基于5G的物聯網智能懸浮雨傘研究

嚴晨雪，于樹科

（江蘇商貿職業學院，江蘇 南通 226000）

0 引言

伴隨著社會經濟、綜合國力的迅速提升，現代人群對科技推動社會進步的需求日益增大，在快節奏的生活中，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的物聯網智能懸浮雨傘，能夠解放雙手，實現自動跟隨，連接手機App，可以實現隨時租賃，服務共享。

1 5G發展現狀

自20世紀第一代移動通信技術發展到現在的5G技術[1]，用戶規模不斷擴大，接入的網絡設備也不斷增多，應用場景日益豐富。尤其是5G在經過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”蓬勃發展。

2 物聯網發展現狀

物聯網[2]是指通過傳感器和RFID等信息感知設備，按照既定的協議將設備與本網絡和互聯網連接，實現智能化識別和監控的網絡。通過物聯網對信息感知和數據傳輸的過程可分為感知層、網絡層和應用層。感知層主要用來采集各種數據來源，網絡層主要用于實現數據傳遞，應用層則用于處理數據和決策，并將其應用于智能生活的方方面面。這三層結構相輔相成，共同完成“萬物”互聯。

3 5G與物聯網相互融合

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

4 智能懸浮雨傘的結構與原理

4.1 結構

本文研究的智能懸浮雨傘能夠解放雙手，實現自動跟隨[4]。其結構包括：伸縮傘面3，下側設有伸縮傘柄7；傘面骨架6，設于伸縮傘面下側；旋轉升降電機2，設于伸縮傘面上側中心，旋轉升降電機底部設有轉速控制裝置4；空氣螺旋槳1，設于旋轉升降電機上側的輸出端；裝置盒5，套設在旋轉升降電機外側，裝置盒內還包含CPS定位裝置、電池、藍牙裝置。其結構的各個元部件如表1所示。

表1 元件

智能傘結構如圖1所示。伸縮傘面3的外表面設有反光防水層。伸縮傘面3的下側設有伸縮傘柄7。伸縮傘柄7上設有租賃二維碼。傘面骨架6以伸縮傘柄7為中心向外側延伸。伸縮傘面3展開后與伸縮傘柄7的夾角為75°。傘面骨架6設于伸縮傘面3的下側。傘面骨架6的長度為0.5 m。伸縮傘柄7及傘面骨架6均為中空結構。伸縮傘柄7的底部內設有電源8。伸縮傘柄7底部表面設有電源開關。傘面骨架6共設有四根，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有微型轉動電機4。微型轉動電機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實現雨傘的打開與閉合。

圖1 智能傘結構

伸縮傘面3的上側中心設有旋轉升降電機2。旋轉升降電機2上側的輸出端設有所述空氣螺旋槳1。旋轉升降電機2設于所述裝置盒5內部。裝置盒5內還包含CPS定位裝置、電池、藍牙裝置以及轉速控制裝置。轉速控制裝置設于所述旋轉升降電機2的底部用于控制空氣螺旋槳1的轉速。電池與CPS定位裝置、藍牙裝置、轉速控制裝置及旋轉升降電機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。電源8控制傘面骨架6上的微型轉動電機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內的旋轉升降電機2在所述轉速控制裝置的控制下帶動空氣螺旋槳1旋轉，雨傘根據手機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，通過轉速控制裝置控制空氣螺旋槳1的旋轉速度，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和物聯網技術融合的產物。5G和物聯網技術還在持續發展中，兩種技術的融合將促進網絡技術的不斷發展，融入到家居，交通，醫療、安防等領域，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。