自跟隨式防盜行李箱設(shè)計(jì)研究

李文龍+王淼兒

摘 要：出差旅行已經(jīng)成為現(xiàn)代人們生活中必不可少的環(huán)節(jié)，旅行箱是人們出游的必備品。該智能旅行箱通過智能化設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)讓箱體自動(dòng)跟隨主人兼有防盜的功能。使用者不必提拉旅行箱，只需攜帶一個(gè)很小的終端模塊裝置，旅行箱就可以自主跟隨使用者。本文通過對這種行李箱的設(shè)計(jì)開發(fā)以及技術(shù)原理進(jìn)行分析，并探討針對性的解決方案。

關(guān)鍵詞：行李箱；自動(dòng)跟隨；藍(lán)牙定位

1 技術(shù)原理

（1）定位算法實(shí)現(xiàn)

該行李箱實(shí)現(xiàn)原理基于目前技術(shù)比較成熟的藍(lán)牙定位技術(shù)，定位采用RSSI算法，即接收來自發(fā)射源信號的強(qiáng)度指示方法，該算法基本原理是：假設(shè)已知發(fā)射機(jī)信號發(fā)射功率，測得接收機(jī)接收到的信號強(qiáng)度值，即 RSSI 值，然后通過無線信號空間傳播模型化功率值為距離，計(jì)算出發(fā)射機(jī)與接收機(jī)A、B、C的距離d1、d2、d3，最后通過三角形質(zhì)心算法計(jì)算出待測人員坐標(biāo)位置。（A、B、C三點(diǎn)構(gòu)成等腰三角形）

圖中A（X1，Y1）、B（X2，Y2）、C（X3，Y3）分別為只能行李箱中的三個(gè)藍(lán)牙模塊的坐標(biāo)，D（X，Y）是人的位置。

算法如下：以點(diǎn)B（X2，Y2）為坐標(biāo)原點(diǎn)，以平行AC且過B點(diǎn)的直線為x軸，過B點(diǎn)且垂直于x軸的直線作為y軸，根據(jù)RSSI算法得到距離d1、d2、d3，推出D點(diǎn)坐標(biāo)。

將所得數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)CPU（stm32），對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，并控制電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)移動(dòng)。

（2）CPU控制

采用比較流行的處理器STM32，內(nèi)核為Cortex-M3的高性能，內(nèi)存大可以進(jìn)行存方便數(shù)據(jù)處理，3.3V供電的低功耗32位嵌入式芯片。STM32控制接收端WIFI和發(fā)送端WIFI模塊進(jìn)行配對連接設(shè)置；STM32主芯片實(shí)時(shí)檢測采集智能行李箱與接收端的距離，并且同時(shí)經(jīng)過RSSI算法計(jì)算實(shí)現(xiàn)定位。STM32通過算法利用PWM波（脈沖寬度調(diào)制）驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而進(jìn)行追蹤接收端的位置。在STM32程序中判斷兩端距離，根據(jù)閾值進(jìn)行控制示警模塊提醒。下圖是控制原理框圖：

（3）電機(jī)控制

該設(shè)計(jì)行李箱中采用直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)控制方式簡單，效率高，根據(jù)不同PWM波控制方式可以很好的控制電機(jī)。根據(jù)定位算法實(shí)現(xiàn)定位之后，由CPU（STM32）發(fā)出相應(yīng)信號控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，可以根據(jù)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方向走位、前進(jìn)和后退等動(dòng)作實(shí)施。利用脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，考慮到箱體的穩(wěn)定性，決定用四輪底板，STM32可以滿足需求。

（4）WIFI傳輸模塊

考慮到傳輸距離和收發(fā)全雙工因素，這里我們采用ATK-RM04模塊，該模塊是ALIENTEK的一款高性能UART-ETH-WIFI（串口-以太網(wǎng)-無線網(wǎng)）模塊，可以與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸較為方便快速。ATK-RM04模塊工作時(shí)與終端模塊裝置配對連接，連接狀態(tài)如下圖所示：

正常配置模式是透傳模式，對模塊進(jìn)行配置須在AT指令模式下進(jìn)行。下面終端與行李箱根據(jù)算法進(jìn)行測距定位。

（5）防盜示警模塊

防盜示警模塊采用震動(dòng)馬達(dá)裝置，CPU通過判斷行李箱與穿戴終端的人相對距離，然后根據(jù)設(shè)定的閾值進(jìn)行判斷是否發(fā)出示警來給終端相應(yīng)的提醒。求出d1、d2、d3的平均值d。當(dāng)人與行李箱的距離較遠(yuǎn)時(shí)，我們可以將d作為人與行李箱間的相對距離。當(dāng)d大于我們設(shè)置的安全距離時(shí)，這時(shí)就會(huì)觸發(fā)報(bào)警裝置，提醒以終端。

2 市場前景

未來我國旅行箱行業(yè)將呈現(xiàn)多樣化發(fā)展，將行李箱加入“智能元素”前景可觀。該行李箱主要應(yīng)用人群為經(jīng)常出行或行動(dòng)不便的人群。該產(chǎn)品與智能物聯(lián)網(wǎng)理念相融合，最大特點(diǎn)就是可以解放人的雙手，不需要出行時(shí)拉著笨重的行李箱。另一特點(diǎn)就是可以防止丟失行李物品，既使人們輕松旅行，也保證了行李的安全。

3 結(jié)束語

綜上所述，這種新型的自跟隨防盜行李箱可以為人們的出行提供很大方便，而且如今的藍(lán)牙定位技術(shù)比較成熟，利用STM32控制器完全可以實(shí)現(xiàn)以上所述功能，因而在未來的生產(chǎn)生活中，此類行李箱可能會(huì)很快走進(jìn)人們的生活。

參考文獻(xiàn)

[1]王益健.藍(lán)牙室內(nèi)定位關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn) 東南大學(xué) 2015

[2]王景夏，成意.自動(dòng)跟隨行李箱的設(shè)計(jì) 輕工科技2013第4期

[3]聶憲波，邵澤箭，鞏文文，關(guān)立強(qiáng)，趙昊寧.基于單片機(jī)自動(dòng)跟隨小車的設(shè)計(jì)與制作 輕工科技2013第4期

作者簡介

李文龍（1995-），男，漢族，鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)2014級學(xué)生，研究方向：測控技術(shù)與智能系統(tǒng)。

孫偉峰（1995-），男，漢族，鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)2014級學(xué)生，研究方向：儀器儀表，自動(dòng)化控制。