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1、2015年福建省大學生合泰杯單片機應用設計競賽 作品創(chuàng)意書 0300000378 智能行李箱 集美大學誠毅學院 機械工程系 劉揚老師 陳文龍 游康 柯煒建 王賀文 2015年3月4日 作品創(chuàng)意書 、摘要 根據(jù)現(xiàn)代人出行時手提行李過多而手忙腳亂的情況，本文設計了一款結合紅外線避障 系統(tǒng)的智能行李箱。系統(tǒng)以HT32F176M片機為控制核心，主要由電源模塊、避障模塊、 藍牙模塊、執(zhí)行模塊等組成。作品實現(xiàn)了行李箱自動跟隨主人行走、障礙物避障繞行、自 動報警等功能，解決了現(xiàn)有行李箱笨重不易攜帶、易丟失等問題，使出行更便捷，具有廣 闊的市場前景和應用價值。 關鍵詞：紅外線避障

2、；HT32F1765單片機； 二、作品介紹 2.1 創(chuàng)作動機 每當節(jié)假日的時候很多同學需要長途旅行，行李較多，攜帶麻煩。如今出遠門行李箱 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， 2010 年后亦出現(xiàn)有4個小輪的行李箱，除了可作360度的旋轉(zhuǎn)外，在平地更可以不費力輕易推 動。不過隨著人們物質(zhì)需求逐步上升，有時候行李箱會給人們造成一些不便之處。據(jù)調(diào)查， 雖然有輪子輔助，但如果長時間的拉動，會造成旅人高度疲憊，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，就可以極大方便人們出行。 而今隨著社會智能化應用到各個行業(yè)，為了更好的服務人類，科

3、技結合生活創(chuàng)造幸福 生活。通過對行李箱智能化設計改造，可以讓人們可以更加方便進行行李的拖運。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 可較好運行。 2.2 功能 (1)自動跟隨主人同步移動。 (2)在跟隨主人行走時，檢測障礙物的距離并自動避障。 (3)行李箱因距離過遠而與手機藍牙信號斷開，則自動發(fā)出警報聲音。 2.3 創(chuàng)新性與實用性 (1)將定向和移動兩個功能合并于智能行李箱中， 使得在旅途中，可以省去許多麻煩, 減少旅人的壓力。 (2)通過微型處理器計算出主人所在位置，并一直與主人保持一定距離。 (3)基于無線通訊服務端的智能行李

4、箱，是一個新生的事物。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。 三、工作原理 自動跟隨：通過在身上攜帶信號發(fā)射裝置，當其發(fā)生移動到距離行李箱有一定的距離時， 由行李箱上的信號接收裝置可對發(fā)射裝置進行定位，同時進行信號處理，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)動發(fā)動機，讓行李箱會朝著其方位進行同步 移動。 紅外避障：行李箱自帶紅外探測器可以探測前方障礙物。 CPL映速檢測和處理紅外線檢測 裝置以及信號接收器的輸入結果，經(jīng)過系統(tǒng)分析后，實現(xiàn)兩部電機的實時控制（前進，停 止或倒退）進而選擇相應的路

5、線跟隨主人前進。行李箱采用前輪驅(qū)動，前輪左右兩邊各用 一個電機驅(qū)動，分別控制兩個輪子的轉(zhuǎn)動從而達到轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬向輪，起支撐的 作用。將三個紅外線光電傳感器分別裝在箱體的左中右，當箱的左邊的傳感器檢測到障礙 物時，主控芯片控制右輪電機停止左輪轉(zhuǎn)動，箱向右方轉(zhuǎn)向，當箱的右邊傳感器檢測到障 礙物時，主控芯片控制左輪電機停止轉(zhuǎn)動，箱向左方轉(zhuǎn)向，當前面有障礙物時規(guī)定箱右轉(zhuǎn)。 防盜系統(tǒng)：如果在系統(tǒng)啟動時與主人距離過遠或者沒有信號，行李箱會發(fā)出警報，并自動 上鎖。 系統(tǒng)由以下幾部分組成，如圖1所示： 二相電機 圖1主系統(tǒng)框圖 藍牙數(shù)據(jù) 發(fā)出警報 單片機 四、作品功能、特色 1、實

6、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、遠距離報警系統(tǒng)、防盜。 4、以鋰電池為動力源使用壽命長，節(jié)能環(huán)保 5、產(chǎn)品結構簡單，功能完善，運作效率高。 6、人性化的設計，將充分體現(xiàn)機電一體化。 五、作品結構 5.1 硬件部分 5.1.1 智能行李箱的主控模塊 采用HT32F176M片機作為整個系統(tǒng)的核心，控制智能行李箱的各項功能，使其獨立 準確的完成各項工作。這款單片機提供了豐富的 HXT LXT ERC HIRC和LIRC振蕩器功能 選項，且內(nèi)建完整的系統(tǒng)振蕩器，無需外圍元器件。充分分析我們的系統(tǒng)，其關鍵在于實 現(xiàn)箱子的自動控制，而在這一點上，單片機就顯

7、現(xiàn)出來它的優(yōu)勢一一控制簡單、方便、快 捷。單片機內(nèi)含UART真塊，它可以支持諸如單片機之間的數(shù)據(jù)通網(wǎng)絡，低成本 PCft外部 設備間的數(shù)據(jù)連接，便攜式和電池供電設備間的通信等。單片機就可以充分發(fā)揮其獨特的 優(yōu)點一一有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等。 5.1.2 智能行李箱的電機模塊 L298N 芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，輸出電壓最高可達 50V,可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的 IO 口提供信號；而且電路 簡單，使用比較方便。L298N可接受標準TTL邏輯電平信號9腳W, 9腳W可接4. 5?7 V 電壓。4腳VS接電源電壓，

8、VS電壓范圍Vh為+2. 5?46 V。輸出電流可達2. 5 A,可驅(qū)動 電感性負載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳 感信號。如圖2所示（本系統(tǒng)驅(qū)動兩個二相電機）： H7' 0000 J— J 10D56B45-108LF J2 12 3 4 ININININ 00 00 圣 N1IN2M3M4MANB ! t I I E E IM1 1 MW「 I陽卬丁 5ENSA SENS? EMA. ENH IN40r IN4OV 6 w 巫 n 6 11 1 15 △ D1ZX D2ZK n%7y D4 U1 1

9、 M4JTi'p 1M40CI 1 rM：07 □UT3 DUT4 0UT1 DUT2 A 1N400F TRH L2HB

10、 U*ff1 - PCM-CLK PCM-OUT PCW-M PCM-SYNC A 10(0) AK)(1) RESETS Pl式 F 10( 10) P?⑶ pic(e) PIO⑺ Pi0(6) FK)⑸ p雙唱 pic⑸ Pi0(2) PIO( n 叼0c君 P o-asn m，落 s5，_ds s>>-^ Zo-Gsn V > = ,3V9 3 w 31 30 導"UCJ-IN1 "?— Si *VE CLW o H* < 1 +3” -GJ +3.JV ■*=r 圖3藍牙應用電路圖 表1藍牙管腳功能描述表 管腳號 名稱 功能描述

11、 1 UART-TX CMO輸出 串口數(shù)據(jù)輸出 2 UART-RX CMO輸入 串口數(shù)據(jù)輸入 3 UART-CT B CMO輸入 串口清除發(fā)送 4 UART-RT B CMO輸出 串口請求發(fā)送 5 PCM-CLK : 雙向 PCM寸鐘 6 PCM-OU 「CMO輸入 PCMK據(jù)輸出 7 PCM-IN CMO輸出 PCMK據(jù)輸出 8 PCM-SYN C 雙向 PCMK據(jù)同步 9 AIO (0) 雙向 可編程模擬輸入輸出口 10 AIO (1) 雙向 可編程模擬輸入輸出口 11 RESETB CMO輸入 復位/重

12、啟鍵（低位平復位） 12 3.3V 電源輸入 +3.3V電源 13 GND 地 地 14 NC 輸出 NC （請懸空） 15 USB-DN 雙向 US吸據(jù)負  16 SPI-CSB CMO輸入 SPI片選口 17 SPI-MOSI CMO輸入 SPI數(shù)據(jù)輸入 18 SPI-MOSI CMO輸出 SPI數(shù)據(jù)輸出 19 SPI-CLK CMO輸入 SPI時鐘口 20 USB-DP 雙向 US吸據(jù)正 21 GND 地 地 5.1.4 智能行李箱的避障模塊 避障電路采用漫反射式光電開關進行避障。e3f-ds30

13、c此電開關（光電傳感器）是集發(fā)射 頭和接收頭于一體的檢測開關，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。當有光線反射回來時，輸出低電平；當沒有光線反射回 來時，輸出高電平。單片機根據(jù)接收頭電平的高低做出相應控制，避免小車碰到障礙物， 由于接收管輸出TTL電平，有利于單片機對信號白處理。避障電路如下圖 4 : 圖4紅外避障原理圖 表2避障電路功能表 傳感器 避障電路輸出(上升沿動作) 待執(zhí)行命令 左 中 右 左轉(zhuǎn)信號(P2.1) 右轉(zhuǎn)信號 (P2.0) 0 0 0 V r右轉(zhuǎn)［ 0 0 1 V 右

14、轉(zhuǎn) 0 1 0 V 右轉(zhuǎn) 0 1 1 V 右轉(zhuǎn) 1 0 0 V 1 0 1 V 右轉(zhuǎn) 1 1 0 V 1 1 1 前進 注解(“0”表示有障礙物； “1”表示無障礙物) 5.1.5 智能行李箱的電源模塊 本系統(tǒng)所有芯片都需要+5V的工作電壓，而干電池只能提供的電壓為 1. 5V的倍數(shù)的電 壓，并且隨著使用時間的延長，其電壓會逐漸下降，則需要 LM7805急壓芯片。L7805能提 供300至500mA勺電流，足以滿足芯片供電的要求。雖然微處理器和微控制器不需要支持 電路，功耗也很低，但必須要加以

15、考慮。電源電路擬定為如圖 5所示：  5.2 軟件部分 5.2.1 控制系統(tǒng)結構 單片機通過采集藍牙數(shù)據(jù)，判斷行人的當前位置，然后控制直流電機，實現(xiàn)行李箱的轉(zhuǎn) 向，前進，后退等功能。框圖如圖 6所示： 圖6控制結構框圖 5.2.2 主程序模塊 實現(xiàn)超聲波傳感器的數(shù)據(jù)采集、判斷；電機的控制；串口數(shù)據(jù)的發(fā)送等功能。如圖 7 所示： 圖7主程序流程圖 5.2.3 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。當有光線反射回來時，輸出低電平；當沒有光線反射 回來時，輸出高電平。CPLDf

16、e速檢測和處理紅外線檢測裝置以及信號接收器的輸入結果， 經(jīng)過系統(tǒng)分析后，實現(xiàn)兩部電機的實時控制（前進，停止或倒退）進而選擇相應的路線跟 隨主人前進。流程圖如圖8所示： 圖8紅外避障原理圖 5.2.4 速度控制模塊 通過微型處理器計算出主人所在位置，自動跟隨主人同步移動，并一直與主人保持 定距離。如圖9所示： 5.2.5 警報裝置 行李箱因距離過遠而與手機藍牙信號斷開， 則自動發(fā)出警報聲音。流程框圖如圖10所 示 圖10警報裝置流程框圖 參考文獻： ［1］李平，杜濤，羅和平 < 單片機應用開發(fā)與實踐 > 機械工業(yè)出版社,2008.8 ［2］徐惠民，安德寧 <單片微型計算機原理、接口及應用 > 北京郵電大學出版社,2000 ［3］李朝青 < 單片微機原理及接口技術 > （第三版）。［M］北京航空航天大學出版社 ［4］閻石 < 數(shù)字電子技術基礎 > （清華大學電子學教研組編 第五版）高等教育出版社 ［5］康華光 < 電子技術基礎 > （第五版） 高等教育出版社 ［6］宋澤濤 < 無線電> 2009年第2期 關于靈活避障 快速循跡 ［7］馬長林，除冶，程利民 < 單片機實踐應用與技術 > 清華大學出版社2008