智能行李箱解析.docx

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智能行李箱解析

2015年福建省大学生合泰杯单片机应用设计竞赛

作品创意书

0300000378

智能行李箱

集美大学诚毅学院

机械工程系

刘扬老师

陈文龙

游康

柯炜建

王贺文

2015年3月4日

作品创意书

1、摘要

根据现代人出行时手提行李过多而手忙脚乱的情况，本文设计了一款结合红外线避障系统的智能行李箱。

系统以HT32F1765单片机为控制核心，主要由电源模块、避障模块、蓝牙模块、执行模块等组成。

作品实现了行李箱自动跟随主人行走、障碍物避障绕行、自动报警等功能，解决了现有行李箱笨重不易携带、易丢失等问题，使出行更便捷，具有广阔的市场前景和应用价值。

关键词：

红外线避障；HT32F1765单片机；

2、作品介绍

2.1创作动机

每当节假日的时候很多同学需要长途旅行，行李较多，携带麻烦。

如今出远门行李箱成了必不可少的拖载物品，其中大部分的型号亦附有内置小轮，可用拉杆方便拉动，2010年后亦出现有4个小轮的行李箱，除了可作360度的旋转外，在平地更可以不费力轻易推动。

不过随着人们物质需求逐步上升，有时候行李箱会给人们造成一些不便之处。

据调查，虽然有轮子辅助，但如果长时间的拉动，会造成旅人高度疲惫，极大的不符合现代人的高科技、舒适生活。

如果行李箱可以自行移动，就可以极大方便人们出行。

而今随着社会智能化应用到各个行业，为了更好的服务人类，科技结合生活创造幸福生活。

通过对行李箱智能化设计改造，可以让人们可以更加方便进行行李的拖运。

在开阔地上可以顺利的跟随主人行走。

在有少量障碍物的平地上在主人与其距离较近的情况下也可较好运行。

2.2功能

（1）自动跟随主人同步移动。

（2）在跟随主人行走时，检测障碍物的距离并自动避障。

（3）行李箱因距离过远而与手机蓝牙信号断开，则自动发出警报声音。

2.3创新性与实用性

（1）将定向和移动两个功能合并于智能行李箱中，使得在旅途中，可以省去许多麻烦，减少旅人的压力。

（2）通过微型处理器计算出主人所在位置，并一直与主人保持一定距离。

（3）基于无线通讯服务端的智能行李箱，是一个新生的事物。

它能够让人们解放双手，自由轻松地出游，不用在担心因拖行李箱而产生的各种不便。

给人们带来一种身心愉悦的出游方式。

3、工作原理

自动跟随：

通过在身上携带信号发射装置，当其发生移动到距离行李箱有一定的距离时，由行李箱上的信号接收装置可对发射装置进行定位，同时进行信号处理，调整好与发生装置的距离，使得其调节行李箱轮子方向，并驱动发动机，让行李箱会朝着其方位进行同步移动。

红外避障：

行李箱自带红外探测器可以探测前方障碍物。

CPLD快速检测和处理红外线检测装置以及信号接收器的输入结果，经过系统分析后，实现两部电机的实时控制（前进，停止或倒退）进而选择相应的路线跟随主人前进。

行李箱采用前轮驱动，前轮左右两边各用一个电机驱动，分别控制两个轮子的转动从而达到转向的目的，后轮是万向轮，起支撑的作用。

将三个红外线光电传感器分别装在箱体的左中右，当箱的左边的传感器检测到障碍物时，主控芯片控制右轮电机停止左轮转动，箱向右方转向，当箱的右边传感器检测到障碍物时，主控芯片控制左轮电机停止转动，箱向左方转向，当前面有障碍物时规定箱右转。

防盗系统：

如果在系统启动时与主人距离过远或者没有信号，行李箱会发出警报，并自动上锁。

系统由以下几部分组成，如图1所示:

4、作品功能、特色

1、实现智能跟随行走方便出旅人行走。

2、红外线躲避障碍物。

3、远距离报警系统、防盗。

4、以锂电池为动力源使用寿命长，节能环保。

5、产品结构简单，功能完善，运作效率高。

6、人性化的设计，将充分体现机电一体化。

五、作品结构

5.1硬件部分

5.1.1智能行李箱的主控模块

采用HT32F1765单片机作为整个系统的核心，控制智能行李箱的各项功能，使其独立准确的完成各项工作。

这款单片机提供了丰富的HXT、LXT、ERC、HIRC和LIRC振荡器功能选项，且内建完整的系统振荡器，无需外围元器件。

充分分析我们的系统，其关键在于实现箱子的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。

单片机内含UART模块，它可以支持诸如单片机之间的数据通网络，低成本PC和外部设备间的数据连接，便携式和电池供电设备间的通信等。

单片机就可以充分发挥其独特的优点——有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等。

5.1.2智能行李箱的电机模块

L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。

L298N可接受标准TTL逻辑电平信号9脚Vcc，9脚Vcc可接4．5～7V电压。

4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46V。

输出电流可达2．5A，可驱动电感性负载。

1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。

如图2所示（本系统驱动两个二相电机）：

图2电机驱动原理图

5.1.3智能行李箱的蓝牙模块

采用BLK-MD-BC04-B蓝牙模块，遵循V2.1+EDR蓝牙规范，支持UART,USB,SPI,PCM,SPDIF等接口，并支持SPP蓝牙串口协议，具有成本低、体积小、功耗低、收发灵敏性高等优点，只需配备少许的外围元件就能实现其强大功能。

如图3所示

图3蓝牙应用电路图

表1蓝牙管脚功能描述表

管脚号

名称

类型

功能描述

1

UART-TX

CMOS输出

串口数据输出

2

UART-RX

CMOS输入

串口数据输入

3

UART-CTS

CMOS输入

串口清除发送

4

UART-RTS

CMOS输出

串口请求发送

5

PCM-CLK

双向

PCM时钟

6

PCM-OUT

CMOS输入

PCM数据输出

7

PCM-IN

CMOS输出

PCM数据输出

8

PCM-SYNC

双向

PCM数据同步

9

AIO（0）

双向

可编程模拟输入输出口

10

AIO

（1）

双向

可编程模拟输入输出口

11

RESETB

CMOS输入

复位/重启键（低位平复位）

12

3.3V

电源输入

+3.3V电源

13

GND

地

地

14

NC

输出

NC（请悬空）

15

USB-DN

双向

USB数据负

16

SPI-CSB

CMOS输入

SPI片选口

17

SPI-MOSI

CMOS输入

SPI数据输入

18

SPI-MOSI

CMOS输出

SPI数据输出

19

SPI-CLK

CMOS输入

SPI时钟口

20

USB-DP

双向

USB数据正

21

GND

地

地

5.1.4智能行李箱的避障模块

避障电路采用漫反射式光电开关进行避障。

e3f-ds30c4光电开关（光电传感器）是集发射头和接收头于一体的检测开关，其工作原理是根据发射头发出的光束，被障碍物反射，接收头据此做出判断是否有障碍物。

当有光线反射回来时，输出低电平；当没有光线反射回来时，输出高电平。

单片机根据接收头电平的高低做出相应控制，避免小车碰到障碍物，由于接收管输出TTL电平，有利于单片机对信号的处理。

避障电路如下图4：

图4红外避障原理图

表2避障电路功能表

传感器

避障电路输出（上升沿动作）

待执行命令

左

中

右

左转信号（P2.1）

右转信号（P2.0）

0

0

0

√

右转

0

0

1

√

右转

0

1

0

√

右转

0

1

1

√

右转

1

0

0

√

左转

1

0

1

√

右转

1

1

0

√

左转

1

1

1

前进

注解（“0”表示有障碍物；“1”表示无障碍物）

5.1.5智能行李箱的电源模块

本系统所有芯片都需要+5V的工作电压，而干电池只能提供的电压为1．5V的倍数的电压，并且随着使用时间的延长，其电压会逐渐下降，则需要LM7805稳压芯片。

L7805能提供300至500mA的电流，足以满足芯片供电的要求。

虽然微处理器和微控制器不需要支持电路，功耗也很低，但必须要加以考虑。

电源电路拟定为如图5所示：

图5电源电路图

5.2软件部分

5.2.1控制系统结构

单片机通过采集蓝牙数据，判断行人的当前位置，然后控制直流电机，实现行李箱的转向，前进，后退等功能。

框图如图6所示：

图6控制结构框图

5.2.2主程序模块

实现超声波传感器的数据采集、判断；电机的控制；串口数据的发送等功能。

如图7所示：

图7主程序流程图

5.2.3方向控制模块

行李箱自带红外探测器可以探测前方障碍物。

根据发射头发出的光束，被障碍物反射，接收头据此做出判断是否有障碍物。

当有光线反射回来时，输出低电平；当没有光线反射回来时，输出高电平。

CPLD快速检测和处理红外线检测装置以及信号接收器的输入结果，经过系统分析后，实现两部电机的实时控制（前进，停止或倒退）进而选择相应的路线跟随主人前进。

流程图如图8所示：

N

Y

图8红外避障原理图

5.2.4速度控制模块

通过微型处理器计算出主人所在位置，自动跟随主人同步移动，并一直与主人保持一定距离。

如图9所示：

图9速度控制流程图

5.2.5警报装置

行李箱因距离过远而与手机蓝牙信号断开，则自动发出警报声音。

流程框图如图10所示

图10警报装置流程框图

参考文献：

[1]李平,杜涛,罗和平<单片机应用开发与实践>机械工业出版社,2008.8

[2]徐惠民,安德宁<单片微型计算机原理、接口及应用>北京邮电大学出版社,2000

[3]李朝青<单片微机原理及接口技术>（第三版）。

[M]北京航空航天大学出版社

[4]阎石<数字电子技术基础>（清华大学电子学教研组编第五版）高等教育出版社

[5]康华光<电子技术基础>（第五版）高等教育出版社

[6]宋泽清<无线电>2009年第2期关于灵活避障快速循迹

[7]马长林,陈怡,程利民<单片机实践应用与技术>清华大学出版社2008