基于智能鎖和防丟器的列車防丟系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)

張金玉　劉波　宋炳松　王師偉　崔祥成

摘? 要：文章針對(duì)列車上遺失東西的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了列車貨物防丟系統(tǒng)。該列車貨物防丟系統(tǒng)由硬件裝置和軟件平臺(tái)兩部分組成。硬件裝置針對(duì)體積大小不同的貨物設(shè)計(jì)了智能鎖和防丟器，包括低功耗藍(lán)牙無(wú)線傳輸模塊、蜂鳴報(bào)警模塊、NFC能量收集模塊等，具有物品防丟保護(hù)和定位查找功能。軟件平臺(tái)與硬件裝置相配合使用，通過(guò)無(wú)線互聯(lián)技術(shù)對(duì)硬件裝置來(lái)進(jìn)行操作控制。研究表明，該列車貨物防丟系統(tǒng)有效的避免了列車上物品的丟失，為列車上的防丟設(shè)備提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：列車防丟;機(jī)械智能鎖;防丟器

中圖分類號(hào)：TS914? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）14-0020-03

Abstract： In view of the phenomenon of losing things on the train， this paper designs a train cargo anti losing system. The system is composed of hardware device and software platform. According to the different volume and size of goods， we designed a intelligent lock and an anti loss device for the hardware device， including low-power Bluetooth wireless transmission module， beep alarm module， NFC energy collection module， etc.， which has the functions of anti loss protection and location search. The software platform is used together with the hardware device， and the hardware device is operated and controlled by wireless interconnection technology. The research shows that the system can effectively avoid the loss of goods on the train and provide technical support for the anti loss equipment on the train.

Keywords： train anti loss; mechanical intelligent lock; anti loss device

引言

北京交通大學(xué)的王全新提出了基于RSSI防丟系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[1]，海軍航空大學(xué)岸防兵學(xué)院的姚剛等人設(shè)計(jì)了基于Android與單片機(jī)的軍用重要物資位置監(jiān)控系統(tǒng)[2]，浙江師范大學(xué)工學(xué)院的周崇秋等人將傳統(tǒng)的旅行箱與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)采用ARM系列內(nèi)核為Cortex-M3作為控制芯片，結(jié)合GPRS裝置、GPS定位裝置及無(wú)線藍(lán)牙技術(shù)等，依托了OneNET物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺(tái)開(kāi)發(fā)了一種旅行箱智能防丟系統(tǒng)[3]。但是這些方法都沒(méi)有對(duì)列車上的貨物防丟系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，在鐵路網(wǎng)絡(luò)的不斷完善與高速發(fā)展的今天，選擇鐵路出行的人越來(lái)越多，但是列車上遺失東西的現(xiàn)象經(jīng)常在身邊發(fā)生，如行李箱、手提包之類的重要物品丟失，針對(duì)這些現(xiàn)象，列車貨物防丟系統(tǒng)由此產(chǎn)生。該列車貨物防丟系統(tǒng)由硬件和軟件裝置兩部分組成。由于列車上貨物主要是在行李架上，并且行李架上大都是體積較大的物品，為此創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了智能鎖進(jìn)行防丟保護(hù)。對(duì)于其他一些體積較小的個(gè)人物品則采用防丟器進(jìn)行防丟保護(hù)。通過(guò)手機(jī)與智能鎖和防丟器進(jìn)行連接，沿用了以前的發(fā)射抑制原理，無(wú)線電波由傳感器發(fā)出，手機(jī)端接收信號(hào)。手機(jī)端對(duì)智能鎖進(jìn)行通斷控制。對(duì)于防丟器，如果手機(jī)端能接收到防丟器藍(lán)牙信號(hào)就不報(bào)警，但是如果它們之間的距離超過(guò)預(yù)定的距離時(shí)，移動(dòng)手機(jī)就接收不到傳感器的信號(hào)，從而通過(guò)蜂鳴報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警，向使用者提出警告。其中防丟器采用低功耗藍(lán)牙技術(shù)[4]（Bluetooth Low Energy），即Bluetooth4.0或者Bluetooth Smart，該技術(shù)是傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)、高速藍(lán)牙技術(shù)和低功耗藍(lán)牙技術(shù)的集合。綜上所述，該列車貨物防丟系統(tǒng)有效的防止了列車上物品的丟失，為列車上的防丟設(shè)備提供技術(shù)支持。

1 基本原理

該系統(tǒng)根據(jù)貨物體積大小分為機(jī)械智能鎖和便攜防丟器兩種硬件設(shè)備，以及在手機(jī)端的軟件控制平臺(tái)。如圖1所示，其中智能鎖與防丟器上的傳感器向手機(jī)端發(fā)送信號(hào)，人們隨身攜帶的手機(jī)進(jìn)行顯示狀態(tài)及操作控制。采用可折疊拉伸的機(jī)械智能鎖與手機(jī)移動(dòng)APP相搭配實(shí)現(xiàn)鎖閉防丟功能，對(duì)于小件物品，如手提包、背包，采用BLE防丟器與手機(jī)移動(dòng)APP搭配使用起到保護(hù)作用。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 低功耗藍(lán)牙BLE技術(shù)

此系統(tǒng)的智能鎖與防丟器采用低功耗藍(lán)牙BLE技術(shù)，BLE是藍(lán)牙4.x核心規(guī)范的延展，多用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。與傳統(tǒng)藍(lán)牙相比，其物理層幾乎全新，僅有部分派生于傳統(tǒng)藍(lán)牙中的基本傳輸速率（Basic Rate radio，BR）。BLE采取全新廣播機(jī)制，便于設(shè)備發(fā)現(xiàn)并建立連接。BLE延遲低、速度快，從開(kāi)始建立連接到連接建立完成僅需3ms。新的通用屬性配置文件則簡(jiǎn)化了硬件設(shè)備和應(yīng)用程序，提升了用戶體驗(yàn)。BLE僅需紐扣電池供能，其峰值電流低、功耗小、工作周期短，非常適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。

2.2 NFC