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．廣州航海學院<海運學院>，廣東 廣州510725；2．廣州航海學院<信通學院>，廣東 廣州510725）

0 引言

隨著我國的不斷發展，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、電子科技化需求轉變。本文設計的產品基于單片機STC89C51進行整體的設計，通過單片機控制各個裝置，主要偏向于冰箱控溫、太陽能電能轉換及安全警報等性能。此外，本設計利用原有的照明拉桿箱原理，改進為投影儀功能。而常規的USB充電及GPS定位，也會應用到這一系列的產品中，以此滿足更多消費群體對于現代化及電子科技化的需求。

1 拉桿箱的整體設計

1.1 拉桿箱模型尺寸及材質

拉桿箱尺寸的設計，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，也關系到步行空間的設計標準，對關鍵設施的規模確定產生決定性影響[1]。同時，結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向，使模型具有研究性和經濟性。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 拉桿箱內部設計

本設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和機械原理，包含制冷、投影、太陽能轉換等的選擇和運用。為成功做成該款產品，設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計為可折疊式，收縮于箱內；智能型太陽能半導體制冷便攜式冰箱控溫系統主要設計安放在左半箱，從而留出足夠的儲物空間，以期滿足用戶的需求。

2 系統設計

本系統是基于單片機STC89C51進行整體的設計，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，也會啟動相關的報警裝置，系統框圖如圖2所示。

圖2 系統框圖

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。

2.2 電源系統

電源系統是整個系統的核心，在電能分配及供給方面，本設計將內置可折疊拆卸的太陽能電池和鋰電池通過智能主板為內置用電設備進行供電。在正常情況下鋰電池為備用電源，主要為投影儀及個人設備的使用提供電量來源；而智能型太陽能半導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 拉桿箱能源供給設計

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

2.3 冰箱保鮮控溫

智能型太陽能半導體制冷便攜式冰箱設計與制作，系統采用新型半導體制冷片進行制冷，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，可以排除拉桿箱內其他設備的影響，總共45 W小功率，尺寸為350 mm×145 mm×390 mm。

該冰箱也設計成內置可拆卸的功能，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，具有較好的經濟效應。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。

主要根據應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、高爐水循環測溫、鍋爐測溫、機房測溫、農業大棚測溫、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備數字測溫和控制領域。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，蜂鳴器會發生報警的響聲，可提示使用者要注意調控冰箱的溫度。（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）、控制驅動主電路HD44780等元器件裝配在PCB板上而組成。應用范圍廣，能應用于液晶電視、攝像機的液晶顯示器、掌上游戲機上；顯示質量好，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部的電極和驅動IC上，因而耗電量比傳統顯示器也要小得多。

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，便會發出響聲，起到警示使用者要注意冰箱的溫度出現異常的情況。

2.7 投影儀功能

本設計的內置投影儀使用1 920×1 080真實物理分辨率光機，畫質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、任何地點處理與業務相關的任何事情。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]。

利用常規投影原理（如圖5）將其應用到本設計的專屬功能區中，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品。不管在哪些場所，只要有智能設備連接及數據傳輸，就能滿足個人需求，實現戶外觀影、移動辦公。

圖5 LED微型投影儀原理圖

2.8 GPS定位

本設計采用4G精準定位，擁有強大的芯片，網絡寬帶傳輸數據快，延遲低，不漂移，實時更新定位數據。定位器附帶強磁可吸附放置在拉桿箱內部角落全程靜默工作，同時，內置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 結語

本設計基于單片機STC89C51進行整體的設計，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，結構緊湊，融合了許多技術和機械原理，包含制冷、溫控報警，投影等的選擇和運用。為成功做成該款產品，設計團隊對拉桿箱行業進行了較為深入的了解，以期設計出更能滿足用戶需求的產品。此外出于對產品便攜、舒適、美觀、功能豐富等產品要求的思考，設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，主要突顯本產品的主打功能和使用效果，以此更好打造這一系列產品更具有選擇性的一面，以切實滿足人們日益增長的現代化及電子科技化出行的需求。