基于蓝牙模块的自动跟踪智能行李箱系统

覃超妹 李潮平 岑泽铭 张建民 李辉恒

摘  要：以STM32单片机为控制核心，采用蓝牙通信、GPS高精度定位、TF Mini LiDAR精准测距以及重量感应等高新技术集于一体的基于蓝牙模块的自动跟踪行李箱系统，实现了自动跟踪、定位追踪、智能避障等功能。通过识别佩戴在人体身上的主蓝牙与安装在行李箱上的两个从蓝牙模块之间连接信号的强弱，将采集回来的数据应用到PID算法中，控制行李箱轮子转动的方向及速度，实现自动跟踪人体前进的功能。这一研究实现了人们理想中携带智能行李箱便捷出行的生活方式。

关键词：蓝牙模块;自動跟踪;定位追踪;智能避障

中图分类号：TP271;TN925      文献标识码：A 文章编号：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世纪，随着科技的发展，便捷的交通给人们的出行带来了极大的方便。今天，出行已经成为了人们日常生活的一件常事。然而无论在出差还是旅行途中，行李箱一直都是出行时的一种负担：长途奔波本就容易身体劳累，还要提着沉重的行李箱，极大地降低了旅行的质量;单独出行时，携带着沉重的行李箱不方便上厕所;人潮拥挤的地铁站和火车站容易丢失行李箱;行李箱超重而无法过关卡等等。

面对这些出行时经常会面临的烦恼，本文基于校内大创项目和五邑大学-彩立方实践教学基地项目，研究了一种智能行李箱系统，能够轻松地解决出行时的行李箱带来的烦 恼。该智能行李箱系统能够实现自动跟踪、自动躲避障碍、丢失时能够通过GPS找回，距离用户超出一定距离时发出警报以及实时显示物品的重量和行李箱内部环境的温湿度等多种功能。能够极大地提高出行的质量，真正做到便捷出行。此外，该系统仅需少量人为干预，体现出自动化、高效化等特点，符合当今社会产品向智能化发展的趋势。

1  总体设计

行李箱系统的硬件部分由蓝牙模块、电源模块、GPS模块、电机半桥驱动模块、TF Mini LiDAR模块、声音传感器模块、震动模块、温湿度感应传感器以及重量感应传感器模块等构成。该系统使用LM2596稳压芯片构成电源模块、BTN7971芯片构成电机半桥驱动电路部分。行李箱硬件结构图如图1所示。

2  实现内容

该系统的软件设计部分的内容主要有以下四个方面：蓝牙实现自动跟踪、GPS定位跟踪、TOF躲避障碍物、LCD显示测量的重量及温湿度。

2.1  蓝牙实现自动跟踪

该系统采用三个具有主从一体功能的蓝牙模块来实现自动跟踪功能，在靠近行李箱两个轮子的两侧分别放置一个蓝牙模块，在用户佩戴的手环上放置一个蓝牙模块。通过蓝牙测试软件输入蓝牙模块的指令，将用户佩戴的手环上的蓝牙设定为主蓝牙，将行李箱上的两个蓝牙设定为从蓝牙。确保从蓝牙只能够和用户佩戴的主蓝牙相连接。从蓝牙通过识别和主蓝牙连接之间的信号强弱，将连接的RSSI值通过串口传输的方式将该数据值传输到STM32单片机，由于信号强度RSSI值和实际两个蓝牙的距离有一定的关系，可以将该值转化为距离。单片机将获取回来的这两个数据值进行数据处理，进行滤波并将该值转化为距离值。单片机将这两个值进行比较。根据两个值的大小，如果左边的蓝牙的距离值大，则驱动行李箱右转，如果右边的蓝牙的距离值大，则驱动行李箱左转。设定距离阈值，如果两个距离值超出阈值，则行李箱加速。以此保证用户与行李箱之间的实际距离能够保持在一定范围内。当用户和行李箱的距离大于一定值后，通过声音传感器发出报警声。

2.2  GPS定位追踪

该系统通过GPS模块实现定位追踪功能，将GPS模块安装在行李箱上，在行李箱丢失时能够通过手机显示的位置信息将行李箱找回。GPS模块中含有SIM卡，它能够通过移动运营商的无线电通讯网络来获取模块的位置信息。将GPS模块通过TTL连接到电脑上，利用模块串口调试助手向模块发送指令，对模块进行调试，设定模块的基本性能。在硬件设计中，为GPS模块配置一个备用电源，如果行李箱断电，GPS模块可以使用备用电源运行。

2.3  TOF躲避障碍物

该系统实现避障的方式是采用TF Mini LiDAR单向激光测距仪测量行李箱与障碍物的距离，并进行躲避。TF Mini模块持续探测与障碍物之间的距离，每10 ms微控制器获取一次TF Mini返回的数据，并将获取回来的数据转化为距离。当距离小于额定阈值，微控制器会计算出适合行李箱的最佳路线，控制电机沿着此路线行进，达到避开人群和周围障碍物的作用，保护行李箱不受碰撞和实现行李箱行驶过程的流畅。

2.4  LCD显示测量的重量及温湿度

该设计中需要对行李箱内部的温湿度、行李箱的重量及行李箱电池的电压等数据进行显示，显示数据少，可以分为两排显示。LCD1602液晶显示屏显示两行，每行16个字符。容易观察和操作，可以满足该系统中功能设计的绝大多数要求。为了节约成本，便于控制，因而采用LCD1602型号的液晶显示屏。温湿度及重量的测量，采用温湿度模块及重量模块进行采集，将采集信号的引脚连接到主控器件带有AD转换功能的引脚，这样，采集信号的时候就能够将信号的模拟量转化为数字量，才能被单片机所采集。行李箱电池电压的测量采用的是电阻分压的原理，将电池的电压缩小到单片机所能够承受的最大电压，然后再进行采集。

系统的总体设计框图如图2所示。

3  数据分析

为了验证蓝牙实现自动跟踪的准确性，通过多次测量，得出了的数据如表1所示。

从表1可知，蓝牙的RSSI值随着距离的增大而减小，且变化的范围大。此外，在距离信号源至少2 m后才会出现有信号丢失的情况。因此，根据所获得的RSSI值，是能够用蓝牙来保障跟踪的准确性的。

4  结  论

该系统是以STM32单片机为控制核心，通过识别佩戴在人体身上的主蓝牙和安装在行李箱上的两个从蓝牙模块之间的连接信号的强弱来控制行李箱轮子转动的方向及速度，继而实现行李箱的自动跟踪的功能，当信号弱于一定强度时，发出警报，以防行李箱丢失。通过GPS模块实现精确定位，在用户意外丢失行李箱时能够轻松找到行李箱的所在之处。通过TOF测距模块检测障碍物的距离继而实现避障功能，通过重量感应传感器以及温度传感器实时检测出行李箱内部物品的重量及内部的环境的温湿度，并用LCD显示屏显示出来。该系统具有低成本、功能多、便捷性、安全性等特点，是一个实用型的作品。

参考文献：

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作者简介：覃超妹（1999-），女，汉族，广东高州人，本科在读，研究方向：单片机控制;李潮平（1999-），男，汉族，广东汕头人，本科在读，研究方向：嵌入式开发;岑泽铭（1998-），男，汉族，广东恩平人，本科在读，研究方向：硬件设计;通讯作者：张建民（1981-），男，回族，河北沧州人，讲师，硕士，研究方向：电力电子故障诊断、信号处理;李辉恒（1968-），男，汉族，广东恩平人，工程师，研究方向：麦克风硬件电路设计。