基于5G的物联网智能悬浮雨伞研究

严晨雪，于树科

（江苏商贸职业学院，江苏 南通 226000）

0 引言

伴随着社会经济、综合国力的迅速提升，现代人群对科技推动社会进步的需求日益增大，在快节奏的生活中，雨伞成为人们必不可少的生活用品。但是普通雨伞在使用过程中需要手持，对人们的限制较大，同样对于户外工作者而言，下雨撑伞也会影响正常工作。鉴于上述问题，本文研究基于5G的物联网智能悬浮雨伞，能够解放双手，实现自动跟随，连接手机App，可以实现随时租赁，服务共享。

1 5G发展现状

自20世纪第一代移动通信技术发展到现在的5G技术[1]，用户规模不断扩大，接入的网络设备也不断增多，应用场景日益丰富。尤其是5G在经过2020年的“加速度”后，2021年，5G将会朝着“超高速率”“超大容量”和“超低延时”蓬勃发展。

2 物联网发展现状

物联网[2]是指通过传感器和RFID等信息感知设备，按照既定的协议将设备与本网络和互联网连接，实现智能化识别和监控的网络。通过物联网对信息感知和数据传输的过程可分为感知层、网络层和应用层。感知层主要用来采集各种数据来源，网络层主要用于实现数据传递，应用层则用于处理数据和决策，并将其应用于智能生活的方方面面。这三层结构相辅相成，共同完成“万物”互联。

3 5G与物联网相互融合

基于5G的物联网实现“物”与“网”的直连[3]，5G与物联网相互融合使其具有更快速、更安全、更经济的特点。本文将5G与物联网相互融合这一特点应用与传统雨伞中，将打破传统雨伞笨重的劣势，突出其智能化的特点。

4 智能悬浮雨伞的结构与原理

4.1 结构

本文研究的智能悬浮雨伞能够解放双手，实现自动跟随[4]。其结构包括：伸缩伞面3，下侧设有伸缩伞柄7；伞面骨架6，设于伸缩伞面下侧；旋转升降电机2，设于伸缩伞面上侧中心，旋转升降电机底部设有转速控制装置4；空气螺旋桨1，设于旋转升降电机上侧的输出端；装置盒5，套设在旋转升降电机外侧，装置盒内还包含CPS定位装置、电池、蓝牙装置。其结构的各个元部件如表1所示。

表1 元件

智能伞结构如图1所示。伸缩伞面3的外表面设有反光防水层。伸缩伞面3的下侧设有伸缩伞柄7。伸缩伞柄7上设有租赁二维码。伞面骨架6以伸缩伞柄7为中心向外侧延伸。伸缩伞面3展开后与伸缩伞柄7的夹角为75°。伞面骨架6设于伸缩伞面3的下侧。伞面骨架6的长度为0.5 m。伸缩伞柄7及伞面骨架6均为中空结构。伸缩伞柄7的底部内设有电源8。伸缩伞柄7底部表面设有电源开关。伞面骨架6共设有四根，每根伞面骨架6均由是三段不锈钢中孔长管铰接在一起。伞面骨架6靠近伸缩伞柄7的一端铰接在伸缩伞柄7的上端。伞面骨架6三段不锈钢中孔长管间的两个铰接处均设有微型转动电机4。微型转动电机4与电源8线连。用户能够通过伸缩伞柄7底部表面的电源开关实现雨伞的打开与闭合。

图1 智能伞结构

伸缩伞面3的上侧中心设有旋转升降电机2。旋转升降电机2上侧的输出端设有所述空气螺旋桨1。旋转升降电机2设于所述装置盒5内部。装置盒5内还包含CPS定位装置、电池、蓝牙装置以及转速控制装置。转速控制装置设于所述旋转升降电机2的底部用于控制空气螺旋桨1的转速。电池与CPS定位装置、蓝牙装置、转速控制装置及旋转升降电机2线连。CPS定位装置用于判断用户的行动轨迹并实时上传雨伞的位置。蓝牙装置用于实现雨伞在租赁点的存取。

4.2 工作原理

用户在雨伞租赁点通过手机App进行扫码租赁雨伞，雨伞内的蓝牙装置接收到指令后，自动解开雨伞电子锁，App的工作原理如图2所示。然后，用户将雨伞取出打开所述伸缩手柄7底部的电源开关。电源8控制伞面骨架6上的微型转动电机4将所述伞面骨架6展开。此时，伸缩伞面3完全展开，用户手持雨伞即可。当用户需要雨伞悬浮时，则通过手机App选择悬浮选项。此时装置盒5内的旋转升降电机2在所述转速控制装置的控制下带动空气螺旋桨1旋转，雨伞根据手机App所记录的用户身高悬停至用户的头顶。当用户开始移动时，装置盒5内的CPS定位装置将雨伞的位置与用户手机App中实时更新的位置进行对比并计算矫正自己的位置。然后，通过转速控制装置控制空气螺旋桨1的旋转速度，确保雨伞的运动轨迹与用户一致。雨伞使用完成后，用户通过手机App寻找最近的雨伞租赁点，将雨伞归还即可。

图2 工作原理

5 结语

智能悬浮雨伞的研究成果将给人们带来生活的便利，它是5G和物联网技术融合的产物。5G和物联网技术还在持续发展中，两种技术的融合将促进网络技术的不断发展，融入到家居，交通，医疗、安防等领域，通过应用于生活的多个场景，会为人们的生活带来更多的便利。