基于多功能拉杆箱的研究与制造

王群朋 吴自强 闫 爽 曾 政

（1．广州航海学院<海运学院>，广东 广州510725；2．广州航海学院<信通学院>，广东 广州510725）

0 引言

随着我国的不断发展，人们的中长距出行日渐增多，拉杆箱作为一种具有拉杆和滚轮的便携储物工具，逐渐成为现代人出行的必备工具。目前市场上的拉杆箱功能越来越强大，消费者的选择从原有的储藏性到行李箱格式化、移动化、电子科技化需求转变。本文设计的产品基于单片机STC89C51进行整体的设计，通过单片机控制各个装置，主要偏向于冰箱控温、太阳能电能转换及安全警报等性能。此外，本设计利用原有的照明拉杆箱原理，改进为投影仪功能。而常规的USB充电及GPS定位，也会应用到这一系列的产品中，以此满足更多消费群体对于现代化及电子科技化的需求。

1 拉杆箱的整体设计

1.1 拉杆箱模型尺寸及材质

拉杆箱尺寸的设计，需综合考虑行人的水平身体尺寸所决定的行人站立所需的最小空间，同时，标准尺寸选择的合理与否不仅影响到行人利用空间的舒适性，也关系到步行空间的设计标准，对关键设施的规模确定产生决定性影响[1]。同时，结合多功能的实际要求自行制定整体尺寸，综合考虑了材料的经济性和零件的可获得性，而且在模型的制作过程中以目的为导向，使模型具有研究性和经济性。最终决定多功能拉杆箱框架使用15 mm×15 mm铝合金型材搭建而成，保证了多功能拉杆箱的牢固性以及可拓展性。具体模型尺寸如下（未说明尺寸均采用长×宽×高，单位均为mm）：箱体尺寸400 mm×270 mm×590 mm。（如图1所示）

图1 拉杆箱的整体尺寸图

1.2 拉杆箱内部设计

本设计的主要特点就是一款“多功能”电子科技化的拉杆箱，因而其融合了许多技术和机械原理，包含制冷、投影、太阳能转换等的选择和运用。为成功做成该款产品，设计团队需要充分了解市场消费需求，了解各个搭配功能的拉杆箱在制作时，如何做到储存空间设置的最大合理化以及各功能单位的合理配置。因此，研究人员将太阳能板设计为可折叠式，收缩于箱内；智能型太阳能半导体制冷便携式冰箱控温系统主要设计安放在左半箱，从而留出足够的储物空间，以期满足用户的需求。

2 系统设计

本系统是基于单片机STC89C51进行整体的设计，通过单片机控制各个装置，如冰箱、投影仪、GPS，同时也用于实时监控冰箱温度，并实时显示冰箱的温度，在温度异常的时候，也会启动相关的报警装置，系统框图如图2所示。

图2 系统框图

2.1 AT89C51

STC89C51单片机[2]是一种可编程可擦除的低电压的且高性能的8位微处理器，俗称单片机。

该单片机在下载烧录程序非常方便，具有较高的性价比，如I/O口的访问都是在内部进行的，不易受到外部干扰，所以具有较好的可靠性；CPU可以直接对I/O口进行位操作，具有很强的位处理能力，可以针对性地解决各类控制任务。

2.2 电源系统

电源系统是整个系统的核心，在电能分配及供给方面，本设计将内置可折叠拆卸的太阳能电池和锂电池通过智能主板为内置用电设备进行供电。在正常情况下锂电池为备用电源，主要为投影仪及个人设备的使用提供电量来源；而智能型太阳能半导体制冷便携式冰箱则主要靠太阳能维持保鲜存贮的功能，并且在阳光不足时，将会启用锂电池为其供电，如图3所示。

图3 拉杆箱能源供给设计

本设计采用的太阳能蓄电板，吸收阳光高效发电，采用SunPower第三代高效单晶硅A类太阳能板，拥有高转化、低损耗、寿命长的优点，同时太阳能的转化率为21.6%，21 W太阳能板约3小时充满内置10 000毫安电池，并且突破传统太阳能工艺，可以存储电量，没有阳光也能充电，内置10 000 mAh（37 Wh）高品质聚合物电芯，精良电路工艺，多重防护，广泛兼容，可为手机、平板、充电宝、数码相机等数码设备充电。

2.3 冰箱保鲜控温

智能型太阳能半导体制冷便携式冰箱设计与制作，系统采用新型半导体制冷片进行制冷，利用单片机进行智能控制，采用多种电源供电方式进行供电，整个内置的冰箱为高密度聚氨酯保温层，可长时间保持零度，同时采用抗电池干扰技术，可以排除拉杆箱内其他设备的影响，总共45 W小功率，尺寸为350 mm×145 mm×390 mm。

该冰箱也设计成内置可拆卸的功能，方便用户拆卸下冰箱进行清洗或其他操作，在使用时直接安装在专属功能槽中，即可通电使用。环保、无污染，体积小，成本较低，工作时没有震动、噪音小、寿命长，具有较强的实用性[3]。

2.4 DS18B20数字温度传感器

该冰箱具有温度显示及报警的功能。DS18B20是常用的数字温度传感器[4]，采用的是单总线的接口方式，与单片机进行通讯相连的线只需要一条，具有较好的经济效应。同时测量温度的范围为-55℃~+125℃之间，精度为+0.5℃。整体上具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。

主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温、高炉水循环测温、锅炉测温、机房测温、农业大棚测温、洁净室测温、弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。其中采用该温度传感器用于冰箱的温度显示，可实时显示冰箱的具体温度，当温度异常的时候，蜂鸣器会发生报警的响声，可提示使用者要注意调控冰箱的温度。（如图4所示）

图4 温度显示流程图

2.5 LCD1602液晶显示模块

LCD1602液晶显示器是广泛使用的一种字符型液晶显示模块。它是由字符型液晶显示屏（LCD）、控制驱动主电路HD44780等元器件装配在PCB板上而组成。应用范围广，能应用于液晶电视、摄像机的液晶显示器、掌上游戏机上；显示质量好，液晶显示器每一单元收到信号后始终保持色彩和亮度；功耗低，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比传统显示器也要小得多。

2.6 报警装置

该报警装置采用有源蜂鸣器，当获得单片机的传输信号时，便会发出响声，起到警示使用者要注意冰箱的温度出现异常的情况。

2.7 投影仪功能

本设计的内置投影仪使用1 920×1 080真实物理分辨率光机，画质细腻带来强烈的视觉冲击，能满足用户于户外的观影体验。除此之外还可以满足用户的外出线上办公需求。“移动办公”也可称为“3A办公”或移动OA，即办公人员可在任何时间、任何地点处理与业务相关的任何事情。这种全新的办公模式，可以让工作人员摆脱时间和空间的束缚[5]。

利用常规投影原理（如图5）将其应用到本设计的专属功能区中，也是属于小格箱中不可移除部分。消费者在有此项需求的时候，可购买有此功能的产品。不管在哪些场所，只要有智能设备连接及数据传输，就能满足个人需求，实现户外观影、移动办公。

图5 LED微型投影仪原理图

2.8 GPS定位

本设计采用4G精准定位，拥有强大的芯片，网络宽带传输数据快，延迟低，不漂移，实时更新定位数据。定位器附带强磁可吸附放置在拉杆箱内部角落全程静默工作，同时，内置GPS还有报警消息、远程录音、操作记录和定位模式等多功能。

3 结语

本设计基于单片机STC89C51进行整体的设计，通过单片机控制各个装置，集冰箱控温、投影办公、太阳能供电以及USB接口等多种实用功能为一体，结构紧凑，融合了许多技术和机械原理，包含制冷、温控报警，投影等的选择和运用。为成功做成该款产品，设计团队对拉杆箱行业进行了较为深入的了解，以期设计出更能满足用户需求的产品。此外出于对产品便携、舒适、美观、功能丰富等产品要求的思考，设计团队还充分了解市场消费需求，了解各个搭配功能的拉杆箱在制作时，主要突显本产品的主打功能和使用效果，以此更好打造这一系列产品更具有选择性的一面，以切实满足人们日益增长的现代化及电子科技化出行的需求。