一種智能行李箱的製作方法

2023-06-18 06:56:11

一種智能行李箱的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種智能行李箱，設置有箱體、伸縮式拉杆、人體感應器、USB接口端、方向旋轉盤、電子密碼鎖、萬向輪、薄膜太陽能、履帶；還設置有控制裝置；人體感應器、USB接口端、電子密碼鎖、薄膜太陽能、履帶均與控制裝置連接。本實用新型通過HT66F70A單片機對外部各個子系統的控制、加上超聲波與無線收發裝置的綜合利用；實現GPS定位自動報警、自動尋跡、手機充電以及太陽能充放電等多功能的智能行李箱；打破傳統的純物理性設計，結合智能信息技術對行李箱進行了全面升級，從根本上解決了人們旅行、出差攜帶行李箱在搬運時的拖、拉、背、扛等問題。
【專利說明】
一種智能行李箱
技術領域
[0001] 本實用新型屬於，尤其涉及一種智能行李箱。
【背景技術】
[0002] 目前，進入21世紀以來，各種各樣的新技術不斷的湧現出來，隨之帶來的就是給人 們生活的一些方便。現在人們更注重生活水平，對生活水平的要求也越來越高，人們的活動 範圍也隨之增寬，探親、出差、旅遊等活動也越來越頻繁。而人們的這些活動也必然伴隨著 大量的物品需要帶在身邊，如衣物、工具、文件等其他生活用品。東西繁雜不好帶，然後搬運 極不方便、費力，那麼就得藉助於行李箱。傳統的行李箱在搬運時無非用拖、拉、背、扛等，借 助行李箱的輪子，在平坦的路上需要用手拉著才能前進。
[0003] 當人們不經意周圍環境時箱子也許就不翼而飛了；漆黑的夜裡在無任何光照情況 下常會因看不清路或者找不出箱內的東西而發難;在途中手機時常沒電，時而會想要是行 李箱能為手機充電那該有多好啊!乘客經常會因為行李箱的繁重而把自己弄得疲憊不堪， 冬天出門攜帶行李也時常為手被凍僵而頭疼不已。

【發明內容】

[0004] 本實用新型為解決在人們旅行、出差攜帶行李箱在搬運時的拖、拉、背、扛等種種 不便，和解決【背景技術】提及的技術問題而提供一種智能行李箱。
[0005] 本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是:一種智能行 李箱，設置有箱體、伸縮式拉杆、USB接口端、方向旋轉盤、電子密碼鎖、萬向輪、薄膜太陽能、 履帶、控制裝置;伸縮式拉杆通過方向旋轉盤鉸接在箱體前端，人體感應器安裝在伸縮式拉 杆上端，USB接口端設置在箱體頂部，電子密碼鎖位於USB接口端一側，萬向輪安裝在箱體後 端，履帶安裝在箱體底部，薄膜太陽能安裝在箱體側部;USB接口端、電子密碼鎖、薄膜太陽 能、履帶均與控制裝置連接；
[0006] 控制裝置設置有用戶端、服務端、系統端;用戶端、服務端均與系統端連接，所述用 戶端設置有無線發送器和GPS定位器，服務端設置有用戶手機服務終端;所述系統端設置有 人體感應器、步進電機、電機驅動電路、PWM調速電路、超聲波測距裝置、語音晶片、存儲器、 電源電路、照明電路、USB充電電路、單片機;人體感應器、步進電機、電機驅動電路、PWM調速 電路、超聲波測距裝置、語音晶片、存儲器、電源電路、照明電路、USB充電電路均與單片機連 接;人體感應器安裝在伸縮式拉杆上端，所述超聲波測距裝置設置有主測距部分和目標標 識部分;主測距部分設置有兩個超聲波發射器和無線接收器；目標標識部分設置有一個超 聲波接收器和無線發射器。
[0007] 進一步，所述語音晶片設置有麥克風前置擴大器、揚聲器驅動線路、振蕩器、LED指 示燈、錄音裝置，所述麥克風前置擴大器、揚聲器驅動線路、振蕩器、LED指示燈、錄音裝置均 與單片機連接，電機驅動電路設置有電機驅動晶片。
[0008] 進一步，所述超聲波測距裝置還設置有超聲波測距控制電路。
[0009] 進一步，所述GPS定位器設置有4個串行通信埠，4個串行通信埠均與單片機連 接。
[0010] 進一步，所述人體感應傳感器設置有被動式紅外探頭、熱釋電元件、紅外傳感器開 關，被動式紅外探頭、熱釋電元件均與紅外傳感器開關連接。
[0011] 進一步，所述電源電路包括3.3V電源電路和5V電源電路、USB電源電路、太陽能供 電電路、開關電源電路，單片機、無線發送器均與3.3V電源電路連接，電機驅動電路、PWM調 速電路、超聲波測距裝置、語音晶片均與5 V電源電路連接，USB電源電路連接USB接口端，太 陽能供電電路連接薄膜太陽能，開關電源電路與單片機連接。
[0012] 本實用新型將針對傳統拉杆式託運行李箱對人們造成身心疲憊這一嚴重的現象。 通過HT66F70A單片機對外部各個子系統的控制、加上超聲波與無線收發裝置的綜合利用； 設計了一款能實現GPS定位自動報警、自動尋跡、手機充電以及太陽能充放電等多功能的智 能行李箱;打破傳統的純物理性設計，結合智能信息技術對行李箱進行了全面升級，從根本 上解決了人們旅行、出差攜帶行李箱在搬運時的拖、拉、背、扛等種種問題。
[0013] 基於目前行李箱存在的問題，本實用新型設計了一款可以自己行走的智能行李 箱，從根本上解決人們旅行、出差時攜帶行李箱時遇到的種種困難，這種行李箱乘客不需要 親自操作，只要乘客走到哪裡，行李箱就會跟隨乘客走到哪裡!它可以自動搜尋乘客的位置 所在地，時刻跟隨在主人的身後，本實用新型擁有自動化的輪子和拉杆，輪子可以自動的轉 動，底部通過兩條履帶帶動行李箱前行，通過控制內部步進電機的運轉可以自動的變換行 駛方向，以至於實現自動跟隨，能在遇到較陡的坡度甚至是〈45°角度的階梯上照樣可以在 人們握住人體感應式拉杆繼續行駛，這就是履帶的優勢;拉杆可以自動的伸縮，以滿足不同 身高的需求，不需要人們使勁拉著行李箱走，這樣就非常的方便人們的行走，從而不會承受 巨大重力的痛苦，在平坦的路上，人們就可以完全放開手了，行李箱會自動鎖定主人，並尾 隨主人行駛，行駛的速度也是根據主人走的快慢來決定的，主人走得快，行李箱就會行駛的 很快，相反就會行駛的比較慢，在這個過程中，行李箱會自動的繞開所有的障礙物，計算用 最短的時間到達主人的身邊。萬一行李箱被人有意的擋住了去路，不讓行李箱行駛，若是行 李箱被人拖離主人的距離超過1M它便會發出警報，同時會調動主人手機上的震動和鈴聲功 能來提醒主人。
【附圖說明】

[0014] 圖1是本實用新型實施例提供的智能行李箱結構示意圖；
[0015] 圖中：1、箱體;2、伸縮式拉杆;3、人體感應器;4、USB接口端;5、方向旋轉盤;6、電子 密碼鎖;7、萬向輪;8、薄膜太陽能;9、履帶。
[0016] 圖2是本實用新型實施例提供的功率管TIP122驅動電路圖。
[0017] 圖3是本實用新型實施例提供的步進電機的驅動原理圖。
[0018]圖4是本實用新型實施例提供的語音控制原理圖。
[0019] 圖5是本實用新型實施例提供的電源電路圖。
[0020] 圖6是本實用新型實施例提供的USB輸出電壓可調電路設計圖。
[0021 ]圖7是本實用新型實施例提供的太陽能模塊電路圖。
【具體實施方式】
[0022] 為能進一步了解本實用新型的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合 附圖詳細說明如下。
[0023] 請參閱圖1:
[0024] 一種智能行李箱，設置有箱體1、伸縮式拉杆2、USB接口端4、方向旋轉盤5、電子密 碼鎖6、萬向輪7、薄膜太陽能8、履帶9,該智能行李箱還設置有控制裝置;伸縮式拉杆通過方 向旋轉盤鉸接在箱體前端，人體感應器安裝在伸縮式拉杆上端，USB接口端4設置在箱體頂 部，電子密碼鎖位於USB接口端一側，萬向輪7安裝在箱體後端，履帶9安裝在箱體底部，薄膜 太陽能安裝在箱體側部;USB接口端、電子密碼鎖、薄膜太陽能、履帶均與控制裝置連接；
[0025]控制裝置設置有用戶端、服務端、系統端;用戶端、服務端均與系統端連接，所述用 戶端設置有無線發送器和GPS定位器，服務端設置有用戶手機服務終端;所述系統端設置有 人體感應器3、步進電機、電機驅動電路、PWM調速電路、超聲波測距裝置、語音晶片、存儲器、 電源電路、照明電路、USB充電電路、單片機;人體感應器3、步進電機、電機驅動電路、PWM調 速電路、超聲波測距裝置、語音晶片、存儲器、電源電路、照明電路、USB充電電路均與單片機 連接;人體感應器3安裝在伸縮式拉杆上端，所述超聲波測距裝置設置有主測距部分和目標 標識部分;主測距部分設置有兩個超聲波發射器和無線接收器；目標標識部分設置有一個 超聲波接收器和無線發射器。
[0026]進一步，所述語音晶片設置有麥克風前置擴大器、揚聲器驅動線路、振蕩器、LED指 示燈、錄音裝置，所述麥克風前置擴大器、揚聲器驅動線路、振蕩器、LED指示燈、錄音裝置均 與單片機連接，電機驅動電路設置有電機驅動晶片。
[0027]進一步，所述超聲波測距裝置還設置有超聲波測距控制電路。
[0028]進一步，所述GPS定位器設置有4個串行通信埠，4個串行通信埠均與單片機連 接。
[0029] 進一步，所述人體感應傳感器設置有被動式紅外探頭、熱釋電元件、紅外傳感器開 關，被動式紅外探頭、熱釋電元件均與紅外傳感器開關連接。
[0030] 進一步，所述電源電路包括3.3 V電源電路和5 V電源電路、USB電源電路、太陽能供 電電路、開關電源電路，單片機、無線發送器均與3.3V電源電路連接，電機驅動電路、PWM調 速電路、超聲波測距裝置、語音晶片均與5 V電源電路連接，USB電源電路連接USB接口端，太 陽能供電電路連接薄膜太陽能，開關電源電路與單片機連接。
[0031] 工作原理：
[0032] 本實用新型將針對傳統拉杆式託運行李箱對人們造成身心疲憊這一嚴重的現象。 通過HT66F70A單片機對外部各個子系統的控制、加上超聲波與無線收發裝置的綜合利用； 設計了一款能實現GPS定位自動報警、自動尋跡、手機充電以及太陽能充放電等多功能的智 能行李箱;打破傳統的純物理性設計，結合智能信息技術對行李箱進行了全面升級，從根本 上解決了人們旅行、出差攜帶行李箱在搬運時的拖、拉、背、扛等種種問題。
[0033] 基於目前行李箱存在的問題，本實用新型設計了一款可以自己行走的智能行李 箱，從根本上解決人們旅行、出差時攜帶行李箱時遇到的種種困難。這種行李箱乘客不需要 親自操作，只要乘客走到哪裡，行李箱就會跟隨乘客走到哪裡!它可以自動搜尋乘客的位置 所在地，時刻跟隨在主人的身後。
[0034] 本實用新型擁有自動化的輪子和拉杆，輪子可以自動的轉動，底部通過兩條履帶 帶動行李箱前行，通過控制內部步進電機的運轉可以自動的變換行駛方向，以至於實現自 動跟隨。能在遇到較陡的坡度甚至是〈45°角度的階梯上照樣可以在人們握住人體感應式拉 杆繼續行駛，這就是履帶的優勢;拉杆可以自動的伸縮，以滿足不同身高的需求。不需要人 們使勁拉著行李箱走，這樣就非常的方便人們的行走，從而不會承受巨大重力的痛苦。
[0035] 自動跟隨上，通過超聲波測距裝置與單片機的配合，行李箱內部裝有無線信號接 收器，當物主身上攜帶的無線模塊通過用戶手機服務終端發出信號時，行李箱在待機的情 況下自動接收信號並驅動電機進行跟隨。
[0036] 自動調速上，行李箱在自動行走時，根據接收信號的強弱由單片機控制PWM電路來 控制電機的速度，與主人保持同速，避免行李箱過快或過慢帶來的不便。
[0037]自動避障上，運用超聲波測距裝置實時檢測道路狀況並將數據傳送給單片機，若 行走方向前方有不能通過的障礙物，單片機控制行李箱轉向並自動尋找最佳行走通道。 [0038]在平坦的路上，人們就可以完全放開手了，行李箱會自動鎖定主人，並尾隨主人行 駛，行駛的速度也是根據主人走的快慢來決定的，主人走得快，行李箱就會行駛的很快，相 反就會行駛的比較慢。在這個過程中，行李箱會自動的繞開所有的障礙物，計算用最短的時 間到達主人的身邊。萬一行李箱被人有意的擋住了去路，不讓行李箱行駛，若是行李箱被人 拖離主人的距離超過1M它便會發出警報，同時會調動主人手機上的震動和鈴聲功能來提醒 主人。
[0039] 安全功能上：
[0040] a.定位，當行李箱丟失後，主人可以通過行李箱的GPS信號搜尋並找回行李箱，主 人也可通過行李箱的GPS信號查看自己的旅行動態信息。
[0041 ] b.語音提示，當行李箱超過與主人的有效距離後，自動語音提示主人行李箱的狀 態，加強主人與行李箱的聯繫性。
[0042] c.電子密碼鎖，對於傳統行李箱所採用的拉鏈與撥動密碼設計過於簡單且存在很 大的安全隱患。為此本實用新型通過串行存儲器AT24C02來實現密碼的修改和存儲提高了 行李箱的安全性。
[0043]使用功能上：
[0044] a.拉杆可以自動收縮，按下伸杆鍵拉杆自動伸出，再按一次自動收回，拉杆固定位 置可以在伸出量最短與最長之間隨意調節，適合不同身高大小的人拉動。主要是在上下坡 的時候為了安全考慮為行李箱提供最精確的方向，客戶只需要握著拉杆手柄，行李箱便可 以自動根據主人的步伐自動前進，從而達到省力或者無需用力的最佳效果。對於傾斜度為 45°以下的階梯人只需要握著帶有人體感應的拉杆行李箱完全能自由上下，無需人執行任 何操作。這就是採用履帶的原因之一。
[0045] b.USB充電功能，當主人手機沒電時，可以用數據線插入行李箱的USB接口進行充 電。埠電壓可在3-18V範圍自由調節。
[0046] c.照明，夜晚降臨時，主人可以打開任意角度、任意位置調節的電燈，方便尋找箱 內物品和看清前路。
[0047]電源節能上：
[0048] a.採用12V10AH的蓄電池供電，薄膜太陽板能為其充電。只要在光照足夠的情況 下，隨時為行李箱提供動能。（考慮到乘坐航班，14年8月7日民航總局下文，每人每次最多可 攜帶兩個lOOWh以下的充電寶。為此本實用新型設有多種款式充電方式以滿足大眾顧客。） [0049] b.220V市電為其充電。主要考慮，沒有太陽或陽光不充足的情況下，保證行李箱的 運轉。（充滿一次電大約能行走6公裡）。
[0050] 下面結合附圖和原理分析對本實用新型進行詳細描述。
[0051] (二）、兩種不同型號單片機可供選擇
[0052] 2.1使用合泰晶片的型號、使用位置
[0053] HT66F70A系列單片機是一款A/D型具有8位高性能精簡指令集的Flash單片機。該 系列單片機具有一系列功能和特性，其Flash存儲器可多次編程的特性給用戶提供了極大 的方便。存儲器方面，還包含了一個RAM數據存儲器和一個可用於存儲序號、校準數據等非 易失性數據的EEPR0M存儲器。
[0054]在模擬特性方面，這款單片機包含一個多通道12位A/D轉換器和雙比較器功能。還 帶有多個使用靈活的定時器模塊，可提供定時功能、脈衝產生功能及PWM產生功能。內建完 整的SPI和I2C功能，為設計者提供了一個易與外部硬體通信的接口。內部看門狗定時器、低 電壓復位和低電壓檢測等內部保護特性，外加優秀的抗幹擾和ESD保護性能，確保單片機在 惡劣的電磁幹擾環境下可靠地運行。這款單片機提供了豐富的HXT、LXT、ERC、HIR(^PLIR(^| 蕩器功能選項，且內建完整的系統振蕩器，無需外圍元器件。其在不同工作模式之間動態切 換的能力，為用戶提供了一個優化單片機操作和減少功耗的手段。外加時基功能、I/O使用 靈活等其它特性，使這款單片機可以廣泛應用於各種產品中，例如電子測量儀器、環境監 控、手持式測量工具、家庭應用、電子控制工具、馬達控制等方面。
[0055] 本新型所選用的單片機型號為HT66F70A單片機;用到了 1/0(步進電機控制、I/O口 擴展）、Compare Match(蜂鳴器控制）、ADC轉換接口、外部中斷、省電模式和WDT控制等。 [0056] 2.2採用宏晶科技STC12C5A60S2單片機
[0057] STC12C5A系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期（1T)的單片機，是高速/ 低功耗/超強抗幹擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍。 內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換(250K/S)，針對電機控制，強 幹擾場合。
[0058] STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V-3.3V(5V單片機）；工作頻率範圍：0-35MHZ，相 當於普通8051的0~420MHz ;用戶應用程式空間8K/6K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字 節;通用I/O口（36/40/44個），復位後為:準雙向口/弱上拉(普通8051傳統I/O口），可設置成 四種模式:準雙向口 /弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個I/O 口驅動能力均可 達到20mA，但整個晶片最大不要超過55Ma;為此可以通過以上兩種晶片從而實現多款行李 箱以致提供給不同客戶一貴賓款式、旅遊款式、學生款等多種款式。
[0059]二、本實用新型功能與發明原理
[0060]( -）、功能
[0061] 1.1自動行走功能
[0062] a.自動跟隨，行李箱內部裝有無線信號接收模塊，當物主身上攜帶的無線模塊發 出信號時，行李箱在待機的情況下自動接收信號並驅動電機進行跟隨。
[0063] b.自動調速，行李箱在自動行走時，根據接收信號的強弱由單片機控制PWM電路來 控制電機的速度，與主人保持同速，避免行李箱過快或過慢帶來的不便。
[0064] c .自動避障，運用超聲波測距模塊實時檢測道路狀況並將數據傳送給單片機，若 行走方向前方有不能通過的障礙物，單片機控制行李箱轉向並自動尋找最佳行走通道。 [0065] 1.2安全功能
[0066] a.定位，當行李箱丟失後，主人可以通過行李箱的GPS信號搜尋並找回行李箱，家 人也可通過行李箱的GPS信號查看自己的旅行動態信息。
[0067] b.語音提示，當行李箱超過與主人的有效距離後，自動語音提示主人行李箱的狀 態，加強主人與行李箱的聯繫性。
[0068] c.電子密碼鎖，對於傳統行李箱所採用的拉鏈與撥動密碼設計過於簡單且存在很 大的安全隱患。為此我們通過串行存儲器AT24C02來實現密碼的修改和存儲提高了行李箱 的安全性。
[0069] 1.3使用功能
[0070] a.拉杆可以自動收縮，按下伸杆鍵拉杆自動伸出，再按一次自動收回，拉杆固定位 置可以在伸出量最短與最長之間隨意調節，適合不同身高大小的人拉動。主要是在上下坡 的時候為了安全考慮為行李箱提供最精確的方向，客服只需要握著拉杆手柄，行李箱便可 以自動根據主人的步伐自動前進，從而達到省力或者無需用力的最佳效果。對於傾斜度為 45°以下的階梯人只需要握著帶有人體感應的拉杆行李箱完全能自由上下，無需人執行任 何操作。這就是採用履帶的原因之一。
[0071] b.USB充電功能，當主人手機沒電時，可以用數據線插入行李箱的USB接口進行充 電。埠電壓可在3-18V範圍自由調節。
[0072] c.照明，夜晚降臨時，主人可以打開任意角度、任意位置調節的電燈，方便尋找箱 內物品和看清前路。
[0073] 1.4電源節能
[0074] a.採用12V10AH的蓄電池供電，薄膜太陽板能為其充電。只要在光照足夠的情況 下，隨時為行李箱提供動能。
[0075] b.220V市電為其充電。主要考慮，沒有太陽或陽光不充足的情況下，保證行李箱的 運轉。（充滿一次電大約能行走6公裡）
[0076](二)發明原理
[0077]基於盛群HT66單片機為平臺搭建的一款自動行行走李箱產品，有用戶端、系統端、 服務端三部分組成。
[0078] 2.1用戶端與服務端
[0079]用戶端為一個無線發送模塊JF24D和GPS模塊定位的組合。先由無線發送模塊 JF24D產生的無線通訊信號，為行李箱提供精確地行走方向。在行李箱走丟時，用戶可以通 過手機查看GPS模塊返回的信息查看行李箱的具體位置。由於體積小可以客服可以隨身攜 帶。
[0080] 2.2系統端
[0081]系統端也就是整個行李箱，是一個多功能模塊集成的項目，為了實現設計的基本 功能，我們需要如下硬體模塊:步進電機、L298N電機驅動電路、PWM調速電路、HC-R04超聲波 測距模塊、無線接收模塊JF24D、GPS模塊BS-280-體模塊、D1700晶片語音模塊、存儲器 AT24C02、電源電路、照明電路、USB充電電路。最主要的還有主控制器盛群HT66單片機。 [0082]控制電路就是在系統中被單片機控制的電路，主要有主控制器盛群HT66單片機、 步進電機、L298N電機驅動電路、PWM調速電路、HC-R04超聲波測距模塊、無線接收模塊 JF24D、GPS模塊BS-280-體模塊、D1700晶片語音模塊、電源電路、照明電路、USB充電電路 等。
[0083] 照明電路、USB充電電路兩部分主要為用戶提供照明和手機充電，用戶可以按下照 明開關和手機接入USB就能實現功能。
[0084] 其中測距定位系統包括主測距部分和目標標識部分;主測距部分包括兩個超聲波 發射裝置和無線接收裝置；目標標識部分包括一個超聲波接收和無線發射裝置。單片機控 制系統主要負責超聲波信號的處理、定位算法和控制算法的實現。電機驅動負責驅動控制 電機。採用HT66，P麗速度控制，電機驅動晶片L298N，HC-R04超聲波測距模塊，無線通訊模 塊，能實現特定目標的定位，測出距離，智能判斷行為方式，包括前進後退，轉彎，以及對這 些信號的分析和控制，自動根據反饋信息調節速度和轉彎等各種目標跟蹤功能。
[0085]當行李箱被阻礙或是與用戶間的距離超過限定的額值，單片機控制語音晶片進行 警報處理，通知用戶並發出GPS信號。直到用戶收到服務端的回信後才停止發送。
[0086]三、本實用新型功能、特色
[0087] ( -）、功能、特色
[0088] 基於無線通訊和盛群單片機開發的可以自己行走的智能行李箱，從根本上解決人 們旅行、出差時攜帶行李箱時遇到的種種困難。這種行李箱乘客不需要親自操作，只要乘客 走到哪裡，行李箱就會跟隨乘客走到哪裡!它可以自動搜尋乘客的位置所在地，時刻跟隨在 主人的身後。能在平坦的路上自動行走且不會走失。對異常情況的發生發出警報提醒，並能 將GPS數據傳給用戶手機，最為重要的是用戶在旅途時不會把精力分一半給行李箱，全身心 享受旅途的快樂。作品功能如下：
[0089] GPS定位:支持主被動定位，防丟失和安全保障。
[0090] 夜間照明：任意方向位置扭轉照明。
[0091] 自動跟隨
[0092] 自動避障
[0093] 語音提醒:防行李箱丟失。
[0094] P麗調速:與用戶保持同速。
[0095] USB手機充電
[0096] 拉杆自動收縮，任意位置固定，無視身高差異問題。
[0097] 太陽能、市電充電：能隨時充電。
[0098] 作品特色如下：
[0099]省力:方便用戶出門。
[0100] 技術成熟:兼容了許多電路模塊且穩定性能好。
[0101] 電子密碼鎖:放心攜帶物品，安全出行，後續發展中將進一步改進密碼鎖。從而實 現更智能更簡單的人性化操作。
[0102] 提升空間大:在優化如今電路的同時也可以在現在的基礎上加入更多的實用功能 和科學元素，如攝像、液晶屏顯示、箱內溫度檢測、真空箱(能裝入更多的衣物）、上下階梯、 手機APP控制、輪子自鎖等。
[0103]節能:利用太陽能充電，節能減排。
[0104] 新穎:將電子技術融入到了生活中，適應科技高速發展的潮流。
[0105] 安全貼心設計:在用戶遇到不能出聲呼救或是不能用手機呼救又或者是來不及呼 救的情況，一鍵呼救能快速且不易被人發現發出求救信號。
[0106] (二）、自動尋跡
[0107] 自動尋跡的設計主要包括測距定位系統、單片機控制系統、電機驅動系統三個子 系統。其中測距定位系統包括主測距部分和目標標識部分;主測距部分包括兩個超聲波發 射裝置和無線接收裝置；目標標識部分包括一個超聲波接收和無線發射裝置。單片機控制 系統主要負責超聲波信號的處理、定位算法和控制算法的實現。電機驅動負責驅動控制電 機。採用HT66，P麗速度控制，電機驅動晶片L298N，HC-R04超聲波測距模塊，無線通訊模塊， 能實現特定目標的定位，測出距離，智能判斷行為方式，包括前進後退，轉彎，以及對這些信 號的分析和控制，自動根據反饋信息調節速度和轉彎等各種目標跟蹤功能。
[0108] 2.1程控步進電機的轉速與轉向
[0109] 該步進電機為一四相步進電機，採用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各 相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉動。步進電機是利用輸入數位訊號轉成 機械能量的電機設備，在開環迴路系統中使用步進電機更能達到精確位置與速度控制，而 且設計過程極為簡單，因此被廣泛的應用;在當今信息工業社會中所扮演的角色日趨重要， 尤以計算機外設的一些設備更是不可或缺的，如磁碟驅動器、列表機、繪圖機等，又如CNC工 具機、機器人、順序控制系統等各種信息工業產品中，無不以步進電機作為其傳動的重心。 近些年發展迅速的微精密型步進電機在高科技產品中，無論是數字相機、數字攝影機、名片 式掃描機、CD-R0M、DVD_R0M等，都被視為最關鍵的零元件。
[0110] 2.1.1步進電機特性說明
[0111]如四相步進電機，因其定子上有四組相位線圈，分別提供90度相位差，當步進電機 為單極激磁控制時，送入一個脈衝時，轉子轉動一步即停住，這時轉子所旋轉的角度稱為步 進角，其步進角的計算公式如下：
[0112]步進角=360° / (相數X轉子步數）
[0113] 在此以四相5〇齒舉例說明，其步進角0 = 36〇°/(4/5〇) = 1.8°;若步進電機走2〇〇 步則正好是(200XI .8° =360°)-圈。
[0114] 步進電機的設計：
[0115] 1.必須輸入脈衝信號控制電機轉動，若無脈衝輸入時，則轉子保持一定的位置，維 持靜止狀態;反之，若加入適當的脈衝信號時，則轉子是以一定的角度(稱為步進角;故若加 入連續脈衝時，則轉子旋轉的角度與脈衝頻率成正比。
[0116] 2.步進電機的步進角通常為1.8°，故需要兩百個步進數才完能達成一圈的轉動。
[0117] 3.具有瞬間啟動與急速停止的特性;而且只需改變線圈激磁的順序，即能輕易的 改變電機的轉動方向。
[0118] 2.1.2 pmi控制
[0119] 圖2是本實用新型實施例提供的功率管TIP122驅動電路圖，
[0120] 方案1:HT66F70A單片機將控制脈衝從PE口的PE1~PE2輸出，經74LS14反相後進入 9014,經9014放大後控制光電開關，光電隔離後，由功率管TIP122將脈衝信號進行電壓和電 流放大，驅動步進電機的各相繞組。使步進電機隨著不同的脈衝信號分別作正轉、反轉、加 速、減速和停止等動作。圖中L1為步進電機的一相繞組。
[0121] 方案2:HT66F70A單片機將控制脈衝從PE 口的PE1~PE2輸出，利用L298N驅動電路 使步進電機隨著不同的脈衝信號分別作正轉、反轉、加速、減速和停止等動作。L298N晶片是 一種雙Η橋電機驅動晶片，它是SGS公司的產品，內部包含4通道邏輯驅動電路。是一種二相 和四相電機的專用驅動器，即內含兩個Η橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL 邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機。1腳和15腳可單獨引出來接電流採樣電阻器，從 而形成電流傳感信號。L298N可以驅動兩路電機，5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機的 正反轉，ΕΝΑ與ENB為高電平時有效，這裡的電平指的是TTL電平。ΕΝΑ為A1和A2的使能端，ENB 為Β1和ΙΒ2的使能端。BJ接步進電機公共端。
[0122] 圖3是本實用新型實施例提供的步進電機的驅動原理圖；
[0123] 步進電機控制邏輯如圖3所示，其中A、B、C、D為步進電機的四個線圈，為1表示高電 平，為〇表示低電平。
[0124] 表(1 )L298N雙Η橋電機驅動晶片性能參數
[0126]此次選用方案2，首先考慮到此處分離元器件組成的電路不如集成化性能高。為了 使設計簡單、大眾化、易維修以及成本低等幾個方面考慮最終決定選擇方案2來驅動步進電 機。
[0127] 注*L298N採用5V供電，也就是不和單片機的電源共用時，就必須將單片機的GND和 此電路的地連接在一起，因為只有這樣做單片機上面的邏輯信號才有個參考0點。
[0128] 2.2HC-R04超聲波測距模塊
[0129] HC-R04超聲波測距模塊可提供2cm-45〇Cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可 高達3mm;模塊包括超聲波接收器、發射器與控制電路。
[0130] 基本工作原理：
[0131] (1)採用10 口 TRIG觸發測距，給至少10us的高電平信號；
[0132] (2)模塊自動發送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；
[0133] (3)有信號返回，通過10口 ECHO輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從 發射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2.
[0134] 引腳定義：
[0135] VCC 供 5V 電源，
[0136] GND 為地線，
[0137] TRIG觸發控制，信號輸入，
[0138] ECHO迴響信號輸出，
[0139] OUT開關量輸出（當報警模塊使用）
[0140] 表(2)HC-R04超聲波測距模塊電氣參數
[0142] 時序：
[0143] 一個10uS以上脈衝觸發信號，該模塊內部將發出8個40kHz周期電平並檢測回波。 一旦檢測到有回波信號則輸出迴響信號迴響信號的脈衝寬度與所測的距離成正比。由此通 過發射信號到收到的迴響信號時間間隔可以計算得到距離。
[0144] 公式:uS/58 =釐米或者uS/148 =英寸
[0145] 距離=高電平時間*聲速(340M/S)/2
[0146] 建議測量周期為60ms以上，以防止發射信號對迴響信號的影響。注*(1)模塊不宜 帶電連接，若要帶電連接，則先讓模塊的GND端先連接，否則會影響模塊的正常工作。（2)測 距時，被測物體的面積不少於〇. 5平方米且平面儘量要求平整，否則影響測量的結果。
[0147] 2.3無線通訊模塊
[0148] 無線收發模塊JF24D整合了高頻鍵控(GFSK)收發電路的功能，以特小體積更低成 本實現高速數據傳輸的功能。JF24D的傳輸速率為1M，具有81個通道可任意設置而互不幹 擾。可在擁擠的ISM頻段中達到穩定可靠的短距離數據傳輸。數據發射模塊的工作頻率為 315M，採用聲表諧振器SAW穩頻，頻率穩定度極高，當環境溫度在一 25~+85度之間變化時， 頻飄僅為3ppm/度。特別適合多發一收無線遙控及數據傳輸系統。聲表諧振器的頻率穩定度 僅次於晶體，而一般的LC振蕩器頻率穩定度及一致性較差，即使採用高品質微調電容，溫差 變化及振動也很難保證已調好的頻點不會發生偏移。
[0149] 表(3)無線通訊模塊性能參數
[0154] (三）、GPS定位自動報警
[0155] 3.1 GPS模塊BS-280-體模塊簡介
[0156] 該BS-280-體模塊，內部帶FLASH，可以保存數據配置，可以更改波特率，輸出頻 率，輸出協議，可以保存配置，斷電不丟失。是一個完整的衛星定位接收器具備全方位功能， 能滿足專業定位的嚴格要求與個人消費需求。
[0157] 表(5)GPS 模塊 BS-280 參數
[0160] 模塊的引腳分別是：
[0161] 1. PPS，定位後有秒脈衝輸出，脈衝周期1 s，
[0162] 高電平持續100ms，用於系統同步。
[0163] 2.接地。
[0164] 3 ·ΤΧ，模塊的數據輸出。
[0165] 4 .RX，模塊的數據輸入。
[0166] 5.VCC,2.8V-6V〇
[0167] 6. BOOT，正常工作請懸空。
[0168] GPS模塊只有4個埠與單片機連接，其中VCC、GND為供電部分，TXD、RXD為串行通 信部分。採用從PCB中的單片機串行口以及VCC、GND分別引出4條線，採用引線的方式與GPS 相連接。
[0169] GPS接收語句設計，GPRMC輸入語句如下：
[0170] GPRMC，〈1>，〈2>，〈3>，〈4>，〈5>，〈6>，〈7>，〈8>，〈9>，〈10>，〈11>，*hh〈CRXLF>，
[0171] GPRMC格式如下：$幀頭標誌符，
[0172] GPRMC GPS推薦的最短數據，
[0173] GPRMC,
[0174] UTC24小時制標準時間，格式為.hhmmss.sss，
[0175] 〈2>信號接收狀態:A為數據OK; V為警告，
[0176] 〈3> 煒度值，格式為.ddmm.mmmm，
[0177] 〈4>表明南北半球，N為北半球，S為南半球，
[0178] 〈5> 經度值，格式為.(1(Μπιπι.πιπ?ι，
[0179] 〈6>表明東西經，Ε為東經、W為西經，
[0180] 〈7>速度，此處為0，
[0181] 〈8>方位角，範圍0·~359.9，
[0182] 〈9>日月年，格式為·日日/月月/年年，
[0183] 〈10>磁偏角：0.00.~180.此處不輸出，
[0184] 〈11>地磁變化方向：向西偏差為E或W。此處不輸出，
[0185] 〈12>模式指示(僅NMEA 01833.00版本輸出）:A=自主定位，D =差分，E =估算，N = 數據無效，
[0186] *校驗和隔離符號
[0187] 〈13>校驗和〈CRXLF〉幀尾結束符，
[0188] 3.2語音控制
[0189] D1700系列晶片是華邦公司新推出的單片優質語音錄放電路，該晶片提供多項新 功能，包括內置專利的多信息管理系統，新信息提示(vAlert)，雙運作模式(獨立&嵌入式）， 以及可定製的信息操作指示音效。晶片內部包含有自動增益控制、麥克風前置擴大器、揚聲 器驅動線路、振蕩器與內存等的全方位整合系統功能。
[0190] 特點：
[0191]可錄、放音十萬次，存儲內容可以斷電保留一百年。
[0192] 兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩种放音輸出方式，
[0193] 可處理多達255段以上信息，
[0194] 有豐富多樣的工作狀態提示，
[0195] 多種採樣頻率對應多種錄放時間，
[0196] 電氣特性：
[0197] 工作電壓:2.4V-5.5V，最高不能超過6V靜態電流:0.5-1μΑ工作電流:20mA，
[0198] 表(6)語音控制模塊D1700引腳功能
[0199]
[0200]
[0201 ]圖4是本實用新型實施例提供的語音控制原理圖，
[0202]如圖4所示，所選晶片為ISD1700,內存足夠，所以改用找地址的電腦信號錄入方式 進行錄音，具體的錄音地址見下文的系統調試部分;MIS0、M0SI、SS與單片機的P2~2~P2~0 連接;CLK與單片機的P2~4連接;R0SC與80K電阻連接後接地，採樣頻率為8KHZ; VOL與一個按 鍵連接後接地，可調音量;AGC埠啟用，增益自動可調；SP-、SP+與喇叭直接相連，不用經過 功率放大等，經過查找資料，本課題使用的，5歐姆、0.8w的喇叭可以被帶動，但是功率大一 些的喇叭必須要經過功率放大電路才可以帶動;DP2為LED指示燈，在錄放音的時候會閃爍。 [0203] D1700系列的SPI串行接口操作遵照以下協議：
[0204] 1. 一個SPI處理開始於/SS管腳的下降沿。
[0205] 2.在一個完整的SPI指令傳輸周期，/SS管腳必須保持低電平。
[0206] 3.數據在SCLK的上升沿鎖存在晶片的M0SI管腳，在SCLK的下降沿從MIS0管腳輸 出，並且首先移出低位。
[0207] 4. SPI指令操作碼包括命令字節，數據字節和地址字節，這決定於1700的指令類 型，
[0208] 5.當命令字及地址數據輸入到M0SI管腳時，同時狀態寄存器和當前行地址信息從 MI S0管腳移出。
[0209] 6.-個SPI處理在/SS變高后啟動。
[0210] 7.在完成一個SPI命令的操作後，會啟動一個中斷信息，並且持續保持為低，直到 晶片收到CLR_INT命令或者晶片復位。
[0211] SPI協議格式：
[0212] 在SPI命令輸入到ISD1700前，SPI埠的狀態應該保持如下狀態：
[0213] 1、SS = HIGH 2、SCLK = HIGH 3、M0SI = L0W。
[0214] 3.3 存儲器AT24C02
[0215] AT24C02是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是內含256X8位存儲空 間，具有工作電壓寬(2.5~5.5V)、擦寫次數多(大於10000次）、寫入速度快(小於10ms)等特 點。AT24C02中帶有片內尋址寄存器。每寫入或讀出一個數據字節後，該地址寄存器自動加 1，以實現對下一個存儲單元的操作。所有字節都以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時 間，一次操作可寫入多達8位元組的數據。通過此模塊電路改進的電子密碼鎖，提高了行李箱 的安全性。
[0216] 3.4人體感應傳感器
[0217] 人體紅外感應傳感器的主要器件為人體熱釋電紅外傳感器。人體都有恆定的體溫 值，一般在36-37°C，所以會發出特定波長的紅外線，被動式紅外探頭就是探測人體發射的 紅外線而進行工作的。人體發射的9.5um紅外線通過菲涅爾鏡片增強聚集到紅外感應源上， 紅外感應源通常採用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失 去電荷平衡，向外釋放電荷，後續電路經檢測處理後就能觸發開關動作。人不離開感應範 圍，開關將持續接通;人離開後或在感應區域內長時間無動作，開關將自動延時關閉負載。 為此我們在拉杆把手處安裝了一個紅外傳感器開關，在上下階梯的時候只要人握著拉杆行 李箱就可以自動上下階梯起到省力的作用。
[0218]四、電源電路
[0219] 本實用新型中，電源採用電瓶車中12V的蓄電池為其供電。電源電壓值不同的模塊 分開供電，減小各個模塊工作時相互幹擾，增強整個電路的抗幹擾能力和系統的穩定性。以 下將對各個電源電路進行詳細介紹。
[0220] ( -）、3.3V 電源電路
[0221] 3.3V電源電路主要給單片機、無線收發模塊JF24D供電。設計中首先用三端集成穩 壓電源L7805將12V穩壓為5V，再用三端線性穩壓晶片1]_41^1117將5V穩壓為3.3V給 HT66F70A單片機供電。
[0222] 其電路原理圖如圖5本實用新型實施例提供的電源電路圖所示。
[0223] (二）、5V電源電路
[0224] 5V電源電路主要給L298N雙Η橋電機驅動電路、HY-SRF05超聲波測距模塊、BS-280 一體模塊、語音控制模塊D1700模塊供電，該模塊採用LM2596T-5.0開關電源晶片。LM2596系 列控制器是美國國家半導體公司推出的降壓型開關電源管理晶片，適用於簡易高頻降壓變 換器、板上開關變換器及正負輸出變換器。該晶片具有四種不同的型號，輸出電壓分別為 3 · 3V、5 · 0V、12V和輸出可調四種，對應型號為LM2596T-3 · 3、LM2596T-5 · 0、LM2596T-12和 Ι?2596Τ-Α〇Β?Μ2596控制晶片的工作頻率為150KHz，其最大電流驅動能力為3A，只需極少 量的外圍元件就可以實現降壓變換，大大簡化了電路的設計步驟，節省了電路設計的成本。
[0225] 其中，C1為輸入濾波電容，其作用主要有兩個：一、抑制輸入電壓瞬變；二、在 LM2596-5.0內部開關管導通時提供所需的電流。C2為輸出濾波電容，此外還可以提高穩壓 環路的穩定性。二極體D1的作用是在開關管關斷過程中為電感提供續流通路。因此，D1選用 開關速度快，導通壓降低的肖特基二極體1Ν5822。
[0226] (三）、USB 電源
[0227] 圖6是本實用新型實施例提供的USB輸出電壓可調電路設計圖，
[0228] 通常LM317不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM317輸入端的連線超過6英寸 (約15釐米）。使用輸出電容能改變瞬態響應。調整端使用濾波電容能得到比標準三端穩壓 器高的多的紋波抑制比。輸入至少要比輸出高2V，否則不能調壓。輸入電要最高不能超過 40V。輸出電流不超過1A。輸入12V的話，輸出最高就是10V左右。由於它內部還是線性穩壓， 因此功耗比較大。當輸入輸入電壓差比較大且輸出電流也比較大時，注意317的功耗不要過 大。一般加散熱片後功耗也不超過2(^。1^317經計算可知R1的最大取值為0.83ΚΩ。又因為 1?2/1?1的最大值為28.6。所以1?2的最大取值為23.741(〇。在使用317穩壓塊的輸出電壓計算 公式計算其輸出電壓時，必須保證R1彡〇. 83K Ω，R2彡23.74K Ω兩個不等式同時成立，才能 保證317穩壓塊在空載時能夠穩定地工作。
[0229] 穩壓電源的輸出電壓可用下式計算，Vo = 1.25(1+R2/R1)。僅僅從公式本身看，R1、 R2的電阻值可以隨意設定。然而作為穩壓電源的輸出電壓計算公式，R1和R2的阻值是不能 隨意設定的。1，2腳之間為1.25V電壓基準。為保證穩壓器的輸出性能，R1應小於240歐姆。改 變R2阻值即可調整穩壓電壓值。Dl，D2用於保護LM317。
[0230](四）、太陽能供電模塊
[0231] 4.1太陽能供電的優點及原理
[0232] 圖7是本實用新型實施例提供的太陽能模塊電路圖。
[0233] 本新型採用薄膜太陽能板給電池供電，通過連接太陽能電池組，進一步實現了該 檢測系統的獨立運行，也便於維護，節能環保。
[0234] 太陽能電池是由光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件。當太陽光照 到太陽能電池板上的光電二極體上時，光電二極體就會把太陽的光能變成電能，產生電流。 太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有長久性、清潔性和靈活性三大優點。太陽能電 池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用，與火力發電、核能發電 相比，太陽能電池不會引起環境汙染。太陽能電池可以大中小並舉，大到百萬千瓦的中型電 站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的。
[0235] 4.2開關電源模塊
[0236] 220V交流電壓經整流濾波後，變成含有一定脈動成分的直流電壓，該電壓經過 TL494脈寬調製晶片和高頻變換器轉換成所需電壓值方波，最後再將這個方波電壓經整流 濾波變為所需要的直流電壓。其中TLT494是一種固定頻率脈寬調製電路，廣泛應用於單端 正激雙管式、半橋式、全橋式開關電源。
[0237] 以上所述僅是對本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上 的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改，等同變化與 修飾，均屬於本實用新型技術方案的範圍內。
【主權項】
1. 一種智能行李箱，其特徵在於，該智能行李箱設置有箱體、伸縮式拉杆、USB接口端、 方向旋轉盤、電子密碼鎖、萬向輪、薄膜太陽能、履帶、控制裝置;伸縮式拉杆通過方向旋轉 盤鉸接在箱體前端，USB接口端設置在箱體頂部，電子密碼鎖位於USB接口端一側，萬向輪安 裝在箱體後端，履帶安裝在箱體底部，薄膜太陽能安裝在箱體側部;USB接口端、電子密碼 鎖、薄膜太陽能、履帶均與控制裝置連接； 控制裝置設置有用戶端、服務端、系統端；用戶端、服務端均與系統端連接，所述用戶端 設置有無線發送器和GPS定位器，服務端設置有用戶手機服務終端； 所述系統端設置有步進電機、電機驅動電路、PWM調速電路、超聲波測距裝置、語音芯 片、存儲器、人體感應器、電源電路、照明電路、USB充電電路、單片機;人體感應器、步進電 機、電機驅動電路、PWM調速電路、超聲波測距裝置、語音晶片、存儲器、電源電路、照明電路、 USB充電電路均與單片機連接;人體感應器安裝在伸縮式拉杆上端，所述步進電機與履帶連 接； 所述超聲波測距裝置設置有主測距部分和目標標識部分;主測距部分設置有兩個超聲 波發射器和無線接收器；目標標識部分設置有一個超聲波接收器和無線發射器。2. 如權利要求1所述的智能行李箱，其特徵在於，所述語音晶片設置有麥克風前置擴大 器、揚聲器驅動線路、振蕩器、LED指示燈、錄音裝置，所述麥克風前置擴大器、揚聲器驅動線 路、振蕩器、LED指示燈、錄音裝置均與單片機連接，電機驅動電路設置有電機驅動晶片。3. 如權利要求1所述的智能行李箱，其特徵在於，所述超聲波測距裝置還設置有超聲波 測距控制電路。4. 如權利要求1所述的智能行李箱，其特徵在於，所述GPS定位器設置有4個串行通信端 口，4個串行通信埠均與單片機連接。5. 如權利要求1所述的智能行李箱，其特徵在於，所述人體感應傳感器設置有被動式紅 外探頭、熱釋電元件、紅外傳感器開關，被動式紅外探頭、熱釋電元件均與紅外傳感器開關 連接。6. 如權利要求1所述的智能行李箱，其特徵在於，所述電源電路包括3.3V電源電路和5V 電源電路、USB電源電路、太陽能供電電路、開關電源電路，單片機、無線發送器均與3.3V電 源電路連接，電機驅動電路、pmi調速電路、超聲波測距裝置、語音晶片均與5V電源電路連 接，USB電源電路連接USB接口端，太陽能供電電路連接薄膜太陽能，開關電源電路與單片機 連接。
【文檔編號】A45C13/24GK205696218SQ201620597425
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月17日
【發明人】胡安平, 陳卓, 毛遠成, 武兆堃, 李 傑, 陳浩, 陳春茂, 劉娟
【申請人】陳春茂