智能跟隨行李箱

1、第十一屆重慶市大學(xué)生“合泰杯”單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)競賽作品創(chuàng)意書參賽編號：20180207基于HT66F70A單片機(jī)的 智能跟隨行李箱學(xué) 校：重慶電信職業(yè)學(xué)院學(xué) 院：汽車與電子工程學(xué)院指導(dǎo)教師：文水兵、李長倫參賽成員：文尤龍肖 平古龍敏公元 2017年 12月 18日作 品 創(chuàng) 意 書1、 摘要根據(jù)現(xiàn)代人出行時(shí)手提行李過多而手忙腳亂的情況，本文設(shè)計(jì)了一款結(jié)合紅外線避障系統(tǒng)的智能行李箱。系統(tǒng)以HT66A70A單片機(jī)為控制核心，主要由電源模塊、避障模塊、藍(lán)牙模塊、執(zhí)行模塊等組成。作品實(shí)現(xiàn)了行李箱自動(dòng)跟隨主人行走、障礙物避障繞行、自動(dòng)報(bào)警、USB充電、GPS定位等功能，解決了現(xiàn)有行李箱笨重不易攜帶、易丟失

2、等問題，使出行更便捷，具有廣闊的市場前景和應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：紅外線避障；HT66A70A單片機(jī)；2、 作品介紹2.1創(chuàng)作動(dòng)機(jī)每當(dāng)節(jié)假日的時(shí)候很多同學(xué)需要長途旅行，行李較多，攜帶麻煩。如今出遠(yuǎn)門行李箱成了必不可少的拖載物品，其中大部分的型號亦附有內(nèi)置小輪，可用拉桿方便拉動(dòng)，2010年后亦出現(xiàn)有4個(gè)小輪的行李箱，除了可作360度的旋轉(zhuǎn)外，在平地更可以不費(fèi)力輕易推動(dòng)。 不過隨著人們物質(zhì)需求逐步上升，有時(shí)候行李箱會(huì)給人們造成一些不便之處。據(jù)調(diào)查，雖然有輪子輔助，但如果長時(shí)間的拉動(dòng)，會(huì)造成旅人高度疲憊，極大的不符合現(xiàn)代人的高科技、舒適生活。如果行李箱可以自行移動(dòng)，就可以極大方便人們出行。而今隨著社會(huì)智能

3、化應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)，為了更好的服務(wù)人類，科技結(jié)合生活創(chuàng)造幸福生活。通過對行李箱智能化設(shè)計(jì)改造，可以讓人們可以更加方便進(jìn)行行李的拖運(yùn)。在開闊地上可以順利的跟隨主人行走。在有少量障礙物的平地上在主人與其距離較近的情況下也可較好運(yùn)行。2.2功能 (1) 保持一定距離自動(dòng)跟隨主人同步移動(dòng)。（2） 在跟隨主人行走時(shí)，檢測障礙物的距離并自動(dòng)避障。（3） 行李箱因距離過遠(yuǎn)而與手機(jī)藍(lán)牙信號斷開，則自動(dòng)發(fā)出警報(bào)提醒主人行李箱走丟了。（4） 旅行箱內(nèi)置充電USB接口，可以在手機(jī)或其他電子設(shè)備沒電時(shí)進(jìn)行充電。（5） 如果丟失或則被拿走可隨時(shí)通過GPS定位出位置。2.3創(chuàng)新性與實(shí)用性（1）將定向和移動(dòng)兩個(gè)功能合并于智能

4、行李箱中，使得在旅途中，可以省去許多麻煩，減少旅人的壓力。（2）通過微型處理器計(jì)算出主人所在位置，并一直與主人保持一定距離。（3）USB充電與GPS定位時(shí)刻服務(wù)于旅行者。（4）基于無線通訊服務(wù)端的智能行李箱，是一個(gè)新生的事物。它能夠讓人們解放雙手，自由輕松地出游，不用在擔(dān)心因拖行李箱而產(chǎn)生的各種不便。給人們帶來一種身心愉悅的出游方式。3、 工作原理自動(dòng)跟隨：通過在身上攜帶信號發(fā)射裝置，當(dāng)其發(fā)生移動(dòng)到距離行李箱有一定的距離時(shí)，由行李箱上的信號接收裝置可對發(fā)射裝置進(jìn)行定位，同時(shí)進(jìn)行信號處理，調(diào)整好與發(fā)生裝置的距離，使得其調(diào)節(jié)行李箱輪子方向，并驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，讓行李箱會(huì)朝著其方位進(jìn)行同步移動(dòng)。紅外避障：

5、行李箱自帶紅外探測器可以探測前方障礙物。CPLD快速檢測和處理紅外線檢測裝置以及信號接收器的輸入結(jié)果，經(jīng)過系統(tǒng)分析后，實(shí)現(xiàn)兩部電機(jī)的實(shí)時(shí)控制（前進(jìn)，停止或倒退）進(jìn)而選擇相應(yīng)的路線跟隨主人前進(jìn)。行李箱采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，分別控制兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)從而達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬向輪，起支撐的作用。將三個(gè)紅外線光電傳感器分別裝在箱體的左中右，當(dāng)箱的左邊的傳感器檢測到障礙物時(shí)，主控芯片控制右輪電機(jī)停止左輪轉(zhuǎn)動(dòng)，箱向右方轉(zhuǎn)向，當(dāng)箱的右邊傳感器檢測到障礙物時(shí)，主控芯片控制左輪電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，箱向左方轉(zhuǎn)向，當(dāng)前面有障礙物時(shí)規(guī)定箱右轉(zhuǎn)。防盜系統(tǒng)：如果在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)與主人距離過遠(yuǎn)或者沒有信號，行李

6、箱會(huì)發(fā)出警報(bào)，并自動(dòng)上鎖。系統(tǒng)由以下幾部分組成，如圖1所示:圖1 主系統(tǒng)框圖4、 作品功能、特色1、實(shí)現(xiàn)智能跟隨行走方便出旅人行走。2、紅外線躲避障礙物。3、遠(yuǎn)距離報(bào)警系統(tǒng)、防盜。4、USB充電與GPS定位時(shí)刻服務(wù)旅行者。5、以鋰電池為動(dòng)力源使用壽命長，節(jié)能環(huán)保。6、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，功能完善，運(yùn)作效率高。7、人性化的設(shè)計(jì)，將充分體現(xiàn)機(jī)電一體化。五、作品結(jié)構(gòu)5.1電源部分 5.1.1智能跟隨行李箱的電源電路本設(shè)計(jì)中，電源采用12V的蓄電池供電。電源電壓值不同的模塊分開供電，減小各個(gè)模塊工作時(shí)相互干擾，增強(qiáng)整個(gè)電路的抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。以下將對各個(gè)電源電路進(jìn)行詳細(xì)介紹。5.1.2 3.3V電源

7、電路3.3V電源電路主要給單片機(jī)供電。設(shè)計(jì)中首先用三端集成穩(wěn)壓電源L7805將12V穩(wěn)壓為5V，再用低壓降三端線性穩(wěn)壓芯片LM1117-3.3V將5V穩(wěn)壓為3.3V給HT66F70A單片機(jī)供電。三端集成穩(wěn)壓芯片L7805和三段線性穩(wěn)壓芯片LM1117-3.3V具有成本低、電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。其電路原理圖如圖2。圖2 3.3V電源電路5.1.3 5V電源電路5V電源電路主要給電機(jī)控制模塊、USB模塊、藍(lán)牙模塊和LCD12864顯示模塊供電，該模塊采用LM2596T-5.0開關(guān)電源芯片。LM2596系列控制器是美國國家半導(dǎo)體公司推出的降壓型開關(guān)電源管理芯片，適用于簡易高頻降壓變換器、板上開關(guān)變換器及正

8、負(fù)輸出變換器。該芯片具有四種不同的型號，輸出電壓分別為3.3V、5.0V、12V和輸出可調(diào)四種，對應(yīng)型號為LM2596T-3.3、LM2596T-5.0、LM2596T-12和LM2596T-ADJ。LM2596控制芯片的工作頻率為150KHz，其最大電流驅(qū)動(dòng)能力為3A，只需極少量的外圍元件就可以實(shí)現(xiàn)降壓變換，大大簡化了電路的設(shè)計(jì)步驟，節(jié)省了電路設(shè)計(jì)的成本。其電路原理圖如圖3。圖3 5V電源電路其中，C1為輸入濾波電容，其作用主要有兩個(gè)：一、抑制輸入電壓瞬變；二、在LM2596-5.0內(nèi)部開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)提供所需的電流。C2為輸出濾波電容，此外還可以提高穩(wěn)壓環(huán)路的穩(wěn)定性。二極管D1的作用是在開關(guān)管

9、關(guān)斷過程中為電感提供續(xù)流通路。因此，D1選用開關(guān)速度快，導(dǎo)通壓降低的肖特基二極管1N5822。5.2 主控芯片HT66F70AHT66F70A 系列單片機(jī)是一款A(yù)/D 型具有8 位高性能精簡指令集的Flash 單片機(jī)。該系列單片機(jī)具有一系列功能和特性，其Flash 存儲器可多次編程的特性給用戶提供了極大的方便。存儲器方面，還包含了一個(gè)RAM 數(shù)據(jù)存儲器和一個(gè)可用于存儲序號、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等非易失性數(shù)據(jù)的EEPROM 存儲器。在模擬特性方面，這款單片機(jī)包含一個(gè)多通道12 位A/D 轉(zhuǎn)換器和雙比較器功能。還帶有多個(gè)使用靈活的定時(shí)器模塊，可提供定時(shí)功能、脈沖產(chǎn)生功能及PWM 產(chǎn)生功能。內(nèi)建完整的SPI 和

10、I2C 功能，為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)易與外部硬件通信的接口。內(nèi)部看門狗定時(shí)器、低電壓復(fù)位和低電壓檢測等內(nèi)部保護(hù)特性，外加優(yōu)秀的抗干擾和ESD 保護(hù)性能，確保單片機(jī)在惡劣的電磁干擾環(huán)境下可靠地運(yùn)行。這款單片機(jī)提供了豐富的HXT、LXT、ERC、HIRC 和LIRC 振蕩器功能選項(xiàng)，且內(nèi)建完整的系統(tǒng)振蕩器，無需外圍元器件。其在不同工作模式之間動(dòng)態(tài)切換的能力，為用戶提供了一個(gè)優(yōu)化單片機(jī)操作和減少功耗的手段。外加時(shí)基功能、I/O 使用靈活等其它特性，使這款單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品中，例如電子測量儀器、環(huán)境監(jiān)控、手持式測量工具、家庭應(yīng)用、電子控制工具、馬達(dá)控制等方面。其引腳圖如圖4：圖 4 HT66F7

11、0A單片機(jī)引腳圖5.3 硬件部分智能跟隨行李箱的電機(jī)模塊L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號9腳Vcc，9腳Vcc可接457 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為2546 V。輸出電流可達(dá)25 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。如圖5所示（本系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)）：圖5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖5.3.2智能跟隨行李箱的避障模塊避障電路采用漫反射式光電

12、開關(guān)進(jìn)行避障。e3f-ds30c4光電開關(guān)(光電傳感器)是集發(fā)射頭和接收頭于一體的檢測開關(guān)，其工作原理是根據(jù)發(fā)射頭發(fā)出的光束，被障礙物反射，接收頭據(jù)此做出判斷是否有障礙物。當(dāng)有光線反射回來時(shí)，輸出低電平；當(dāng)沒有光線反射回來時(shí)，輸出高電平。單片機(jī)根據(jù)接收頭電平的高低做出相應(yīng)控制，避免小車碰到障礙物，由于接收管輸出TTL電平，有利于單片機(jī)對信號的處理。避障電路如下圖6：圖 6 紅外避障原理圖表 1 避障電路功能表傳感器避障電路輸出（上升沿動(dòng)作）待執(zhí)行命令左中右左轉(zhuǎn)信號(P2.1)右轉(zhuǎn)信號（P2.0）000右轉(zhuǎn)001右轉(zhuǎn)010右轉(zhuǎn)011右轉(zhuǎn)100左轉(zhuǎn)101右轉(zhuǎn)110左轉(zhuǎn)111前進(jìn)注解（“0”表示有障

13、礙物； “1”表示無障礙物）5.3.3智能跟隨行李箱的USB充電模塊除直接供電USB器件外，USB更有用的一個(gè)功能是用USB電源進(jìn)行電池充電。由于很多便攜裝置(如MP3播放機(jī)，PDA)與PC交換信息，所以，電池充電和數(shù)據(jù)交換同時(shí)在一條纜線上進(jìn)行將會(huì)使裝置方便性大大增強(qiáng)。把USB和電池供電功能結(jié)合起來，擴(kuò)大了“非受限”裝置(如移動(dòng)web相機(jī)連接PC或不連接PC工作)的工作范圍。在很多情況下，不必?cái)y帶不方便的AC適配器。從USB對電池充電可以復(fù)雜也可以簡單，這取決于USB設(shè)備要求。對設(shè)計(jì)有影響的因素通常是“成本”、“大小”和“重量”。其它重要的考慮包括：1)當(dāng)設(shè)備插入到USB端口時(shí)，帶放電電池的設(shè)

14、備能夠以多快的速度進(jìn)入完全工作狀態(tài)；2)所允許的電池充電時(shí)間；3)受USB限制的電源預(yù)算；4)包含AC適配器充電的必要性。充電電路如下圖7：圖 7 充電電路5.3.4智能跟隨行李箱的藍(lán)牙模塊采用BLK-MD-BC04-B藍(lán)牙模塊，遵循V2.1+EDR藍(lán)牙規(guī)范，支持UART,USB,SPI,PCM,SPDIF等接口，并支持SPP藍(lán)牙串口協(xié)議，具有成本低、體積小、功耗低、收發(fā)靈敏性高等優(yōu)點(diǎn)，只需配備少許的外圍元件就能實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大功能。如圖8所示：圖 8 藍(lán)牙應(yīng)用電路圖表2 藍(lán)牙管腳功能描述表管腳號名稱類型功能描述1UART-TXCMOS輸出串口數(shù)據(jù)輸出2UART-RXCMOS輸入串口數(shù)據(jù)輸入3UAR

15、T-CTSCMOS輸入串口清除發(fā)送4UART-RTSCMOS輸出串口請求發(fā)送5PCM-CLK雙向PCM時(shí)鐘6PCM-OUTCMOS輸入PCM數(shù)據(jù)輸出7PCM-INCMOS輸出PCM數(shù)據(jù)輸出8PCM-SYNC雙向PCM數(shù)據(jù)同步9AIO（0）雙向可編程模擬輸入輸出口10AIO（1）雙向可編程模擬輸入輸出口11RESETBCMOS輸入復(fù)位/重啟鍵（低位平復(fù)位）123.3V電源輸入+3.3V電源13GND地地14NC輸出NC（請懸空）15USB-DN雙向USB數(shù)據(jù)負(fù)16SPI-CSBCMOS輸入SPI片選口17SPI-MOSICMOS輸入SPI數(shù)據(jù)輸入18SPI-MOSICMOS輸出SPI數(shù)據(jù)輸出19

16、SPI-CLKCMOS輸入SPI時(shí)鐘口20USB-DP雙向USB數(shù)據(jù)正21GND地地5.4 軟件部分5.4.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單片機(jī)通過采集藍(lán)牙數(shù)據(jù)，判斷行人的當(dāng)前位置，然后控制直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)行李箱的轉(zhuǎn)向，前進(jìn)，后退等功能。框圖如圖 9所示：圖9 控制結(jié)構(gòu)框圖5.4.2主程序模塊實(shí)現(xiàn)超聲波傳感器的數(shù)據(jù)采集、判斷；電機(jī)的控制；串口數(shù)據(jù)的發(fā)送等功能。如圖10所示：圖10 主程序流程圖5.4.3方向控制模塊行李箱自帶紅外探測器可以探測前方障礙物。根據(jù)發(fā)射頭發(fā)出的光束，被障礙物反射，接收頭據(jù)此做出判斷是否有障礙物。當(dāng)有光線反射回來時(shí)，輸出低電平；當(dāng)沒有光線反射回來時(shí)，輸出高電平。CPLD快速檢測和處理紅外線檢測裝置以及信號接收器的輸入結(jié)果，經(jīng)過系統(tǒng)分析后，實(shí)現(xiàn)兩部電機(jī)的實(shí)時(shí)控制（前進(jìn)，停止或倒退）進(jìn)而選擇相應(yīng)的路線跟隨主人前進(jìn)。流程圖如圖11所示：圖11 紅外避障原理圖5.4.4速度控制模塊 通過微型處理器計(jì)算出主人所在位置，自動(dòng)跟隨主人同步移動(dòng)，并一直與主人保持一定距離。如圖12所示：圖12 速度控制流程圖參考文獻(xiàn)：1李平,杜濤,羅和平 <單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)與實(shí)踐>