基于藍(lán)牙模塊的自動(dòng)跟蹤智能行李箱系統(tǒng)

覃超妹 李潮平 岑澤銘 張建民 李輝恒

摘? 要：以STM32單片機(jī)為控制核心，采用藍(lán)牙通信、GPS高精度定位、TF Mini LiDAR精準(zhǔn)測(cè)距以及重量感應(yīng)等高新技術(shù)集于一體的基于藍(lán)牙模塊的自動(dòng)跟蹤行李箱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)跟蹤、定位追蹤、智能避障等功能。通過(guò)識(shí)別佩戴在人體身上的主藍(lán)牙與安裝在行李箱上的兩個(gè)從藍(lán)牙模塊之間連接信號(hào)的強(qiáng)弱，將采集回來(lái)的數(shù)據(jù)應(yīng)用到PID算法中，控制行李箱輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向及速度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤人體前進(jìn)的功能。這一研究實(shí)現(xiàn)了人們理想中攜帶智能行李箱便捷出行的生活方式。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙模塊;自動(dòng)跟蹤;定位追蹤;智能避障

中圖分類(lèi)號(hào)：TP271;TN925? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）06-0150-03

Abstract：The STM32 microcontroller as the control core，using Bluetooth communication，GPS high-precision positioning，TF Mini LiDAR precise ranging，weight sensing and other high-tech integration of bluetooth module based automatic tracking suitcase system，realizing automatic tracking，positioning tracking，intelligent obstacle avoidance and other functions. By identifying the strength of the connection signals between the main bluetooth that is worn on the human body and the two bluetooth modules installed on the suitcase，the collected data are applied to the PID algorithm to control the direction and speed of the suitcase wheel rotation，realizing the function of automatically tracking the progress of the human body. This research has realized peoples ideal lifestyle of carrying smart luggage for convenient travel.

Keywords：Bluetooth module;automatic tracking;location tracking;intelligent obstacle avoidance

0? 引? 言

21世紀(jì)，隨著科技的發(fā)展，便捷的交通給人們的出行帶來(lái)了極大的方便。今天，出行已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ畹囊患Ｊ?。然而無(wú)論在出差還是旅行途中，行李箱一直都是出行時(shí)的一種負(fù)擔(dān)：長(zhǎng)途奔波本就容易身體勞累，還要提著沉重的行李箱，極大地降低了旅行的質(zhì)量;單獨(dú)出行時(shí)，攜帶著沉重的行李箱不方便上廁所;人潮擁擠的地鐵站和火車(chē)站容易丟失行李箱;行李箱超重而無(wú)法過(guò)關(guān)卡等等。

面對(duì)這些出行時(shí)經(jīng)常會(huì)面臨的煩惱，本文基于校內(nèi)大創(chuàng)項(xiàng)目和五邑大學(xué)-彩立方實(shí)踐教學(xué)基地項(xiàng)目，研究了一種智能行李箱系統(tǒng)，能夠輕松地解決出行時(shí)的行李箱帶來(lái)的煩 惱。該智能行李箱系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)躲避障礙、丟失時(shí)能夠通過(guò)GPS找回，距離用戶(hù)超出一定距離時(shí)發(fā)出警報(bào)以及實(shí)時(shí)顯示物品的重量和行李箱內(nèi)部環(huán)境的溫濕度等多種功能。能夠極大地提高出行的質(zhì)量，真正做到便捷出行。此外，該系統(tǒng)僅需少量人為干預(yù)，體現(xiàn)出自動(dòng)化、高效化等特點(diǎn)，符合當(dāng)今社會(huì)產(chǎn)品向智能化發(fā)展的趨勢(shì)。

1? 總體設(shè)計(jì)

行李箱系統(tǒng)的硬件部分由藍(lán)牙模塊、電源模塊、GPS模塊、電機(jī)半橋驅(qū)動(dòng)模塊、TF Mini LiDAR模塊、聲音傳感器模塊、震動(dòng)模塊、溫濕度感應(yīng)傳感器以及重量感應(yīng)傳感器模塊等構(gòu)成。該系統(tǒng)使用LM2596穩(wěn)壓芯片構(gòu)成電源模塊、BTN7971芯片構(gòu)成電機(jī)半橋驅(qū)動(dòng)電路部分。行李箱硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2? 實(shí)現(xiàn)內(nèi)容

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分的內(nèi)容主要有以下四個(gè)方面：藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤、GPS定位跟蹤、TOF躲避障礙物、LCD顯示測(cè)量的重量及溫濕度。

2.1? 藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤

該系統(tǒng)采用三個(gè)具有主從一體功能的藍(lán)牙模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤功能，在靠近行李箱兩個(gè)輪子的兩側(cè)分別放置一個(gè)藍(lán)牙模塊，在用戶(hù)佩戴的手環(huán)上放置一個(gè)藍(lán)牙模塊。通過(guò)藍(lán)牙測(cè)試軟件輸入藍(lán)牙模塊的指令，將用戶(hù)佩戴的手環(huán)上的藍(lán)牙設(shè)定為主藍(lán)牙，將行李箱上的兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)定為從藍(lán)牙。確保從藍(lán)牙只能夠和用戶(hù)佩戴的主藍(lán)牙相連接。從藍(lán)牙通過(guò)識(shí)別和主藍(lán)牙連接之間的信號(hào)強(qiáng)弱，將連接的RSSI值通過(guò)串口傳輸?shù)姆绞綄⒃摂?shù)據(jù)值傳輸?shù)絊TM32單片機(jī)，由于信號(hào)強(qiáng)度RSSI值和實(shí)際兩個(gè)藍(lán)牙的距離有一定的關(guān)系，可以將該值轉(zhuǎn)化為距離。單片機(jī)將獲取回來(lái)的這兩個(gè)數(shù)據(jù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行濾波并將該值轉(zhuǎn)化為距離值。單片機(jī)將這兩個(gè)值進(jìn)行比較。根據(jù)兩個(gè)值的大小，如果左邊的藍(lán)牙的距離值大，則驅(qū)動(dòng)行李箱右轉(zhuǎn)，如果右邊的藍(lán)牙的距離值大，則驅(qū)動(dòng)行李箱左轉(zhuǎn)。設(shè)定距離閾值，如果兩個(gè)距離值超出閾值，則行李箱加速。以此保證用戶(hù)與行李箱之間的實(shí)際距離能夠保持在一定范圍內(nèi)。當(dāng)用戶(hù)和行李箱的距離大于一定值后，通過(guò)聲音傳感器發(fā)出報(bào)警聲。

2.2? GPS定位追蹤

該系統(tǒng)通過(guò)GPS模塊實(shí)現(xiàn)定位追蹤功能，將GPS模塊安裝在行李箱上，在行李箱丟失時(shí)能夠通過(guò)手機(jī)顯示的位置信息將行李箱找回。GPS模塊中含有SIM卡，它能夠通過(guò)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線(xiàn)電通訊網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取模塊的位置信息。將GPS模塊通過(guò)TTL連接到電腦上，利用模塊串口調(diào)試助手向模塊發(fā)送指令，對(duì)模塊進(jìn)行調(diào)試，設(shè)定模塊的基本性能。在硬件設(shè)計(jì)中，為GPS模塊配置一個(gè)備用電源，如果行李箱斷電，GPS模塊可以使用備用電源運(yùn)行。

2.3? TOF躲避障礙物

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)避障的方式是采用TF Mini LiDAR單向激光測(cè)距儀測(cè)量行李箱與障礙物的距離，并進(jìn)行躲避。TF Mini模塊持續(xù)探測(cè)與障礙物之間的距離，每10 ms微控制器獲取一次TF Mini返回的數(shù)據(jù)，并將獲取回來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為距離。當(dāng)距離小于額定閾值，微控制器會(huì)計(jì)算出適合行李箱的最佳路線(xiàn)，控制電機(jī)沿著此路線(xiàn)行進(jìn)，達(dá)到避開(kāi)人群和周?chē)系K物的作用，保護(hù)行李箱不受碰撞和實(shí)現(xiàn)行李箱行駛過(guò)程的流暢。

2.4? LCD顯示測(cè)量的重量及溫濕度

該設(shè)計(jì)中需要對(duì)行李箱內(nèi)部的溫濕度、行李箱的重量及行李箱電池的電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，顯示數(shù)據(jù)少，可以分為兩排顯示。LCD1602液晶顯示屏顯示兩行，每行16個(gè)字符。容易觀(guān)察和操作，可以滿(mǎn)足該系統(tǒng)中功能設(shè)計(jì)的絕大多數(shù)要求。為了節(jié)約成本，便于控制，因而采用LCD1602型號(hào)的液晶顯示屏。溫濕度及重量的測(cè)量，采用溫濕度模塊及重量模塊進(jìn)行采集，將采集信號(hào)的引腳連接到主控器件帶有AD轉(zhuǎn)換功能的引腳，這樣，采集信號(hào)的時(shí)候就能夠?qū)⑿盘?hào)的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，才能被單片機(jī)所采集。行李箱電池電壓的測(cè)量采用的是電阻分壓的原理，將電池的電壓縮小到單片機(jī)所能夠承受的最大電壓，然后再進(jìn)行采集。

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

3? 數(shù)據(jù)分析

為了驗(yàn)證藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤的準(zhǔn)確性，通過(guò)多次測(cè)量，得出了的數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可知，藍(lán)牙的RSSI值隨著距離的增大而減小，且變化的范圍大。此外，在距離信號(hào)源至少2 m后才會(huì)出現(xiàn)有信號(hào)丟失的情況。因此，根據(jù)所獲得的RSSI值，是能夠用藍(lán)牙來(lái)保障跟蹤的準(zhǔn)確性的。

4? 結(jié)? 論

該系統(tǒng)是以STM32單片機(jī)為控制核心，通過(guò)識(shí)別佩戴在人體身上的主藍(lán)牙和安裝在行李箱上的兩個(gè)從藍(lán)牙模塊之間的連接信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)控制行李箱輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向及速度，繼而實(shí)現(xiàn)行李箱的自動(dòng)跟蹤的功能，當(dāng)信號(hào)弱于一定強(qiáng)度時(shí)，發(fā)出警報(bào)，以防行李箱丟失。通過(guò)GPS模塊實(shí)現(xiàn)精確定位，在用戶(hù)意外丟失行李箱時(shí)能夠輕松找到行李箱的所在之處。通過(guò)TOF測(cè)距模塊檢測(cè)障礙物的距離繼而實(shí)現(xiàn)避障功能，通過(guò)重量感應(yīng)傳感器以及溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)出行李箱內(nèi)部物品的重量及內(nèi)部的環(huán)境的溫濕度，并用LCD顯示屏顯示出來(lái)。該系統(tǒng)具有低成本、功能多、便捷性、安全性等特點(diǎn)，是一個(gè)實(shí)用型的作品。

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作者簡(jiǎn)介：覃超妹（1999-），女，漢族，廣東高州人，本科在讀，研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制;李潮平（1999-），男，漢族，廣東汕頭人，本科在讀，研究方向：嵌入式開(kāi)發(fā);岑澤銘（1998-），男，漢族，廣東恩平人，本科在讀，研究方向：硬件設(shè)計(jì);通訊作者：張建民（1981-），男，回族，河北滄州人，講師，碩士，研究方向：電力電子故障診斷、信號(hào)處理;李輝恒（1968-），男，漢族，廣東恩平人，工程師，研究方向：麥克風(fēng)硬件電路設(shè)計(jì)。