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智能行李箱专利

来源:未知 编辑:晚一步 时间:2017-05-29
一种智能行李箱的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种智能行李箱,设置有箱体、伸缩式拉杆、人体感应器、USB接口端、方向旋转盘、电子密码锁、万向轮、薄膜太阳能、履带;还设置有控制装置;人体感应器、USB接口端、电子密码锁、薄膜太阳能、履带均与控制装置连接。本实用新型通过HT66F70A单片机对外部各个子系统的控制、加上超声波与无线收发装置的综合利用;实现GPS定位自动报警、自动寻迹、手机充电以及太阳能充放电等多功能的智能行李箱;打破传统的纯物理性设计,结合智能信息技术对行李箱进行了全面升级,从根本上解决了人们旅行、出差携带行李箱在搬运时的拖、拉、背、扛等问题。
【专利说明】
一种智能行李箱
技术领域
[0001] 本实用新型属于,尤其涉及一种智能行李箱。
【背景技术】
[0002] 目前,进入21世纪以来,各种各样的新技术不断的涌现出来,随之带来的就是给人 们生活的一些方便。现在人们更注重生活水平,对生活水平的要求也越来越高,人们的活动 范围也随之增宽,探亲、出差、旅游等活动也越来越频繁。而人们的这些活动也必然伴随着 大量的物品需要带在身边,如衣物、工具、文件等其他生活用品。东西繁杂不好带,然后搬运 极不方便、费力,那么就得借助于行李箱。传统的行李箱在搬运时无非用拖、拉、背、扛等,借 助行李箱的轮子,在平坦的路上需要用手拉着才能前进。
[0003] 当人们不经意周围环境时箱子也许就不翼而飞了;漆黑的夜里在无任何光照情况 下常会因看不清路或者找不出箱内的东西而发难;在途中手机时常没电,时而会想要是行 李箱能为手机充电那该有多好啊!乘客经常会因为行李箱的繁重而把自己弄得疲惫不堪, 冬天出门携带行李也时常为手被冻僵而头疼不已。
【发明内容】
[0004] 本实用新型为解决在人们旅行、出差携带行李箱在搬运时的拖、拉、背、扛等种种 不便,和解决【背景技术】提及的技术问题而提供一种智能行李箱。
[0005] 本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种智能行 李箱,设置有箱体、伸缩式拉杆、USB接口端、方向旋转盘、电子密码锁、万向轮、薄膜太阳能、 履带、控制装置;伸缩式拉杆通过方向旋转盘铰接在箱体前端,人体感应器安装在伸缩式拉 杆上端,USB接口端设置在箱体顶部,电子密码锁位于USB接口端一侧,万向轮安装在箱体后 端,履带安装在箱体底部,薄膜太阳能安装在箱体侧部;USB接口端、电子密码锁、薄膜太阳 能、履带均与控制装置连接;
[0006] 控制装置设置有用户端、服务端、系统端;用户端、服务端均与系统端连接,所述用 户端设置有无线发送器和GPS定位器,服务端设置有用户手机服务终端;所述系统端设置有 人体感应器、步进电机、电机驱动电路、PWM调速电路、超声波测距装置、语音芯片、存储器、 电源电路、照明电路、USB充电电路、单片机;人体感应器、步进电机、电机驱动电路、PWM调速 电路、超声波测距装置、语音芯片、存储器、电源电路、照明电路、USB充电电路均与单片机连 接;人体感应器安装在伸缩式拉杆上端,所述超声波测距装置设置有主测距部分和目标标 识部分;主测距部分设置有两个超声波发射器和无线接收器;目标标识部分设置有一个超 声波接收器和无线发射器。
[0007] 进一步,所述语音芯片设置有麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器、LED指 示灯、录音装置,所述麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器、LED指示灯、录音装置均 与单片机连接,电机驱动电路设置有电机驱动芯片。
[0008] 进一步,所述超声波测距装置还设置有超声波测距控制电路。
[0009] 进一步,所述GPS定位器设置有4个串行通信端口,4个串行通信端口均与单片机连 接。
[0010] 进一步,所述人体感应传感器设置有被动式红外探头、热释电元件、红外传感器开 关,被动式红外探头、热释电元件均与红外传感器开关连接。
[0011] 进一步,所述电源电路包括3.3V电源电路和5V电源电路、USB电源电路、太阳能供 电电路、开关电源电路,单片机、无线发送器均与3.3V电源电路连接,电机驱动电路、PWM调 速电路、超声波测距装置、语音芯片均与5 V电源电路连接,USB电源电路连接USB接口端,太 阳能供电电路连接薄膜太阳能,开关电源电路与单片机连接。
[0012] 本实用新型将针对传统拉杆式托运行李箱对人们造成身心疲惫这一严重的现象。 通过HT66F70A单片机对外部各个子系统的控制、加上超声波与无线收发装置的综合利用; 设计了一款能实现GPS定位自动报警、自动寻迹、手机充电以及太阳能充放电等多功能的智 能行李箱;打破传统的纯物理性设计,结合智能信息技术对行李箱进行了全面升级,从根本 上解决了人们旅行、出差携带行李箱在搬运时的拖、拉、背、扛等种种问题。
[0013] 基于目前行李箱存在的问题,本实用新型设计了一款可以自己行走的智能行李 箱,从根本上解决人们旅行、出差时携带行李箱时遇到的种种困难,这种行李箱乘客不需要 亲自操作,只要乘客走到哪里,行李箱就会跟随乘客走到哪里!它可以自动搜寻乘客的位置 所在地,时刻跟随在主人的身后,本实用新型拥有自动化的轮子和拉杆,轮子可以自动的转 动,底部通过两条履带带动行李箱前行,通过控制内部步进电机的运转可以自动的变换行 驶方向,以至于实现自动跟随,能在遇到较陡的坡度甚至是〈45°角度的阶梯上照样可以在 人们握住人体感应式拉杆继续行驶,这就是履带的优势;拉杆可以自动的伸缩,以满足不同 身高的需求,不需要人们使劲拉着行李箱走,这样就非常的方便人们的行走,从而不会承受 巨大重力的痛苦,在平坦的路上,人们就可以完全放开手了,行李箱会自动锁定主人,并尾 随主人行驶,行驶的速度也是根据主人走的快慢来决定的,主人走得快,行李箱就会行驶的 很快,相反就会行驶的比较慢,在这个过程中,行李箱会自动的绕开所有的障碍物,计算用 最短的时间到达主人的身边。万一行李箱被人有意的挡住了去路,不让行李箱行驶,若是行 李箱被人拖离主人的距离超过1M它便会发出警报,同时会调动主人手机上的震动和铃声功 能来提醒主人。
【附图说明】
一种智能行李箱的制作方法附图
[0014] 图1是本实用新型实施例提供的智能行李箱结构示意图;
[0015] 图中:1、箱体;2、伸缩式拉杆;3、人体感应器;4、USB接口端;5、方向旋转盘;6、电子 密码锁;7、万向轮;8、薄膜太阳能;9、履带。
[0016] 图2是本实用新型实施例提供的功率管TIP122驱动电路图。
[0017] 图3是本实用新型实施例提供的步进电机的驱动原理图。
[0018]图4是本实用新型实施例提供的语音控制原理图。
[0019] 图5是本实用新型实施例提供的电源电路图。
[0020] 图6是本实用新型实施例提供的USB输出电压可调电路设计图。
[0021 ]图7是本实用新型实施例提供的太阳能模块电路图。
【具体实施方式】
[0022] 为能进一步了解本实用新型的【发明内容】、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合 附图详细说明如下。
[0023] 请参阅图1:
[0024] 一种智能行李箱,设置有箱体1、伸缩式拉杆2、USB接口端4、方向旋转盘5、电子密 码锁6、万向轮7、薄膜太阳能8、履带9,该智能行李箱还设置有控制装置;伸缩式拉杆通过方 向旋转盘铰接在箱体前端,人体感应器安装在伸缩式拉杆上端,USB接口端4设置在箱体顶 部,电子密码锁位于USB接口端一侧,万向轮7安装在箱体后端,履带9安装在箱体底部,薄膜 太阳能安装在箱体侧部;USB接口端、电子密码锁、薄膜太阳能、履带均与控制装置连接;
[0025]控制装置设置有用户端、服务端、系统端;用户端、服务端均与系统端连接,所述用 户端设置有无线发送器和GPS定位器,服务端设置有用户手机服务终端;所述系统端设置有 人体感应器3、步进电机、电机驱动电路、PWM调速电路、超声波测距装置、语音芯片、存储器、 电源电路、照明电路、USB充电电路、单片机;人体感应器3、步进电机、电机驱动电路、PWM调 速电路、超声波测距装置、语音芯片、存储器、电源电路、照明电路、USB充电电路均与单片机 连接;人体感应器3安装在伸缩式拉杆上端,所述超声波测距装置设置有主测距部分和目标 标识部分;主测距部分设置有两个超声波发射器和无线接收器;目标标识部分设置有一个 超声波接收器和无线发射器。
[0026]进一步,所述语音芯片设置有麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器、LED指 示灯、录音装置,所述麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器、LED指示灯、录音装置均 与单片机连接,电机驱动电路设置有电机驱动芯片。
[0027]进一步,所述超声波测距装置还设置有超声波测距控制电路。
[0028]进一步,所述GPS定位器设置有4个串行通信端口,4个串行通信端口均与单片机连 接。
[0029] 进一步,所述人体感应传感器设置有被动式红外探头、热释电元件、红外传感器开 关,被动式红外探头、热释电元件均与红外传感器开关连接。
[0030] 进一步,所述电源电路包括3.3 V电源电路和5 V电源电路、USB电源电路、太阳能供 电电路、开关电源电路,单片机、无线发送器均与3.3V电源电路连接,电机驱动电路、PWM调 速电路、超声波测距装置、语音芯片均与5 V电源电路连接,USB电源电路连接USB接口端,太 阳能供电电路连接薄膜太阳能,开关电源电路与单片机连接。
[0031] 工作原理:
[0032] 本实用新型将针对传统拉杆式托运行李箱对人们造成身心疲惫这一严重的现象。 通过HT66F70A单片机对外部各个子系统的控制、加上超声波与无线收发装置的综合利用; 设计了一款能实现GPS定位自动报警、自动寻迹、手机充电以及太阳能充放电等多功能的智 能行李箱;打破传统的纯物理性设计,结合智能信息技术对行李箱进行了全面升级,从根本 上解决了人们旅行、出差携带行李箱在搬运时的拖、拉、背、扛等种种问题。
[0033] 基于目前行李箱存在的问题,本实用新型设计了一款可以自己行走的智能行李 箱,从根本上解决人们旅行、出差时携带行李箱时遇到的种种困难。这种行李箱乘客不需要 亲自操作,只要乘客走到哪里,行李箱就会跟随乘客走到哪里!它可以自动搜寻乘客的位置 所在地,时刻跟随在主人的身后。
[0034] 本实用新型拥有自动化的轮子和拉杆,轮子可以自动的转动,底部通过两条履带 带动行李箱前行,通过控制内部步进电机的运转可以自动的变换行驶方向,以至于实现自 动跟随。能在遇到较陡的坡度甚至是〈45°角度的阶梯上照样可以在人们握住人体感应式拉 杆继续行驶,这就是履带的优势;拉杆可以自动的伸缩,以满足不同身高的需求。不需要人 们使劲拉着行李箱走,这样就非常的方便人们的行走,从而不会承受巨大重力的痛苦。
[0035] 自动跟随上,通过超声波测距装置与单片机的配合,行李箱内部装有无线信号接 收器,当物主身上携带的无线模块通过用户手机服务终端发出信号时,行李箱在待机的情 况下自动接收信号并驱动电机进行跟随。
[0036] 自动调速上,行李箱在自动行走时,根据接收信号的强弱由单片机控制PWM电路来 控制电机的速度,与主人保持同速,避免行李箱过快或过慢带来的不便。
[0037]自动避障上,运用超声波测距装置实时检测道路状况并将数据传送给单片机,若 行走方向前方有不能通过的障碍物,单片机控制行李箱转向并自动寻找最佳行走通道。 [0038]在平坦的路上,人们就可以完全放开手了,行李箱会自动锁定主人,并尾随主人行 驶,行驶的速度也是根据主人走的快慢来决定的,主人走得快,行李箱就会行驶的很快,相 反就会行驶的比较慢。在这个过程中,行李箱会自动的绕开所有的障碍物,计算用最短的时 间到达主人的身边。万一行李箱被人有意的挡住了去路,不让行李箱行驶,若是行李箱被人 拖离主人的距离超过1M它便会发出警报,同时会调动主人手机上的震动和铃声功能来提醒 主人。
[0039] 安全功能上:
[0040] a.定位,当行李箱丢失后,主人可以通过行李箱的GPS信号搜寻并找回行李箱,主 人也可通过行李箱的GPS信号查看自己的旅行动态信息。
[0041 ] b.语音提示,当行李箱超过与主人的有效距离后,自动语音提示主人行李箱的状 态,加强主人与行李箱的联系性。
[0042] c.电子密码锁,对于传统行李箱所采用的拉链与拨动密码设计过于简单且存在很 大的安全隐患。为此本实用新型通过串行存储器AT24C02来实现密码的修改和存储提高了 行李箱的安全性。
[0043]使用功能上:
[0044] a.拉杆可以自动收缩,按下伸杆键拉杆自动伸出,再按一次自动收回,拉杆固定位 置可以在伸出量最短与最长之间随意调节,适合不同身高大小的人拉动。主要是在上下坡 的时候为了安全考虑为行李箱提供最精确的方向,客户只需要握着拉杆手柄,行李箱便可 以自动根据主人的步伐自动前进,从而达到省力或者无需用力的最佳效果。对于倾斜度为 45°以下的阶梯人只需要握着带有人体感应的拉杆行李箱完全能自由上下,无需人执行任 何操作。这就是采用履带的原因之一。
[0045] b.USB充电功能,当主人手机没电时,可以用数据线插入行李箱的USB接口进行充 电。端口电压可在3-18V范围自由调节。
[0046] c.照明,夜晚降临时,主人可以打开任意角度、任意位置调节的电灯,方便寻找箱 内物品和看清前路。
[0047]电源节能上:
[0048] a.采用12V10AH的蓄电池供电,薄膜太阳板能为其充电。只要在光照足够的情况 下,随时为行李箱提供动能。(考虑到乘坐航班,14年8月7日民航总局下文,每人每次最多可 携带两个lOOWh以下的充电宝。为此本实用新型设有多种款式充电方式以满足大众顾客。) [0049] b.220V市电为其充电。主要考虑,没有太阳或阳光不充足的情况下,保证行李箱的 运转。(充满一次电大约能行走6公里)。
[0050] 下面结合附图和原理分析对本实用新型进行详细描述。
[0051] (二)、两种不同型号单片机可供选择
[0052] 2.1使用合泰芯片的型号、使用位置
[0053] HT66F70A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EEPR0M存储器。
[0054]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、HIR(^PLIR(^| 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,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。
[0055] 本新型所选用的单片机型号为HT66F70A单片机;用到了 1/0(步进电机控制、I/O口 扩展)、Compare Match(蜂鸣器控制)、ADC转换接口、外部中断、省电模式和WDT控制等。 [0056] 2.2采用宏晶科技STC12C5A60S2单片机
[0057] STC12C5A系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/ 低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。 内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制,强 干扰场合。
[0058] STC12C5A60S2系列工作电压:5.5V-3.3V(5V单片机);工作频率范围:0-35MHZ,相 当于普通8051的0~420MHz ;用户应用程序空间8K/6K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字 节;通用I/O口(36/40/44个),复位后为:准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口),可设置成 四种模式:准双向口 /弱上拉,推挽/强上拉,仅为输入/高阻,开漏,每个I/O 口驱动能力均可 达到20mA,但整个芯片最大不要超过55Ma;为此可以通过以上两种芯片从而实现多款行李 箱以致提供给不同客户一贵宾款式、旅游款式、学生款等多种款式。
[0059]二、本实用新型功能与发明原理
[0060]( -)、功能
[0061] 1.1自动行走功能
[0062] a.自动跟随,行李箱内部装有无线信号接收模块,当物主身上携带的无线模块发 出信号时,行李箱在待机的情况下自动接收信号并驱动电机进行跟随。
[0063] b.自动调速,行李箱在自动行走时,根据接收信号的强弱由单片机控制PWM电路来 控制电机的速度,与主人保持同速,避免行李箱过快或过慢带来的不便。
[0064] c .自动避障,运用超声波测距模块实时检测道路状况并将数据传送给单片机,若 行走方向前方有不能通过的障碍物,单片机控制行李箱转向并自动寻找最佳行走通道。 [0065] 1.2安全功能
[0066] a.定位,当行李箱丢失后,主人可以通过行李箱的GPS信号搜寻并找回行李箱,家 人也可通过行李箱的GPS信号查看自己的旅行动态信息。
[0067] b.语音提示,当行李箱超过与主人的有效距离后,自动语音提示主人行李箱的状 态,加强主人与行李箱的联系性。
[0068] c.电子密码锁,对于传统行李箱所采用的拉链与拨动密码设计过于简单且存在很 大的安全隐患。为此我们通过串行存储器AT24C02来实现密码的修改和存储提高了行李箱 的安全性。
[0069] 1.3使用功能
[0070] a.拉杆可以自动收缩,按下伸杆键拉杆自动伸出,再按一次自动收回,拉杆固定位 置可以在伸出量最短与最长之间随意调节,适合不同身高大小的人拉动。主要是在上下坡 的时候为了安全考虑为行李箱提供最精确的方向,客服只需要握着拉杆手柄,行李箱便可 以自动根据主人的步伐自动前进,从而达到省力或者无需用力的最佳效果。对于倾斜度为 45°以下的阶梯人只需要握着带有人体感应的拉杆行李箱完全能自由上下,无需人执行任 何操作。这就是采用履带的原因之一。
[0071] b.USB充电功能,当主人手机没电时,可以用数据线插入行李箱的USB接口进行充 电。端口电压可在3-18V范围自由调节。
[0072] c.照明,夜晚降临时,主人可以打开任意角度、任意位置调节的电灯,方便寻找箱 内物品和看清前路。
[0073] 1.4电源节能
[0074] a.采用12V10AH的蓄电池供电,薄膜太阳板能为其充电。只要在光照足够的情况 下,随时为行李箱提供动能。
[0075] b.220V市电为其充电。主要考虑,没有太阳或阳光不充足的情况下,保证行李箱的 运转。(充满一次电大约能行走6公里)
[0076](二)发明原理
[0077]基于盛群HT66单片机为平台搭建的一款自动行行走李箱产品,有用户端、系统端、 服务端三部分组成。
[0078] 2.1用户端与服务端
[0079]用户端为一个无线发送模块JF24D和GPS模块定位的组合。先由无线发送模块 JF24D产生的无线通讯信号,为行李箱提供精确地行走方向。在行李箱走丢时,用户可以通 过手机查看GPS模块返回的信息查看行李箱的具体位置。由于体积小可以客服可以随身携 带。
[0080] 2.2系统端
[0081]系统端也就是整个行李箱,是一个多功能模块集成的项目,为了实现设计的基本 功能,我们需要如下硬件模块:步进电机、L298N电机驱动电路、PWM调速电路、HC-R04超声波 测距模块、无线接收模块JF24D、GPS模块BS-280-体模块、D1700芯片语音模块、存储器 AT24C02、电源电路、照明电路、USB充电电路。最主要的还有主控制器盛群HT66单片机。 [0082]控制电路就是在系统中被单片机控制的电路,主要有主控制器盛群HT66单片机、 步进电机、L298N电机驱动电路、PWM调速电路、HC-R04超声波测距模块、无线接收模块 JF24D、GPS模块BS-280-体模块、D1700芯片语音模块、电源电路、照明电路、USB充电电路 等。
[0083] 照明电路、USB充电电路两部分主要为用户提供照明和手机充电,用户可以按下照 明开关和手机接入USB就能实现功能。
[0084] 其中测距定位系统包括主测距部分和目标标识部分;主测距部分包括两个超声波 发射装置和无线接收装置;目标标识部分包括一个超声波接收和无线发射装置。单片机控 制系统主要负责超声波信号的处理、定位算法和控制算法的实现。电机驱动负责驱动控制 电机。采用HT66,P丽速度控制,电机驱动芯片L298N,HC-R04超声波测距模块,无线通讯模 块,能实现特定目标的定位,测出距离,智能判断行为方式,包括前进后退,转弯,以及对这 些信号的分析和控制,自动根据反馈信息调节速度和转弯等各种目标跟踪功能。
[0085]当行李箱被阻碍或是与用户间的距离超过限定的额值,单片机控制语音芯片进行 警报处理,通知用户并发出GPS信号。直到用户收到服务端的回信后才停止发送。
[0086]三、本实用新型功能、特色
[0087] ( -)、功能、特色
[0088] 基于无线通讯和盛群单片机开发的可以自己行走的智能行李箱,从根本上解决人 们旅行、出差时携带行李箱时遇到的种种困难。这种行李箱乘客不需要亲自操作,只要乘客 走到哪里,行李箱就会跟随乘客走到哪里!它可以自动搜寻乘客的位置所在地,时刻跟随在 主人的身后。能在平坦的路上自动行走且不会走失。对异常情况的发生发出警报提醒,并能 将GPS数据传给用户手机,最为重要的是用户在旅途时不会把精力分一半给行李箱,全身心 享受旅途的快乐。作品功能如下:
[0089] GPS定位:支持主被动定位,防丢失和安全保障。
[0090] 夜间照明:任意方向位置扭转照明。
[0091] 自动跟随
[0092] 自动避障
[0093] 语音提醒:防行李箱丢失。
[0094] P丽调速:与用户保持同速。
[0095] USB手机充电
[0096] 拉杆自动收缩,任意位置固定,无视身高差异问题。
[0097] 太阳能、市电充电:能随时充电。
[0098] 作品特色如下:
[0099]省力:方便用户出门。
[0100] 技术成熟:兼容了许多电路模块且稳定性能好。
[0101] 电子密码锁:放心携带物品,安全出行,后续发展中将进一步改进密码锁。从而实 现更智能更简单的人性化操作。
[0102] 提升空间大:在优化如今电路的同时也可以在现在的基础上加入更多的实用功能 和科学元素,如摄像、液晶屏显示、箱内温度检测、真空箱(能装入更多的衣物)、上下阶梯、 手机APP控制、轮子自锁等。
[0103]节能:利用太阳能充电,节能减排。
[0104] 新颖:将电子技术融入到了生活中,适应科技高速发展的潮流。
[0105] 安全贴心设计:在用户遇到不能出声呼救或是不能用手机呼救又或者是来不及呼 救的情况,一键呼救能快速且不易被人发现发出求救信号。
[0106] (二)、自动寻迹
[0107] 自动寻迹的设计主要包括测距定位系统、单片机控制系统、电机驱动系统三个子 系统。其中测距定位系统包括主测距部分和目标标识部分;主测距部分包括两个超声波发 射装置和无线接收装置;目标标识部分包括一个超声波接收和无线发射装置。单片机控制 系统主要负责超声波信号的处理、定位算法和控制算法的实现。电机驱动负责驱动控制电 机。采用HT66,P丽速度控制,电机驱动芯片L298N,HC-R04超声波测距模块,无线通讯模块, 能实现特定目标的定位,测出距离,智能判断行为方式,包括前进后退,转弯,以及对这些信 号的分析和控制,自动根据反馈信息调节速度和转弯等各种目标跟踪功能。
[0108] 2.1程控步进电机的转速与转向
[0109] 该步进电机为一四相步进电机,采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各 相绕组按合适的时序通电,就能使步进电机步进转动。步进电机是利用输入数字信号转成 机械能量的电机设备,在开环回路系统中使用步进电机更能达到精确位置与速度控制,而 且设计过程极为简单,因此被广泛的应用;在当今信息工业社会中所扮演的角色日趋重要, 尤以计算机外设的一些设备更是不可或缺的,如磁盘驱动器、列表机、绘图机等,又如CNC工 具机、机器人、顺序控制系统等各种信息工业产品中,无不以步进电机作为其传动的重心。 近些年发展迅速的微精密型步进电机在高科技产品中,无论是数字相机、数字摄影机、名片 式扫描机、CD-R0M、DVD_R0M等,都被视为最关键的零元件。
[0110] 2.1.1步进电机特性说明
[0111]如四相步进电机,因其定子上有四组相位线圈,分别提供90度相位差,当步进电机 为单极激磁控制时,送入一个脉冲时,转子转动一步即停住,这时转子所旋转的角度称为步 进角,其步进角的计算公式如下:
[0112]步进角=360° / (相数X转子步数)
[0113] 在此以四相5〇齿举例说明,其步进角0 = 36〇°/(4/5〇) = 1.8°;若步进电机走2〇〇 步则正好是(200XI .8° =360°)-圈。
[0114] 步进电机的设计:
[0115] 1.必须输入脉冲信号控制电机转动,若无脉冲输入时,则转子保持一定的位置,维 持静止状态;反之,若加入适当的脉冲信号时,则转子是以一定的角度(称为步进角;故若加 入连续脉冲时,则转子旋转的角度与脉冲频率成正比。
[0116] 2.步进电机的步进角通常为1.8°,故需要两百个步进数才完能达成一圈的转动。
[0117] 3.具有瞬间启动与急速停止的特性;而且只需改变线圈激磁的顺序,即能轻易的 改变电机的转动方向。
[0118] 2.1.2 pmi控制
[0119] 图2是本实用新型实施例提供的功率管TIP122驱动电路图,
[0120] 方案1:HT66F70A单片机将控制脉冲从PE口的PE1~PE2输出,经74LS14反相后进入 9014,经9014放大后控制光电开关,光电隔离后,由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电 流放大,驱动步进电机的各相绕组。使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加 速、减速和停止等动作。图中L1为步进电机的一相绕组。
[0121] 方案2:HT66F70A单片机将控制脉冲从PE 口的PE1~PE2输出,利用L298N驱动电路 使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。L298N芯片是 一种双Η桥电机驱动芯片,它是SGS公司的产品,内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相 和四相电机的专用驱动器,即内含两个Η桥的高电压大电流双全桥式驱动器,接收标准TTL 逻辑电平信号,可驱动46V、2A以下的电机。1脚和15脚可单独引出来接电流采样电阻器,从 而形成电流传感信号。L298N可以驱动两路电机,5、7、10、12脚接输入控制电平,控制电机的 正反转,ΕΝΑ与ENB为高电平时有效,这里的电平指的是TTL电平。ΕΝΑ为A1和A2的使能端,ENB 为Β1和ΙΒ2的使能端。BJ接步进电机公共端。
[0122] 图3是本实用新型实施例提供的步进电机的驱动原理图;
[0123] 步进电机控制逻辑如图3所示,其中A、B、C、D为步进电机的四个线圈,为1表示高电 平,为〇表示低电平。
[0124] 表(1 )L298N双Η桥电机驱动芯片性能参数
[0126]此次选用方案2,首先考虑到此处分离元器件组成的电路不如集成化性能高。为了 使设计简单、大众化、易维修以及成本低等几个方面考虑最终决定选择方案2来驱动步进电 机。
[0127] 注*L298N采用5V供电,也就是不和单片机的电源共用时,就必须将单片机的GND和 此电路的地连接在一起,因为只有这样做单片机上面的逻辑信号才有个参考0点。
[0128] 2.2HC-R04超声波测距模块
[0129] HC-R04超声波测距模块可提供2cm-45〇Cm的非接触式距离感测功能,测距精度可 高达3mm;模块包括超声波接收器、发射器与控制电路。
[0130] 基本工作原理:
[0131] (1)采用10 口 TRIG触发测距,给至少10us的高电平信号;
[0132] (2)模块自动发送8个40khz的方波,自动检测是否有信号返回;
[0133] (3)有信号返回,通过10口 ECHO输出一个高电平,高电平持续的时间就是超声波从 发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2.
[0134] 引脚定义:
[0135] VCC 供 5V 电源,
[0136] GND 为地线,
[0137] TRIG触发控制,信号输入,
[0138] ECHO回响信号输出,
[0139] OUT开关量输出(当报警模块使用)
[0140] 表(2)HC-R04超声波测距模块电气参数
[0142] 时序:
[0143] 一个10uS以上脉冲触发信号,该模块内部将发出8个40kHz周期电平并检测回波。 一旦检测到有回波信号则输出回响信号回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通 过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。
[0144] 公式:uS/58 =厘米或者uS/148 =英寸
[0145] 距离=高电平时间*声速(340M/S)/2
[0146] 建议测量周期为60ms以上,以防止发射信号对回响信号的影响。注*(1)模块不宜 带电连接,若要带电连接,则先让模块的GND端先连接,否则会影响模块的正常工作。(2)测 距时,被测物体的面积不少于〇. 5平方米且平面尽量要求平整,否则影响测量的结果。
[0147] 2.3无线通讯模块
[0148] 无线收发模块JF24D整合了高频键控(GFSK)收发电路的功能,以特小体积更低成 本实现高速数据传输的功能。JF24D的传输速率为1M,具有81个通道可任意设置而互不干 扰。可在拥挤的ISM频段中达到稳定可靠的短距离数据传输。数据发射模块的工作频率为 315M,采用声表谐振器SAW稳频,频率稳定度极高,当环境温度在一 25~+85度之间变化时, 频飘仅为3ppm/度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度 仅次于晶体,而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差,即使采用高品质微调电容,温差 变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。
[0149] 表(3)无线通讯模块性能参数
[0154] (三)、GPS定位自动报警
[0155] 3.1 GPS模块BS-280-体模块简介
[0156] 该BS-280-体模块,内部带FLASH,可以保存数据配置,可以更改波特率,输出频 率,输出协议,可以保存配置,断电不丢失。是一个完整的卫星定位接收器具备全方位功能, 能满足专业定位的严格要求与个人消费需求。
[0157] 表(5)GPS 模块 BS-280 参数
[0160] 模块的引脚分别是:
[0161] 1. PPS,定位后有秒脉冲输出,脉冲周期1 s,
[0162] 高电平持续100ms,用于系统同步。
[0163] 2.接地。
[0164] 3 ·ΤΧ,模块的数据输出。
[0165] 4 .RX,模块的数据输入。
[0166] 5.VCC,2.8V-6V〇
[0167] 6. BOOT,正常工作请悬空。
[0168] GPS模块只有4个端口与单片机连接,其中VCC、GND为供电部分,TXD、RXD为串行通 信部分。采用从PCB中的单片机串行口以及VCC、GND分别引出4条线,采用引线的方式与GPS 相连接。
[0169] GPS接收语句设计,GPRMC输入语句如下:
[0170] GPRMC,〈1>,〈2>,〈3>,〈4>,〈5>,〈6>,〈7>,〈8>,〈9>,〈10>,〈11>,<12>*hh〈CRXLF>,
[0171] GPRMC格式如下:$帧头标志符,
[0172] GPRMC GPS推荐的最短数据,
[0173] <〇>GPRMC,
[0174] <1>UTC24小时制标准时间,格式为.hhmmss.sss,
[0175] 〈2>信号接收状态:A为数据OK; V为警告,
[0176] 〈3> 炜度值,格式为.ddmm.mmmm,
[0177] 〈4>表明南北半球,N为北半球,S为南半球,
[0178] 〈5> 经度值,格式为.(1(Μπιπι.πιπ?ι,
[0179] 〈6>表明东西经,Ε为东经、W为西经,
[0180] 〈7>速度,此处为0,
[0181] 〈8>方位角,范围0·~359.9,
[0182] 〈9>日月年,格式为·日日/月月/年年,
[0183] 〈10>磁偏角:0.00.~180.此处不输出,
[0184] 〈11>地磁变化方向:向西偏差为E或W。此处不输出,
[0185] 〈12>模式指示(仅NMEA 01833.00版本输出):A=自主定位,D =差分,E =估算,N = 数据无效,
[0186] *校验和隔离符号
[0187] 〈13>校验和〈CRXLF〉帧尾结束符,
[0188] 3.2语音控制
[0189] D1700系列芯片是华邦公司新推出的单片优质语音录放电路,该芯片提供多项新 功能,包括内置专利的多信息管理系统,新信息提示(vAlert),双运作模式(独立&嵌入式), 以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声 器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。
[0190] 特点:
[0191]可录、放音十万次,存储内容可以断电保留一百年。
[0192] 两种控制方式,两种录音输入方式,两种放音输出方式,
[0193] 可处理多达255段以上信息,
[0194] 有丰富多样的工作状态提示,
[0195] 多种采样频率对应多种录放时间,
[0196] 电气特性:
[0197] 工作电压:2.4V-5.5V,最高不能超过6V静态电流:0.5-1μΑ工作电流:20mA,
[0198] 表(6)语音控制模块D1700引脚功能
[0199]
[0200]
[0201 ]图4是本实用新型实施例提供的语音控制原理图,
[0202]如图4所示,所选芯片为ISD1700,内存足够,所以改用找地址的电脑信号录入方式 进行录音,具体的录音地址见下文的系统调试部分;MIS0、M0SI、SS与单片机的P2~2~P2~0 连接;CLK与单片机的P2~4连接;R0SC与80K电阻连接后接地,采样频率为8KHZ; VOL与一个按 键连接后接地,可调音量;AGC端口启用,增益自动可调;SP-、SP+与喇叭直接相连,不用经过 功率放大等,经过查找资料,本课题使用的,5欧姆、0.8w的喇叭可以被带动,但是功率大一 些的喇叭必须要经过功率放大电路才可以带动;DP2为LED指示灯,在录放音的时候会闪烁。 [0203] D1700系列的SPI串行接口操作遵照以下协议:
[0204] 1. 一个SPI处理开始于/SS管脚的下降沿。
[0205] 2.在一个完整的SPI指令传输周期,/SS管脚必须保持低电平。
[0206] 3.数据在SCLK的上升沿锁存在芯片的M0SI管脚,在SCLK的下降沿从MIS0管脚输 出,并且首先移出低位。
[0207] 4. SPI指令操作码包括命令字节,数据字节和地址字节,这决定于1700的指令类 型,
[0208] 5.当命令字及地址数据输入到M0SI管脚时,同时状态寄存器和当前行地址信息从 MI S0管脚移出。
[0209] 6.-个SPI处理在/SS变高后启动。
[0210] 7.在完成一个SPI命令的操作后,会启动一个中断信息,并且持续保持为低,直到 芯片收到CLR_INT命令或者芯片复位。
[0211] SPI协议格式:
[0212] 在SPI命令输入到ISD1700前,SPI端口的状态应该保持如下状态:
[0213] 1、SS = HIGH 2、SCLK = HIGH 3、M0SI = L0W。
[0214] 3.3 存储器AT24C02
[0215] AT24C02是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM,它是内含256X8位存储空 间,具有工作电压宽(2.5~5.5V)、擦写次数多(大于10000次)、写入速度快(小于10ms)等特 点。AT24C02中带有片内寻址寄存器。每写入或读出一个数据字节后,该地址寄存器自动加 1,以实现对下一个存储单元的操作。所有字节都以单一操作方式读取。为降低总的写入时 间,一次操作可写入多达8字节的数据。通过此模块电路改进的电子密码锁,提高了行李箱 的安全性。
[0216] 3.4人体感应传感器
[0217] 人体红外感应传感器的主要器件为人体热释电红外传感器。人体都有恒定的体温 值,一般在36-37°C,所以会发出特定波长的红外线,被动式红外探头就是探测人体发射的 红外线而进行工作的。人体发射的9.5um红外线通过菲涅尔镜片增强聚集到红外感应源上, 红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失 去电荷平衡,向外释放电荷,后续电路经检测处理后就能触发开关动作。人不离开感应范 围,开关将持续接通;人离开后或在感应区域内长时间无动作,开关将自动延时关闭负载。 为此我们在拉杆把手处安装了一个红外传感器开关,在上下阶梯的时候只要人握着拉杆行 李箱就可以自动上下阶梯起到省力的作用。
[0218]四、电源电路
[0219] 本实用新型中,电源采用电瓶车中12V的蓄电池为其供电。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。
[0220] ( -)、3.3V 电源电路
[0221] 3.3V电源电路主要给单片机、无线收发模块JF24D供电。设计中首先用三端集成稳 压电源L7805将12V稳压为5V,再用三端线性稳压芯片1]_41^1117将5V稳压为3.3V给 HT66F70A单片机供电。
[0222] 其电路原理图如图5本实用新型实施例提供的电源电路图所示。
[0223] (二)、5V电源电路
[0224] 5V电源电路主要给L298N双Η桥电机驱动电路、HY-SRF05超声波测距模块、BS-280 一体模块、语音控制模块D1700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 Ι?2596Τ-Α〇Β?Μ2596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。
[0225] 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1Ν5822。
[0226] (三)、USB 电源
[0227] 图6是本实用新型实施例提供的USB输出电压可调电路设计图,
[0228] 通常LM317不需要外接电容,除非输入滤波电容到LM317输入端的连线超过6英寸 (约15厘米)。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压 器高的多的纹波抑制比。输入至少要比输出高2V,否则不能调压。输入电要最高不能超过 40V。输出电流不超过1A。输入12V的话,输出最高就是10V左右。由于它内部还是线性稳压, 因此功耗比较大。当输入输入电压差比较大且输出电流也比较大时,注意317的功耗不要过 大。一般加散热片后功耗也不超过2(^。1^317经计算可知R1的最大取值为0.83ΚΩ。又因为 1?2/1?1的最大值为28.6。所以1?2的最大取值为23.741(〇。在使用317稳压块的输出电压计算 公式计算其输出电压时,必须保证R1彡〇. 83K Ω,R2彡23.74K Ω两个不等式同时成立,才能 保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。
[0229] 稳压电源的输出电压可用下式计算,Vo = 1.25(1+R2/R1)。仅仅从公式本身看,R1、 R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式,R1和R2的阻值是不能 随意设定的。1,2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能,R1应小于240欧姆。改 变R2阻值即可调整稳压电压值。Dl,D2用于保护LM317。
[0230](四)、太阳能供电模块
[0231] 4.1太阳能供电的优点及原理
[0232] 图7是本实用新型实施例提供的太阳能模块电路图。
[0233] 本新型采用薄膜太阳能板给电池供电,通过连接太阳能电池组,进一步实现了该 检测系统的独立运行,也便于维护,节能环保。
[0234] 太阳能电池是由光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件。当太阳光照 到太阳能电池板上的光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。 太阳能电池是一种大有前途的新型电源,具有长久性、清洁性和灵活性三大优点。太阳能电 池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用,与火力发电、核能发电 相比,太阳能电池不会引起环境污染。太阳能电池可以大中小并举,大到百万千瓦的中型电 站,小到只供一户用的太阳能电池组,这是其它电源无法比拟的。
[0235] 4.2开关电源模块
[0236] 220V交流电压经整流滤波后,变成含有一定脉动成分的直流电压,该电压经过 TL494脉宽调制芯片和高频变换器转换成所需电压值方波,最后再将这个方波电压经整流 滤波变为所需要的直流电压。其中TLT494是一种固定频率脉宽调制电路,广泛应用于单端 正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。
[0237] 以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已,并非对本实用新型作任何形式上 的限制,凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改,等同变化与 修饰,均属于本实用新型技术方案的范围内。
【主权项】
1. 一种智能行李箱,其特征在于,该智能行李箱设置有箱体、伸缩式拉杆、USB接口端、 方向旋转盘、电子密码锁、万向轮、薄膜太阳能、履带、控制装置;伸缩式拉杆通过方向旋转 盘铰接在箱体前端,USB接口端设置在箱体顶部,电子密码锁位于USB接口端一侧,万向轮安 装在箱体后端,履带安装在箱体底部,薄膜太阳能安装在箱体侧部;USB接口端、电子密码 锁、薄膜太阳能、履带均与控制装置连接; 控制装置设置有用户端、服务端、系统端;用户端、服务端均与系统端连接,所述用户端 设置有无线发送器和GPS定位器,服务端设置有用户手机服务终端; 所述系统端设置有步进电机、电机驱动电路、PWM调速电路、超声波测距装置、语音芯 片、存储器、人体感应器、电源电路、照明电路、USB充电电路、单片机;人体感应器、步进电 机、电机驱动电路、PWM调速电路、超声波测距装置、语音芯片、存储器、电源电路、照明电路、 USB充电电路均与单片机连接;人体感应器安装在伸缩式拉杆上端,所述步进电机与履带连 接; 所述超声波测距装置设置有主测距部分和目标标识部分;主测距部分设置有两个超声 波发射器和无线接收器;目标标识部分设置有一个超声波接收器和无线发射器。2. 如权利要求1所述的智能行李箱,其特征在于,所述语音芯片设置有麦克风前置扩大 器、扬声器驱动线路、振荡器、LED指示灯、录音装置,所述麦克风前置扩大器、扬声器驱动线 路、振荡器、LED指示灯、录音装置均与单片机连接,电机驱动电路设置有电机驱动芯片。3. 如权利要求1所述的智能行李箱,其特征在于,所述超声波测距装置还设置有超声波 测距控制电路。4. 如权利要求1所述的智能行李箱,其特征在于,所述GPS定位器设置有4个串行通信端 口,4个串行通信端口均与单片机连接。5. 如权利要求1所述的智能行李箱,其特征在于,所述人体感应传感器设置有被动式红 外探头、热释电元件、红外传感器开关,被动式红外探头、热释电元件均与红外传感器开关 连接。6. 如权利要求1所述的智能行李箱,其特征在于,所述电源电路包括3.3V电源电路和5V 电源电路、USB电源电路、太阳能供电电路、开关电源电路,单片机、无线发送器均与3.3V电 源电路连接,电机驱动电路、pmi调速电路、超声波测距装置、语音芯片均与5V电源电路连 接,USB电源电路连接USB接口端,太阳能供电电路连接薄膜太阳能,开关电源电路与单片机 连接。
【文档编号】A45C13/24GK205696218SQ201620597425
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】胡安平, 陈卓, 毛远成, 武兆堃, 李 杰, 陈浩, 陈春茂, 刘娟
【申请人】陈春茂
 
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