基于Ardunio的智能行李箱的設計

摘 要：行李箱是旅行或出差過程中不可或缺的物品，然而傳統行李箱使用的是數字密碼或鑰匙鎖的鎖定方式，仍存在一些缺點。因此，在對傳統行李箱鎖定方式的問題進行深入分析的基礎上，提出了一種新型鎖定方式。該方式采用了現代指紋識別技術，利用指紋的獨特性實現行李箱的安全解鎖。相比之下，指紋識別技術具有更高的安全性和用戶友好性，用戶不再需要記憶復雜的密碼或擔心丟失鑰匙。通過指紋識別技術解決了傳統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，有望在行李箱領域產生重要影響，并為旅行者提供更加安全和便利的行李保管方式。

關鍵詞：數字密碼；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 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）09-00-02

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.09.025

0 引 言

隨著國際國內旅游和商務交流的不斷增長，行李箱作為旅行者和商務人士必備的裝備之一，承載著重要的個人財物和敏感信息。傳統的行李箱鎖定方式主要采用數字密碼或鑰匙，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，提出相應的解決方案。

首先，傳統行李箱鎖定方式存在密碼泄露的安全風險。行李箱的數字密碼易被他人破解，導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，這可能導致在關鍵時刻無法及時找到鑰匙而產生焦慮。同時，大多數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應運而生，如指紋識別、智能手機APP控制等，這些系統在一定程度上緩解了傳統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進行評估，并提出相關建議以推動其在市場上的應用和發展。

綜上所述，傳統的數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，為旅行者和商務人士提供更好的行李保護服務。

1 研究設計思路

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

首先，行李箱需配備一種指紋錄入系統。用戶可將自己的指紋信息錄入到系統中，以便后續進行比對認證。這可以通過行李箱表面的指紋錄入儀或者WiFi等無線設備的手機應用程序來實現。當用戶需要打開行李箱時，系統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，系統可以確定是否為其所有者。如果指紋成功匹配，系統會解除行李箱的鎖定狀態。這可能通過電子開關、電磁鎖或機械結構實現，視具體的行李箱設計而定。為了避免用戶指紋未能被正確識別導致無法打開行李箱，可以提供備選開鎖方案。例如，行李箱上設有一個備用的數字密碼輸入面板。在指紋識別失敗時，用戶可以使用預先設置的數字密碼來打開行李箱。行李箱需要搭配適當的電源，如普通電池或可充電電池。這將確保指紋識別系統持續工作，避免由于電量不足而無法開鎖的情況發生。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，基于指紋識別技術的行李箱鎖定系統能夠提供更高的安全性和便利性。這種設計思路不僅解決了使用傳統數字密碼或鑰匙的問題，還降低了行李被盜或丟失的風險。設計框架如圖1所示。

2 系統總體設計

硬件部分：Arduino控制器和相應擴展模塊、指紋傳感器模塊、電磁鎖或電子鎖模快、電源模塊和電池、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、行李箱狀態管理程序。

系統工作流程：首先，用戶在行李箱上的指紋傳感器上放置手指進行身份驗證。指紋傳感器讀取指紋信息，并將其與預先注冊的指紋信息進行匹配。如果指紋匹配成功，則解鎖行李箱。如果指紋匹配失敗，則發出警報并禁止解鎖。當指紋匹配失敗時用戶可以通過備用的數字密碼輸入面板輸入預先設置的數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。當用戶關閉行李箱時，鎖會自動重新上鎖。系統會不斷更新行李箱狀態，并在需要時發出警報，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網連接到手機應用程序，提供遠程監控和遠程操作功能，實現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晃動檢測和報警功能，當行李箱被盜或遭到破壞時發出警報[2-4]。

3 功能描述

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

門鎖控制模塊負責控制行李箱的開鎖和鎖定操作，只有經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出警報信號的設備或系統組件。它通常用于安全和監控系統中，用于檢測潛在的危險或異常情況，并及時向相關人員發出警報。基于Arduino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，通過GSM短信模式[6-8]發送到手機APP，并通過行李箱上的蜂鳴器發送警報，以此來提醒

用戶。

指紋識別模塊負責讀取用戶的指紋信息，并與存儲的指紋信息進行比對驗證。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行處理，提取出指紋的特征信息；最后，系統會將提取的特征信息與已存儲的指紋信息進行比對，以驗證指紋的身份。如果比對成功，則表示指紋驗證通過，即可以進行開鎖。

通信模塊是一種用于實現設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，將數據和命令傳遞給其他設備或系統。通過WiFi與手機APP進行連接，實現用戶與行李箱之間的信息傳輸和控制[9-10]。

4 結 語

智能行李箱是當前智能化生活的重要組成部分之一，基于指紋技術的智能行李箱設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了基于指紋技術的智能行李箱系統，并對其進行了詳細的設計和實現。

在系統總體設計方面，從硬件和軟件兩個方面進行了設計。在硬件設計上，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、準確地識別用戶的指紋，實現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，如質量、振動等，及時向用戶反饋行李箱的狀態信息。

在軟件設計上，開發了一個用于行李箱管理的手機應用程序。用戶可以通過該應用程序添加指紋、設置開鎖密碼、查看行李箱的狀態等。同時，應用程序與行李箱之間通過藍牙進行通信，實現實時的數據傳輸和指令控制。

通過實驗和測試，驗證了基于指紋技術的智能行李箱的可行性和有效性。系統可以高效地實現行李箱的指紋識別、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，系統的傳感器模塊也能準確地監測行李箱的狀態，提供了更加智能化的用戶體驗。

然而，系統還存在改進空間。例如，可以進一步優化指紋識別算法，提高識別速度和準確性；還可以加入其他的功能模塊，如GPS定位等，以實現對行李箱的更全面的管理和追蹤。總之，基于指紋技術的智能行李箱設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

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[4]徐文. 基于WiFi與Android的智能家居監控系統設計[D].成都：西南交通大學，2017.

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[7]王宇. 短信智能報警系統[D].大連：大連理工大學，2016.

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[9]藍麗金，陳良偉.基于物聯網的智能家居安防系統設計[J].數字技術與應用，2022，40（1）：177-179.

[10]楊長江. 基于物聯網的智能鎖系統設計與實現[D].西安：西安科技大學，2018.

收稿日期：2023-08-29 修回日期：2023-09-27

作者簡介：韋興琴（2001—），女，研究方向為物聯網應用技術。

徐玉飛（2002—），男，研究方向為數學科學與大數據技術。

張義樓（1998—），男，研究方向為物聯網應用技術。

肖金鵬（2002—），男，研究方向為應用電子技術。