摘 要

本文设计了一款自动跟随行李箱，通过使用蓝牙4.0使用户能通过手机APP对行李箱进行遥控等功能控制，通过使用UWB模块实现自动跟随，使用超声波测距传感器进行避障。同时该行李箱通过检测蓝牙信号的异常丢失，实现蓝牙断开连接报警功能；通过使用GPS及SIM模块，能够实现行李箱远距离短信GPS定位。

本文对自动跟随行李箱的设计可大致分为四部分，包括外形部分、电路部分、辩位部分和控制部分。其中，外形部分对传感器及模块的安装位置进行了设计，并使用SolidWorks设计了行李箱的总体外形；电路部分对主控芯片与各模块之间的连接进行了设计，使用Altium Designer绘制了详细的电路原理图；辩位部分对UWB模块如何利用2基站1标签实现简易辩位的程序进行了设计；控制部分对自动跟随行李箱主控芯片如何协调各传感器之间的工作，以及对手机APP的界面及遥控功能的实现进行了设计。

通过实际测试，本文设计的自动跟随行李箱能成功实现遥控、报警及远程定位功能，基本能实现跟随及避障功能。

关键词： 行李箱；遥控；跟随；定位

ABSTARACT

In this paper, an automatic follow luggage is designed. By using Bluetooth 4.0, users can control the luggage remotely through the mobile app. By using the UWB module, the automatic follow is realized, and the ultrasonic distance sensor is used to avoid obstacles. At the same time, by detecting the abnormal loss of Bluetooth signal, the luggage can realize the Bluetooth disconnection alarm function; by using GPS and SIM module, the luggage can realize the long-distance GPS positioning.

In this paper, the design of the automatic follow luggage can be roughly divided into four parts, including the shape part, the circuit part, the orientation distinguish part and the control part. In the shape part, the installation position of the sensor and module is designed, and the overall appearance of the luggage is designed with SolidWorks; in the circuit part, the connection between the main control chip and each module is designed, using Altium Designer for drawing the detailed circuit schematic diagram; the orientation distinguish part has designed the program of how to use the 2 base station 1 tag to realize the simple orientation distinguish by the UWB module; the control part has designed how to coordinate the work of each sensor with the main control chip automatically, and how to realize the interface and remote control function of the mobile app.

Through the actual test, the automatic follow luggage designed in this paper can successfully achieve the remote control, alarm and remote positioning functions, and basically achieve the follow and obstacle avoidance functions.

Key Words：luggage; remote control; follow; positioning

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3设计目标 1

第2章 总体方案设计 3

2.1 方案对比及选择 3

2.1.1 自动跟随方案 3

2.1.2 自动避障方案 3

2.1.3 自动报警与定位方案 4

2.1.4 遥控方案 4

2.1.5 驱动方案 4

2.1.6 主控芯片选型 5

2.2 总体设计 5

第3章 硬件电路设计 7

3.1 主控芯片最小系统 7

3.2 遥控及报警 9

3.2.1 遥控电路 9

3.2.2 报警电路 9

3.3 电机驱动 10

3.4 定位 12

3.5 超声波避障 13

3.5.1 STC89C52RC最小系统 13

3.5.2 超声波测距模块 15

3.6 跟随部分 15

3.7 存储模块 16

第4章 外形设计 18

4.1 模块安装位置 18

4.2 箱体外形设计 21

第5章 软件设计 23

5.1 SIM通讯部分 23

5.2 GPS定位部分 25

5.3 蓝牙控制部分 27

5.3.1 手机APP设计 27

5.3.2 STM32单片机软件设计 29

5.3.3 电机调速程序设计 31

5.4 跟随部分 31

5.5 主函数部分 32

第6章 实物展示及系统测试 34

6.1 超声测距 34

6.2 UWB定位 35

6.3 定位信息发送 37

6.4 蓝牙控制 37

第7章 总结与展望 39

参考文献 40

附录A 41

致谢 43

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着科技的发展，智能产品已经进入了人们的生活，为人们提供了极大的便利。行李箱作为人们远距离出行的必备品，自然也受到了智能化潮流的冲击。以往人们的行李箱笨重不易携带，在出行时是一个不小的负担。又由于对功能性的追求是现代箱包设计得以构建和发展的基础核心^[1]，智能行李箱的概念被提出并在近几年内被不断完善，功能越来越多。本次毕设所设计的“自动跟随行李箱”作为智能行李箱的一种，主要目的是减轻用户的身体负担，通过使行李箱能自行跟随主人移动解放用户的双手，可以让用户使用行李箱时更加轻松，另外定位及报警模块的设置可以增强行李箱的安全性。

1.2 国内外研究现状

从各学术平台上搜集的资料来看，自动跟随行李箱跟随功能的实现可以使用三种方法：一、使用机器视觉对用户特征进行记录，从而实现跟随^[2]；二、通过扫描蓝牙信号强度（RSSI）值，通过计算定位实现跟随^[3]；三、通过超宽带技术（UWB）高精度定位实时获取距离信息实现跟随^[4]。机器视觉在暗光或者强光条件下容易失灵，而且跟随距离较短；而蓝牙信号强度值受外界影响误差较大^[5]，综合来看只有超宽带定位技术性能最好，但超宽带定位技术的成本一直居高不下。关于跟随过程中的障碍物避让，统一采用了超声波避障方法，部分相关设计采用了红外传感器对超声传感器的近距离探测盲区进行障碍物检测^[6]。对于行李的防丢失，可以使用GPS定位装置结合GSM通讯模块进行直接定位^[7]，以及结合蓝牙或超宽带定位技术的信号强度检测实时报警。GPS定位信息可直接在高德地图上进行显示，对行李箱进行追踪；监听蓝牙或者超宽带信号的丢失可以及时给用户提供报警。同时，在行李箱上装蜂鸣器，在检测到信号丢失的短时间内可以方便主人寻找。对于遥控模块，可以使用PS2无线手柄^[8]，或者利用蓝牙模块与手机应用程序通过蓝牙通讯实现^[9]。使用PS2无线手柄的好处是可以直接购买，使用手机蓝牙却需要单独开发应用程序，但使用手机蓝牙可以使行李箱更方便使用。总体来说，国内外各自动跟随行李箱的设计各有所长，但几乎没有将上述所有功能结合为一体的智能行李箱设计存在。

1.3设计目标

设计自动跟随人的行李箱，根据人、箱关系，确定合适的行李箱跟随方案，且最大跟随距离为1米；设计自动避障模块使行李箱在自动跟随过程中能自主避开障碍物；设计自动报警及定位模块防止行李箱丢失；确认遥控行李箱方案，设计遥控模块；设计行李箱电机驱动模块及供电模块。

第2章 总体方案设计

2.1 方案对比及选择

2.1.1 自动跟随方案

对于自动跟随方案，不可避免地就涉及到了室内定位技术。根据现有发展状况，主流的室内定位技术有：利用声波的超声波定位技术，利用信号强度值的蓝牙定位技术、ZigBee定位技术、WiFi定位技术、射频识别定位技术，利用信号传输时间的UWB定位技术，利用机器视觉的视觉定位技术，以及利用红外线的红外定位技术。