)備或系統(tǒng)。通過WiFi與手機APP進(jìn)行連接，實現(xiàn)用戶與行李箱之間的信息傳輸和控制[9-10]。

4 結(jié) 語

智能行李箱是當(dāng)前智能化生活的重要組成部分之一，基于指紋技術(shù)的智能行李箱設(shè)計可以提供更加安全便捷的行李管理解決方案。通過本文的研究成功地實現(xiàn)了基于指紋技術(shù)的智能行李箱系統(tǒng)，并對其進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計和實現(xiàn)。

在系統(tǒng)總體設(shè)計方面，從硬件和軟件兩個方面進(jìn)行了設(shè)計。在硬件設(shè)計上，選用了Arduino模塊作為主控制單元，集成了指紋識別模塊、鎖具、傳感器等重要組件。指紋識別模塊可以高效、準(zhǔn)確地識別用戶的指紋，實現(xiàn)對行李箱的快速開鎖和鎖定。鎖具則保證了行李箱的安全性，通過指紋驗證的用戶才能打開行李箱。傳感器模塊可以檢測行李箱的狀態(tài)，如質(zhì)量、振動等，及時向用戶反饋行李箱的狀態(tài)信息。

在軟件設(shè)計上，開發(fā)了一個用于行李箱管理的手機應(yīng)用程序。用戶可以通過該應(yīng)用程序添加指紋、設(shè)置開鎖密碼、查看行李箱的狀態(tài)等。同時，應(yīng)用程序與行李箱之間通過藍(lán)牙進(jìn)行通信，實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)傳輸和指令控制。

通過實驗和測試，驗證了基于指紋技術(shù)的智能行李箱的可行性和有效性。系統(tǒng)可以高效地實現(xiàn)行李箱的指紋識別、開鎖和鎖定功能，提供了更加安全便捷的行李管理方式。此外，系統(tǒng)的傳感器模塊也能準(zhǔn)確地監(jiān)測行李箱的狀態(tài)，提供了更加智能化的用戶體驗。

然而，系統(tǒng)還存在改進(jìn)空間。例如，可以進(jìn)一步優(yōu)化指紋識別算法，提高識別速度和準(zhǔn)確性；還可以加入其他的功能模塊，如GPS定位等，以實現(xiàn)對行李箱的更全面的管理和追蹤?？傊?，基于指紋技術(shù)的智能行李箱設(shè)計是一個很有前景的研究方向。本文的研究能夠為智能行李箱的發(fā)展提供一種新的參考方案，為用戶提供更加安全便捷的行李管理方式。

參考文獻(xiàn)

[1]范文博. 基于Android系統(tǒng)的小面積指紋識別技術(shù)的研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2019.

[2]陶冶.基于Arduino和WiFi的溫室監(jiān)控系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2019，9（3）：23-24.

[3]竇曉敏. 基于Android的智能報警系統(tǒng)[D].北京：中國人民公安大學(xué)，2017.

[4]徐文. 基于WiFi與Android的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[D].成都：西南交通大學(xué)，2017.

[5]查琳. 基于聲音傳感器的目標(biāo)識別技術(shù)研究[D].沈陽：沈陽理工大學(xué)，2020.

[6]張興宇.物聯(lián)網(wǎng)在果園監(jiān)測與報警方面的應(yīng)用[D].邯鄲：河北工程大學(xué)，2020.

[7]王宇. 短信智能報警系統(tǒng)[D].大連：大連理工大學(xué)，2016.

[8]王子陽.基于GSM模塊的平開式智能窗的研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2014.

[9]藍(lán)麗金，陳良偉.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2022，40（1）：177-179.

[10]楊長江. 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能鎖系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安：西安科技大學(xué)，2018.

收稿日期：2023-08-29 修回日期：2023-09-27

作者簡介：韋興琴（2001—），女，研究方向為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。

徐玉飛（2002—），男，研究方向為數(shù)學(xué)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)。

張義樓（1998—），男，研究方向為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。

肖金鵬（2002—），男，研究方向為應(yīng)用電子技術(shù)。