基于物联网的智能防盗可伸缩式雨伞架的研制
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作者:刘玉婷 许玥 孟祥毅 钱伟杰 蒋一正
摘要：该文研制的基于物联网的智能防盗可伸缩式雨伞架主要用于解决在人流量较大的场所如何方便安全地存取雨伞的问题。该雨伞架由可伸缩式收纳箱和智能雨伞锁组成。不使用时，箱体合拢。使用时，箱体打开，用户通过手机扫码，开锁存伞，再次扫码认证身份后取伞。其中的智能锁系统基于物联网技术，包括远程服务器、主控制器及若干智能锁节点，使该雨伞架在大量存取雨伞且可调整大小节省空间的同时实现了防盗功能。
关键词：物联网;智能锁;可伸缩;雨伞架;防盗
中图分类号：TP393 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）27-0190-03
1 引言
雨伞是人们在雨天出行时最常用来遮风挡雨的器具。然而，在室内不使用雨伞时，雨伞该如何存放就是目前存在的一大问题。例如，上班族会将雨伞放在办公室桌边，造成地面积水，以致发生滑倒、绊倒等意外;学生们去图书馆时，会将雨伞放在进出口附近且摆放杂乱，这不仅会影响图书馆的整体形象，而且经常会发生误拿雨伞或雨伞被踩坏的情况;此外，人们在商场购物时，虽可使用商场提供的塑料袋套住雨伞防止滴水，但仍然很不方便行事。
目前，常用的公共雨伞架规格普遍较小，多集中于酒店、地铁站等，其采用的防盗措施是将雨伞锁在雨伞架的锁位内，并通过钥匙开启锁孔取走雨伞。这种存放方式有些死板且钥匙容易丢失。因此，在物联网技术成熟的今天，如何利用物联网等方面技术在人流量较大的场所解决雨伞存放且不被损坏或盗取的问题十分具有研究意义。
2 总体方案介绍
本文主要从机械结构和智能锁控制系统两个方面来研制一种基于物联网的智能防盗可伸缩式雨伞架。其中，机械结构方面主要包括可伸缩式箱体、智能锁收纳和集水装置结构的设计，使雨伞架可以伸缩，在打开时能够存放數百把雨伞，而合拢时只占用很小的空间。智能锁控制系统方面主要包括主控制器、远程服务器和智能锁节点的设计，通过手机扫描二维码开启智能锁进行雨伞存取操作，使雨伞架的使用更加方便快捷。
2.1 机械结构介绍
2.1.1 可伸缩式箱体结构
雨伞架由左右两个相同大小的空心箱体组成，中间部分装有梯度排列的数根沿轴向收缩的伸缩杆。伸缩杆数目与伸缩段数可调。每侧箱体下部装有四个万向轮方便箱体合拢或整体移动。左侧箱体底部放置有抽拉式集水装置，左侧箱体顶部预留空间用于安装通讯设备。
当雨伞架处于使用状态时，箱体分离使伸缩杆伸展至最长。每根伸缩杆上可放置20把智能锁。箱体底部的抽拉式集水装置从左侧逐一抽出伸展，最右端与右侧箱体固定。
当雨伞架处于非使用状态时，箱体合拢使伸缩杆收缩至最短。所有智能锁收纳在箱体内，集水装置不抽出。
2.1.2 智能锁收纳结构
根据不同地方雨伞存储量的大小需求，雨伞架设计了多种型号。存储量大小不同的雨伞架在智能锁结构方面设计了两种收纳结构以实现快速收缩箱体。
在雨伞架较小，即只需存放一百把伞以下的时候，收纳结构采用滑动方式。伸缩杆和箱体内部结构构成了智能锁的导轨，在箱体合拢或者展开时，智能锁滑入箱体内部收纳或者滑出箱体外部到伸缩杆上。这样有利于在人工收缩雨伞架时将锁快速滑到箱体内部。
在雨伞架较大，即需要存放数百把伞的时候，收纳结构采用快拆方式。将若干个智能锁固定在同一个滑轨上，滑轨可直接在伸缩杆上安装或拆卸，且可直接接通电源为固定的智能锁充电，续航能力更好。
2.1.3 集水装置结构
左侧箱体底部放置由蓄水箱和伸缩式水槽构成的集水装置。箱体分离时，水槽拉伸至右侧箱体并固定。箱体合拢时，水槽收于蓄水箱中。整个集水装置有一定倾斜度，左低右高，确保雨水顺流进蓄水箱中。蓄水箱设计为抽屉型，收集一定雨水后，将水槽收回蓄水箱中，再一并向外拉出箱体，可进行雨水的后续处理利用。
2.2 基于物联网的智能锁控制系统介绍
2.2.1 系统结构方案
该基于物联网的智能锁控制系统包括远程服务器、主控制器以及若干智能锁节点。远程服务器与主控制器之间通过3G/4G或WiFi网络互连，主控制器与智能锁节点间通过ZigBee网络互连。
智能锁节点视应用场合的不同，既可采用锂电池供电，由光伏电池板或外部电源实现锂电池的充电，也可由外部电源直接供电，无须配置锂电池和光伏电池板。智能锁开关状态通过锁状态输入电路由CPU读取，供系统记录锁开关信息。
远程服务器接收用户扫描智能锁系统二维码发出的存取物品请求后，通过3G/4G或WiFi网络向主控制器发出指定智能锁节点的开锁指令，主控制器接收该指令后通过ZigBee网络控制指定智能锁节点开锁，实现物品存取，同时，智能锁节点通过ZigBee网络向主控制器报告本节点智能锁开启或关闭状态，并由主控制器通过3G/4G或WiFi网络报告给远程服务器，存储于系统数据库，用于判别用户存取物品的动作是否正常完成。
2.2.2 服务器认证流程
该智能锁控制系统的远程服务器主要用途为认证判断用户身份信息。服务器会明确用户是否信用缺失，若为失信用户，则认证失败不能使用雨伞架存取雨伞。若认证成功，系统即会判明是存伞还是取伞行为，并给节点发出相应的指令。
此外，该系统含有数据处理程序。远程服务器发出用户存取物品的开锁指令后，将等待主控制器节点返回相应的开锁状态，若开锁失败，则记录开锁失败次数，并重试开锁过程，若开锁失败次数超限，则提示系统故障并报修，同时提醒用户联系客服处理物品存取事宜。若开锁成功，则将用户存取件信息记录至系统数据库，并等待用户是否在限定时间内完成关锁动作，若关锁动作正常完成，则记录用户关锁动作至系统数据库，整个物品存取过程结束。若关锁动作超时未完成，则累积用户未完成关锁的次数，若次数超限，则将该用户记入失信名单，禁止该用户未来继续使用本系统。
3 用户操作流程
用户操作的具体流程为用户通过手机等智能设备扫描本系统的二维码，进入远程服务器系统登录页面。若用户不同意登录系统，则可直接退出关闭系统;若用户同意登录系统，则通过QQ、微信、支付宝等第三方应用授权登录系统。登录成功后将等待远程服务器对用户进行信用认证，若认证失败，提示失败信息重新回到初始扫码状态;若认证成功，则远程服务器向智能锁主控制器发出开锁指令。若开锁成功，用户即可存取物品，并在存取结束后及时关锁，完成物品存取过程;若开锁失败，用户在看到失败信息提示后，应重新扫描二维码或联系客服寻求解决方法。
4 总结
本文讨论的是基于物联网的智能防盗可伸缩式雨伞架的研制。现阶段，雨伞的存放方式并不能很好满足人们的日常需求，也不符合当下科技发展的趋势。结合当前飞速发展的物联网技术，本文设计的可伸缩式雨伞架包含的智能锁控制系统使存取雨伞更加方便安全。该雨伞架既可合理利用空间存放大量雨伞，又可智能化处理用户信息，极好地解决了当下存在的各种问题。同时，该基于物联网的雨伞架在智能控制、箱体结构等方面仍具有进一步研究和完善的价值。
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