智能跟随行李箱

1、第十一届重庆市大学生“合泰杯”单片机应用设计竞赛作品创意书参赛编号： 20180207基于HT66F70A单片机的 智能跟随行李箱学 校：重庆电信职业学院学 院：汽车与电子工程学院指导教师：文水兵、李长伦参赛成员：文尤龙肖平古龙敏公元 2017年 12 月 18 日作品创意书一、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HT66A70A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、USB充电、GPS定位等功能，解决了现有行李箱笨重不易携 带、易丢失

2、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；HT66A70A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

3、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) 保持一定距离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，则自动发出警报提醒主人行李箱走丢了。(4 )旅行箱内置充电 USB接口，可以在手机或其他电子设备没电时进行充电。(5)如果丢失或则被拿走可随时通过GPS定位出位置。2.3 创新性与实用性( 1

4、)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)USB充电与GPS定位时刻服务于旅行者。( 4)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，

5、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。

6、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:HT66F70A单片机A GPS定位图i主系统框图四、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、USB充电与GPS定位时刻服务旅行者。5、以锂电池为动力源使用寿命长，节能环保。6、产品结构简单，功能完善，运作效率高。7、人性化的设计，将充分体现机电一体化。五、作品结构5.1电源部分智能跟随行李箱的电源电路本设计中，电源采用 12V的蓄电池供电。电源电压值不同的模块分开供电，减小各个模块工作时相互干扰，增强整个电路

7、的抗干扰能力和系统的稳定性。以下将对各个电源电 路进行详细介绍。5.1.2 3.3V电源电路L7805将12V稳压3.3V电源电路主要给单片机供电。设计中首先用三端集成稳压电源为5V,再用低压降三端线性稳压芯片LM1117-3.3V将5V稳压为3.3V给HT66F70A单片机供电。三端集成稳压芯片L7805和三段线性稳压芯片LM1117-3.3V具有成本低、电路简单等优点。其电路原理图如图2。tc: LMin?POTRI弋吐Id L78050LT二z.rjrtlV+ C4ocl.willV10422uF图2 3.3V电源电路5.1.3 5V 电源电路5V电源电路主要给电机控制模块、USB模块、

8、蓝牙模块和 LCD12864显示模块供电，该模块采用LM2596T-5.0开关电源芯片。LM2596系列控制器是美国国家半导体公司推出 的降压型开关电源管理芯片，适用于简易高频降压变换器、板上开关变换器及正负输出变 换器。该芯片具有四种不同的型号，输出电压分别为3.3V、5.0V、12V和输出可调四种，对应型号为 LM2596T-3.3、LM2596T-5.0、LM2596T-12 和 LM2596T-ADJ。LM2596 控制芯 片的工作频率为150KHZ，其最大电流驱动能力为3A，只需极少量的外围元件就可以实现降压变换，大大简化了电路的设计步骤，节省了电路设计的成本。其电路原理图如图IC1

9、POWFRLAI2596-5.0FBUTo 工工ioL1图3 5V电源电路其中，C1为输入滤波电容，其作用主要有两个：一、抑制输入电压瞬变；二、在LM2596-5.0内部开关管导通时提供所需的电流。C2为输出滤波电容，此外还可以提高稳压环路的稳定性。二极管D1的作用是在开关管关断过程中为电感提供续流通路。因此，D1选用开关速度快，导通压降低的肖特基二极管1N5822。5.2主控芯片HT66F70AHT66F70A系列单片机是一款 A/D型具有8位高性能精简指令集的Flash单片机。该系列单片机具有一系列功能和特性，其Flash存储器可多次编程的特性给用户提供了极大的方便。存储器方面，还包含了一

10、个RAM数据存储器和一个可用于存储序号、校准数据等非易失性数据的EEPROM存储器。在模拟特性方面，这款单片机包含一个多通道12位A/D转换器和双比较器功能。还带有多个使用灵活的定时器模块，可提供定时功能、脉冲产生功能及PWM产生功能。内建完整的SPI和I2C功能，为设计者提供了一个易与外部硬件通信的接口。内部看门狗定时 器、低电压复位和低电压检测等内部保护特性，外加优秀的抗干扰和ESD保护性能，确保单片机在恶劣的电磁干扰环境下可靠地运行。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。其在不同工作模式之间动态切换的能力，

11、为用户提供 了一个优化单片机操作和减少功耗的手段。外加时基功能、I/O使用灵活等其它特性，使这款单片机可以广泛应用于各种产品中，例如电子测量仪器、环境监控、手持式测量工具、 家庭应用、电子控制工具、马达控制等方面。其引脚图如图4： 芝f口41 x QKPA】o-3P5C* ff.9TplmBf 思 0 艾WTP兰HK/T卫-& 醫mLMQS&3 nu - PK NCCIC总“云珂卩-:8 弋底 MJQ.AN 岂壬 口A P4萱 hl 二Jt 寸二 4 口il M -XCMIKMI曇IF Dc mwrzTM -匸FT UAW 11 C IF FFDAMOlClNl 口 JPE-/A.M3IH1j

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13、 s-sx b_PG0ghD PCBSCOMEPVrp prlNSCOM 卫占卫手 Au Ml -二P - H/TP 18bv. Pl =笋、D - B/TPn弓2_pos d PEpMcg冬 WIT口 PE*-D0WKaU3o_so _rcT20r3BlrTs二I PET冋THE Pl图4 HT66F70A单片机引脚图5.3硬件部分智能跟随行李箱的电机模块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10 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

14、V可接4. 57 V电压。 4脚 W接电源电压， W电压范围Vih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5所示（本系统驱动两个二相电机）：10093沁 C0LFJ1E 朋 O區0_1M 07F 悄g00IN-血lltlhu 666012毙匡召宝口J1 A E本mi wcvsTNJLTIrN3IMCU12ENAENBOVD1H4Tr 1M31JI图5电机驱动原理图智能跟随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

15、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6:-D-图6红外避障原理图表1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）000V右转001V右转010V右转011V右转100V左转101V右转110V左转111前进注解（“0”表示有障碍物；“ 1”表示无障碍物）533智能跟随行李箱的US充

16、电模块除直接供电USB器件外，US更有用的一个功能是用 USB!源进行电池充电。由于很多便携装置（如MP3播放机，PDA与PC交换信息，所以，电池充电和数据交换同时在一条缆线上进行将会使装置方便性大大增强。把USB和电池供电功能结合起来，扩大了“非受限”装置（如移动web相机连接PC或不连接PC工作）的工作范围。在很多情况下，不必携带不方便的 AC适配器。从USB寸电池充电可以复杂也可以简单，这取决于USB设备要求。对设计有影响的1）当设备插入到US瑞因素通常是“成本”、“大小”和“重量”。其它重要的考虑包括:口时，带放电电池的设备能够以多快的速度进入完全工作状态；2）所允许的电池充电时间;3

17、）受USB艮制的电源预算；4）包含AC适配器充电的必要性。充电电路如下图7：VHJ8D-GBmqLSttBtri7jyaO/TuF4-图7 充电电路智能跟随行李箱的蓝牙模块采用 BLK-MD-BCO4-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8所示：UAfil-TXPlO(fl)aq:qpgpcw-Clk斟cC)PCM-OUTPCW-INFCW STWCPiFL峠吩匸d TSLAVEc- I T R32Z5U1

18、* J.Jv73 UCU-IN；图8蓝牙应用电路图表2蓝牙管脚功能描述表管脚号名称类型功能描述1UART-TXCMOS俞出串口数据输出2UART-RXCMOS俞入串口数据输入3UART-CTSCMOS俞入串口清除发送4UART-RTSCMOS俞出串口请求发送5PCM-CLK双向PCM寸钟6PCM-OUTCMOS俞入PCM数据输出7PCM-INCMOS俞出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11RESETBCMOS俞入复位/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-CSBCMOS俞入SPI片选口17SPI-MOSICMOS俞入SPI数据输入18SPI-MOSICMOS俞出SPI数据输出19SPI-CLKCMOS俞入SPI时钟口20USB-DP双向USB数据正21GND地地5.4软件部分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9所示蓝牙