自動(dòng)跟蹤智能行李箱方案

基于藍(lán)牙的自動(dòng)跟蹤智能行李箱設(shè)計(jì)

21世紀(jì)以來(lái)，隨著信息革命的展開(kāi)，智能控制技術(shù)開(kāi)始廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活，許多電子設(shè)備都增添了智能化的標(biāo)簽，生活中的智能化設(shè)備也隨處可見(jiàn)，智能手環(huán)、無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛、皮膚電路、自動(dòng)掃地機(jī)器人等新穎的智能設(shè)備層出不窮，大大的豐富了人們的生活。眾所周知，2013年是智能穿戴設(shè)備的元年，自從谷歌發(fā)布了Google glass開(kāi)始，智能設(shè)備掀起了一股新熱潮。

智能設(shè)備的快速發(fā)展，一方面反映了當(dāng)下人們對(duì)電子設(shè)備的要求已經(jīng)不僅僅停留在舒適和實(shí)用的層次，而是對(duì)技術(shù)提出了新的要求，新穎的款式以及奪人眼球的科技才能吸引消費(fèi)者；另一方面體現(xiàn)了人們的生活追求以及生活條件也都有了很大的提高，導(dǎo)致人們對(duì)電子產(chǎn)品的追求更加貼合精神追求。然而，仍舊有許多傳統(tǒng)制造業(yè)在智能控制方面處于停滯不前的狀態(tài)。正如行李箱從誕生演變至今，也僅僅是材料的改變，雖一定程度上減輕了重量，但人們的旅行質(zhì)量仍舊沒(méi)有因此有所改變。為此，本文提出將自動(dòng)跟蹤技術(shù)應(yīng)用到行李箱上，真正做到便捷出行。

一、自動(dòng)跟蹤智能行李箱整體設(shè)計(jì)方案

我們?cè)O(shè)計(jì)的基于Bluetooth4.0的自動(dòng)跟蹤智能行李箱系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如下：一個(gè)主藍(lán)牙與兩個(gè)從藍(lán)牙同時(shí)進(jìn)行配對(duì)，從而構(gòu)建出藍(lán)牙無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。

主藍(lán)牙從協(xié)議棧中提取來(lái)自兩個(gè)從藍(lán)牙的接收的信號(hào)強(qiáng)度指示（Received Signal Strength Indication，RSSI）數(shù)據(jù)并傳輸給K60微控制器進(jìn)行處理，微控制器根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)控制行李箱的行進(jìn)方向；GPS模塊獲取滿足NMEA-0183協(xié)議的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以經(jīng)微控制器處理并發(fā)送到服務(wù)器，用戶可從服務(wù)器獲取行李箱地理位置信息；傳感器采集的重量、溫濕度等數(shù)據(jù)在液晶屏上實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)總體構(gòu)架如圖1所示。

二、自動(dòng)跟蹤智能行李箱開(kāi)發(fā)流程

2.1藍(lán)牙配對(duì)功能設(shè)計(jì)

利用IAR編譯軟件對(duì)Bluetooth4.0模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)，對(duì)廣播間隔、最大掃描從機(jī)數(shù)等參數(shù)進(jìn)行修改。

上電后主藍(lán)牙開(kāi)始進(jìn)行廣播掃描，得到從藍(lán)牙的mac地址，經(jīng)選擇確認(rèn)便可實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙的主從配對(duì)。配對(duì)之后的通信過(guò)程不再受其他外來(lái)信號(hào)干擾，由此確保了藍(lán)牙配對(duì)的唯一性與穩(wěn)定性，即兩個(gè)從藍(lán)牙只能與一個(gè)主藍(lán)牙進(jìn)行配對(duì)且工作過(guò)程不易中斷。

2.2自動(dòng)跟隨功能設(shè)計(jì)

主藍(lán)牙從協(xié)議棧中提取兩個(gè)從藍(lán)牙的RSSI數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送給微控制器。微控制器采用10ms定時(shí)器中斷的方式接收并存放主藍(lán)牙分時(shí)發(fā)送的兩個(gè)從藍(lán)牙的RSSI數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖均值濾波，消除雜波后得到兩個(gè)穩(wěn)定的RSSI數(shù)據(jù)。微控制器將兩個(gè)穩(wěn)定的RSSI值進(jìn)行比較，依據(jù)RSSI的值越小則信號(hào)強(qiáng)度越弱且距離越遠(yuǎn)，判斷出當(dāng)前具有較小RSSI的是距離最遠(yuǎn)的從藍(lán)牙。將兩個(gè)從藍(lán)牙的RSSI數(shù)據(jù)進(jìn)行作差，差值通過(guò)PID算法加入到舵機(jī)控制中，由此便可實(shí)現(xiàn)行李箱的自動(dòng)跟隨。另外，微控制器通過(guò)設(shè)定一個(gè)RSSI的閾值來(lái)控制行李箱與用戶的距離，當(dāng)RSSI當(dāng)前信號(hào)強(qiáng)度大于該閾值時(shí)，行李箱減速，反之則加速，以此保證用戶與行李箱之間的實(shí)際距離能夠保持在一定范圍內(nèi)。

2.3液晶屏顯示功能設(shè)計(jì)

液晶屏可顯示系統(tǒng)的溫濕度及重量。鑒于溫濕度和重量短時(shí)間內(nèi)變化不明顯的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)1s的定時(shí)器中斷來(lái)獲取并處理溫濕度及重量數(shù)據(jù)。溫濕度模塊利用敏感元件采集信號(hào)并通過(guò)轉(zhuǎn)換電路將電壓輸出給微控制器，不同的溫濕度會(huì)導(dǎo)致輸出給微控制器的電壓值不同。微控制器在一個(gè)中斷周期內(nèi)按照時(shí)序輸入指令來(lái)獲取溫濕度傳感器采集到的電壓值，再將電壓值反映的溫濕度顯示到液晶屏上。

重量的獲取通過(guò)壓力傳感器內(nèi)部的壓敏電阻值的變化反映，并以此計(jì)算物品的重量。壓力傳感器將采集的信號(hào)利用放大電路將其轉(zhuǎn)化為電壓值，經(jīng)AD模塊電壓值轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)I2C傳輸給微控制器，最終將數(shù)據(jù)以重量的格式顯示到液晶屏上。另外，本文設(shè)計(jì)一蜂鳴器，能夠在物品重量過(guò)重時(shí)發(fā)出響聲響，以此提示物品超重。

2.4行李箱的GPS定位功能設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用易通星云科技發(fā)展有限公司自主研發(fā)的一款工業(yè)級(jí)的GPRS無(wú)線通信定位功能模塊，模塊利用SIM卡和運(yùn)營(yíng)商GPRS網(wǎng)絡(luò)提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信，通過(guò)對(duì)模塊遠(yuǎn)程設(shè)置定時(shí)上報(bào)GPS坐標(biāo)信息。

設(shè)計(jì)在硬件上將GPS的控制部分寫(xiě)入10ms定時(shí)器中斷，每10ms微控制器獲取一次GPS的數(shù)據(jù)，并將獲取到的MEA-0183協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令來(lái)控制GPRS模塊實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，發(fā)送GPS地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)到ET-iLink物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器，用戶在客戶端上登錄服務(wù)器即可查看行李箱的地理位置。

設(shè)計(jì)在軟件上連接ET-iLink物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，提取當(dāng)前自動(dòng)跟蹤行李箱的位置信息，將位置信息嵌入到高德地圖中。在地圖中采用小車(chē)圖標(biāo)表示行李箱的位置，用戶通過(guò)觀察小車(chē)位置的移動(dòng)即可確定行李箱的行駛路線。

三、自動(dòng)跟蹤智能行李箱的功能優(yōu)勢(shì)

設(shè)計(jì)的自動(dòng)跟蹤行李箱具有自動(dòng)跟隨、定位以及實(shí)時(shí)顯示物品的重量和環(huán)境的濕度等功能。藍(lán)牙模塊獨(dú)有的mac地址及上電后主藍(lán)牙的選擇配對(duì)，保證了自動(dòng)跟隨過(guò)程外界信號(hào)難以干擾且通信過(guò)程的穩(wěn)定。GPS模塊的定位，確保在用戶使用過(guò)程中行李箱丟失可隨時(shí)定位尋回，避免了用戶的損失。液晶屏的人性化顯示，使得用戶的出行更加方便，用戶可隨時(shí)查看身邊環(huán)境的溫濕度以及行李箱載物的重量。另外，本文設(shè)計(jì)的行李箱成本低廉，功能的實(shí)現(xiàn)符合大眾需求，易于推廣，因此具有較高的市場(chǎng)前景。

總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一套基于Bluetooth4.0的低功耗自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，并對(duì)硬件系統(tǒng)搭建和軟件算法設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究。該自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)具有很好的適應(yīng)性，能排除各種外來(lái)信號(hào)的干擾，同時(shí)該系統(tǒng)具有功耗低、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、操作人性化、智能防丟等多方面優(yōu)點(diǎn)，能夠完成實(shí)時(shí)跟蹤定位。另外，該自動(dòng)跟蹤定位系統(tǒng)將自動(dòng)化控制理論與人工智能有機(jī)結(jié)合起來(lái)，對(duì)自動(dòng)跟蹤行李箱的設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的影響。