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、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；二、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。三、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。CPL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：自动跟随二相电机图1主系统框图蓝牙数据发出警报单片机四、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一一控制简单、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 优点一一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. 57 V 电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围Vh为+ 2. 546 V。输出电流可达2. 5 A,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-蓝牙模块，遵循 V2.1+EDR?牙规范，支持UART,USB,SPI,PCM,SPDIF等接口，并支持SPF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TXQ WRXD =-+ J.3V 洋ft11U*RT-IXUAR1-AXPIC(!0)IMRTYP：09)Ll*R： -PlO(fl)PCM-CLKPl0(7)PCM-OUTPi0(6)PCW-M尸 10)PCM-SYNCPIO)A 10(0PiO(J)AK)(1)Pi0(2)ESETBPlO(l)BtK-UD-BC04BA MCU-INT0)网 皿G暑 PdoIBSn xdf 段 s5,-ds s- fio-MS Zo-Gsfl 3 w323130MASTER l i-yjvrSLAVE=Sw6CD *3-3VHW丄 +3-3VCLEAR*=r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1UART-TXCMO输出串口数据输出2UART-RXCMO输入串口数据输入3UART-CTS3 CMO输入串口清除发送4UART-RTS3 CMO输出串口请求发送5PCM-CLK:双向PCM寸钟6PCM-OUCMO输入PCM数据输出7PCM-INCMO输出PCM数据输出8PCM-SYNC 双向PCM数据同步9AIO( 0)双向可编程模拟输入输出口10AIO( 1)双向可编程模拟输入输出口11RESETBCMO输入复位/重启键（低位平复位）123.3V电源输入+3.3V电源13GND地地14NC输出NC （请悬空）15USB-DN双向USB数据负16SPI-CSBCMO输入SPI片选口17SPI-MOSICMO输入SPI数据输入18SPI-MOSICMO输出SPI数据输出19SPI-CLKCMO输入SPI时钟口20USB-DP双向USB数据正21GND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-ds30c竝电开关（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 :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）000Vr右转:001V右转010V右转011V右转100V左转101V右转110Vr左转111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勺电流，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。CPLDfe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：524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 定距离。如图9所示：1厂 T开始1设定n值1r判断与目标的距离 PYN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r1开始设置安全值k1米集蓝牙数据数据处理，获取当前信号源与行李箱的距离pNY警报器报警图10警报装置流程框图参考文献:1李平,杜涛,罗和平 机械工业出版社,2008.82徐惠民，安德宁 北京邮电大学出版社，20003李朝青 （第三版）。M北京航空航天大学出版社4阎石 （清华大学电子学教研组编第五版）高等教育出版社 康华光 （第五版）高等教育出版社6宋泽清