CN109008121A - 一种行李箱自动跟随技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行李箱自动跟随技术，包括行李箱、陀螺仪、蓝牙、电机驱动模块和红外线模块；所述行李箱内装有电机驱动模块和电源，陀螺仪将人的方向信息经蓝牙传送给箱子的电机驱动模块，控制箱子的行走方向；箱上的红外线模块和箱内的电机驱动模块相连，发射红外线到人身上，然后反射回接收的红外线，根据红外线的强度来判断箱子和人的距离。本发明采用陀螺仪辨别人的方向，采用红外线辨别人的距离，双重因素确定行李箱主人的位置，进而实现行李箱的自动跟随功能。该技术方案能够通过陀螺仪自动跟随以及红外线反馈辅助，使行李箱在复杂的环境下自动跟随箱子主人行走，减轻了人的负担，提高灵活性，自动化程度高，成本适宜。

Description

一种行李箱自动跟随技术

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及到自动控制技术领域，具体涉及一种行李箱自动跟随技术。

背景技术

随着旅游产业的发展，行李箱已然成为人们日常生活中必不可少的出行物品，使用非常普遍。随着人们生活水平的不断提高，人们对行李箱的品质要求不断提升。首届中国箱包“互联网+”产业投资论坛上第一次提出智能箱包是智能入口的真正未来，通过互联网与传统箱包产业相结合来推动其功能性的变革与箱包产业的转型升级。“箱包硬件智能化”“箱包迈进智能化时代”等观点相继被提出，智能箱包将是未来箱包产业发展的必然趋势。

基于一千六百份问卷调查，发现旅行者在旅途中主要面临四大实际问题：

1.旅途中因携带笨重的旅行箱而劳累；

2.旅途中因匆忙摆脱不了丢失旅行箱的烦恼；

3.旅途中因移动设备突然缺电而苦恼；

4.旅途后手上大大小小的包裹无处可放。

由此可知，客观存在的最大问题即，在生活中，旅行者经常因出门要携带笨重的行李箱而感到疲惫。结合目前“互联网+”时代背景下箱包产业的发展趋势，以及出于对行李箱人性化方面的思考，人们开始重视行李箱和人的交互，希望行李箱能够自动跟随着人动，行李箱的自动跟随设计构想由此应运而生。

过去数十年的行李箱技术发展中，许多公司使用不同的方式来实现箱子的自动跟随，然而始终没能普及到行李箱中。目前国内，未有一家已上市的智能箱包公司，智能箱包产业还处于基本空白状态。2015年5月中国企业报以被挤扁的箱包为喻，预示着随着“互联网+”时代的到来，中国传统箱包产业在全球市场受到排挤，产品功能变革及产业换代升级迫在眉睫。

在当今“人工智能”时代背景下，基于陀螺仪探测的自动跟随技术的远程遥控技术具有广泛的运用价值，目前已经具体应用到智能家居(扫地机器人、智能玩具)、公共运输(工厂叉车、旅行箱)、探测机器人(救灾机器人、探险机器人)等多个领域。

现有的自动跟随技术存在以下缺点：(1)传统行李箱不具备自动跟随功能，在使用过程中由于体积和重量较大，不够灵活，非常耗费人的体力，也容易丢失；(2)应用在行李箱上的自动跟随技术并不成熟；(3)如果在行李箱上安装跟随装置，则成本过高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种行李箱自动跟随技术，该技术能够在复杂环境下通过陀螺仪自动跟随以及红外线反馈辅助为行李箱提供动力，从而实现行李箱的行走，满足使用者不同情景的助力需求，减轻了人的负担，具有低消耗、实用性好、自动化程度高、适用情景范围性广、成本适宜等特点。此外，行李箱自动跟随系统可移植性强，可应用于其他智能产品中，具有极大的扩展性和发展前景。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种行李箱自动跟随技术，包括行李箱、陀螺仪、蓝牙、电机驱动模块和红外线模块；所述行李箱内装有电机驱动模块和电源，箱内的电机驱动模块和人的手持陀螺仪模块通过蓝牙相连，陀螺仪将人的方向信息经蓝牙传送给箱子的电机驱动模块，控制箱子的行走方向；箱上的红外线模块和箱内的电机驱动模块相连，红外线模块发射红外线到人身上，然后反射回接收的红外线，根据红外线的强度来判断箱子和人的距离；采用陀螺仪辨别人的方向，采用红外线辨别人的距离，双重因素确定行李箱主人的位置，进而实现行李箱的自动跟随功能。

优选地，所述行李箱通过蓝牙接受到陀螺仪的反馈信号，经过单片机的处理，行李箱内的电机驱动模块就会驱动行李箱按照人的方向行驶，实现自动跟随。

进一步地，所述陀螺仪为MPU6050陀螺仪，该陀螺仪集成了3轴MEMS陀螺仪、3轴MEMS加速度计、以及一个可扩展的数字运动处理器DMP(Digital Motion Processor)，可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器。

进一步地，所述MPU6050陀螺仪对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量；传感器的测量范围均是用户可控的，可更精确地跟踪快速和慢速的运动，和所有设备寄存器之间的通信采用400kHz的I2C接口或1MHz的SPI接口。

优选地，所述红外测距系统包括红外发射电路、红外接收电路、放大电路、单片机电路和译码显示电路；在工作过程中，首先瞄准目标，然后接通电源，启动红外发射电路，向目标发射红外信号，到达待测目标物后漫反射回来，经红外接收电路接收，再经放大电路放大整形后，进入单片机电路，单片机电路中的距离计算单元计算完毕后将结果输送给译码显示电路显示目标物距离。

优选地，所述红外测距系统在向目标发射红外信号时，采样器会同时采样发射信号，作为计数器开门的脉冲信号，启动计数器，时钟振荡器向计数器有效的输入计数脉冲，由目标反射回来的红外线回波作用在光电探测器上，转变为电脉冲信号，经过放大器放大，进入计数器，作为计数器的关门信号，计数器停止计数，计数器从开门到关门期间，所进入的时钟脉冲个数，经过运算得到目标距离。

优选地，所述红外发射电路包括一个共射放大电路和一个作为开关的三极管电路组成的模块；在共射放大电路中，红外发光二极管TLN205接于共射放大电路的集电极，与基极和发射极相接的二极管起温度补偿作用；控制管脚Vin与68HC11E1芯片管脚Vcc相接，当控制管脚有信号输入时，控制电路的三极管导通，同时整个电路导通，红外发光二极管发射出红外光。

优选地，所述红外接收驱动电路和放大电路组合在一起，并设计为两级放大，包括红外接收管TPS708和两个电压串联负反馈模拟运算放大电路组成的模块；所述红外接收管接收反射回的红外光，此时红外接收管会产生一个与光强相对应的电流，所述电流经由LM358两级放大后，在输出端得到一个0～3V的模拟电压，作为68HC11E1单片机模拟输入量进行A/D转换，最后将转换结果在LED上显示出来。

优选地，采用负反馈模拟运算放大电路，对相应的输出量进行自动调节。

优选地，所述行李箱内还设有刹车装置，当行李箱与人或障碍物的距离小于设定值时及时刹住行李箱，避免撞到行人。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)可使传统旅行箱通过自动跟随的方式实现行走。

(2)采用陀螺仪探测前方主人的方向，采用红外线辅助检测距离，双重反馈距离，准确实现行李箱的自动跟随、转弯、刹车等功能，为旅行者提供实用的人性化服务。

(3)使行李箱的跟随更加精确，更切合人的运动模式，减轻了人的负担，使出行更加方便。

(4)反应迅速，使用灵活，自动化程度高，成本适宜。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的一种行李箱自动跟随技术中陀螺仪工作流程图。

图2是本发明实施例所提供的一种行李箱自动跟随技术中红外测距系统的工作流程图。

图3是本发明实施例所提供的一种行李箱自动跟随技术中红外发射电路的电路图。

图4是本发明实施例所提供的一种行李箱自动跟随技术中红外接收放大电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明公开了一种行李箱自动跟随技术，包括行李箱、陀螺仪、蓝牙、电机驱动模块和红外线模块；所述行李箱内装有电机驱动模块和电源，箱内的电机驱动模块和人的手持陀螺仪模块通过蓝牙相连，陀螺仪将人的方向信息经蓝牙传送给箱子的电机驱动模块，控制箱子的行走方向；箱上的红外线模块和箱内的电机驱动模块相连，红外线模块发射红外线到人身上，然后反射回接收的红外线，根据红外线的强度来判断箱子和人的距离；采用陀螺仪辨别人的方向，采用红外线辨别人的距离，双重因素确定行李箱主人的位置，进而实现行李箱的自动跟随功能。

具体地，所述行李箱通过蓝牙接受到陀螺仪的反馈信号，经过单片机的处理，行李箱内的电机驱动模块就会驱动行李箱按照人的方向行驶，实现自动跟随。

具体地，所述陀螺仪为MPU6050陀螺仪，该陀螺仪集成了3轴MEMS陀螺仪、3轴MEMS加速度计、以及一个可扩展的数字运动处理器DMP(Digital Motion Processor)，可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器。

具体地，所述MPU6050陀螺仪对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量；传感器的测量范围均是用户可控的，可更精确地跟踪快速和慢速的运动，和所有设备寄存器之间的通信采用400kHz的I2C接口或1MHz的SPI接口。

具体地，所述红外测距系统包括红外发射电路、红外接收电路、放大电路、单片机电路和译码显示电路；在工作过程中，首先瞄准目标，然后接通电源，启动红外发射电路，向目标发射红外信号，到达待测目标物后漫反射回来，经红外接收电路接收，再经放大电路放大整形后，进入单片机电路，单片机电路中的距离计算单元计算完毕后将结果输送给译码显示电路显示目标物距离。

具体地，所述红外测距系统在向目标发射红外信号时，采样器会同时采样发射信号，作为计数器开门的脉冲信号，启动计数器，时钟振荡器向计数器有效的输入计数脉冲，由目标反射回来的红外线回波作用在光电探测器上，转变为电脉冲信号，经过放大器放大，进入计数器，作为计数器的关门信号，计数器停止计数，计数器从开门到关门期间，所进入的时钟脉冲个数，经过运算得到目标距离。

具体地，所述红外发射电路包括一个共射放大电路和一个作为开关的三极管电路组成的模块；在共射放大电路中，红外发光二极管TLN205接于共射放大电路的集电极，与基极和发射极相接的二极管起温度补偿作用；控制管脚Vin与68HC11E1芯片管脚Vcc相接，当控制管脚有信号输入时，控制电路的三极管导通，同时整个电路导通，红外发光二极管发射出红外光。

具体地，所述红外接收驱动电路和放大电路组合在一起，并设计为两级放大，包括红外接收管TPS708和两个电压串联负反馈模拟运算放大电路组成的模块；所述红外接收管接收反射回的红外光，此时红外接收管会产生一个与光强相对应的电流，所述电流经由LM358两级放大后，在输出端得到一个0～3V的模拟电压，作为68HC11E1单片机模拟输入量进行A/D转换，最后将转换结果在LED上显示出来。

具体地，采用负反馈模拟运算放大电路，对相应的输出量进行自动调节。

具体地，所述行李箱内还设有刹车装置，当行李箱与人或障碍物的距离小于设定值时及时刹住行李箱，避免撞到行人。

实施例

本发明实施例提供了一种行李箱自动跟随技术，包括两大模块，即陀螺仪自动跟随模块和红外线自动跟随模块，下面分别加以详细描述。

1、陀螺仪自动跟随模块。

MPU-6050是全球首例9轴运动处理传感器。它集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP(Digital Motion Processor)，可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。扩展之后就可以通过其I2C或SPI接口输出一个9轴的信号。MPU-6050也可以通过其I2C接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器。

MPU-6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是用户可控的，陀螺仪可测范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒(dps)，加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g。一个片上1024字节的FIFO，有助于降低系统功耗。和所有设备寄存器之间的通信采用400kHz的I2C接口或1MHz的SPI接口(SPI仅MPU-6000可用)。对于需要高速传输的应用，对寄存器的读取和中断可用20MHz的SPI。另外，片上还内嵌了一个温度传感器和在工作环境下仅有±1％变动的振荡器。芯片尺寸4×4×0.9mm，采用QFN封装(无引线方形封装)，可承受最大10000g的冲击，并有可编程的低通滤波器。

如图1所示，人手持MPU6050陀螺仪，陀螺仪反应人的行走方位，而箱子会通过蓝牙接受到陀螺仪的反馈信号，经过单片机的处理，箱子即会按照人的方向行驶，从而达到自动跟随的效果。

2、红外线自动跟随模块。

(1)红外测距的过程。

红外测距的工作过程简单来讲就是瞄准目标，然后接通电源，启动发射电路，通过发射系统，向目标发射红外信号，同时，采样器采样发射信号，作为计数器开门的脉冲信号，启动计数器，时钟振荡器向计数器有效的输入计数脉冲，由目标反射回来的红外线回波作用在光电探测器上，转变为电脉冲信号，经过放大器放大，进入计数器，作为计数器的关门信号，计数器停止计数，计数器从开门到关门期间，所进入的时钟脉冲个数，经过运算得到目标距离，测距公式为：

上式中：L为待测距离，C为光速，t为光脉冲在待测距离上往返传输所需要的时间。只要求出光脉冲在待测距离往返传输所需要的时间就可以通过上式求出目标距离。红外脉冲的原理与结构比较简单、测距远、功耗小。

(2)红外测距系统。

红外测距系统包括五个部分：红外发射电路、红外接收电路、放大电路、单片机电路、译码显示电路，其工作过程如图2所示。

系统工作时，由发射单元发出一束激光，到达待测目标物后漫反射回来，经接收单元接收、放大整形后到距离计算单元计算完毕后显示目标物距离。

(3)红外发射电路设计。

红外发射驱动电路包括一个简单的共射放大电路和一个作为开关的三极管电路组成的模块，电路原理如图3所示。电路工作原理：在共射放大电路中，红外发光二极管TLN205接于共射放大电路的集电极，与基极和发射极相接的二极管起温度补偿作用。控制管脚Vin与68HC11E1芯片管脚Vcc相接。当控制管脚Vin有信号输入时，控制电路的三极管导通，同时整个电路导通，红外发光二极管TLN205发射出红外光。

(4)红外接收放大电路设计。

红外接收驱动电路包括红外接收管TPS708和两个电压串联负反馈模拟运算放大电路组成的模块，电路原理如图4所示。红外接收驱动电路设计为两级放大是因为在许多情况下，输入信号是很微弱的，要把这样微弱的信号放大到足以带动负载，仅用一级电路放大定是做不到的，必须经多级放大，以满足放大倍数和其他性能方面的要求。电路工作原理：红外发光管TLN205发射出的红外光，在遇到前面的障碍物反射后，由红外接收管TPS708接收，此时TPS708会产生一个与光强相对应的电流。电流经由LM358两级放大后，在输出端可以得到一个0～3V的模拟电压，作为68HC11E1单片机模拟输入量进行A/D转换，最后将转换结果在LED上显示出来。

这里采用负反馈模拟运算放大电路，是因为负反馈具有提高增益稳定性、展宽放大器通频带与减少非线性失真和噪音三大优点，并且负反馈还有对相应的输出量进行自动调节作用。

本发明在箱体外设置了四个红外开关，中间两个，左右各一个，通过红外开关后面的螺母可以调节红外开关的感应距离，使用定时器不断扫描每一个红外开关，任意方向的红外探测模块有感应，然后定时器会将接收到的信号传到主控芯片，通过改变占空比来改变智能旅行箱的运动轨迹，就可以实现朝探测到信号的方向行走，当有两个或者三个方向同时有感应就会停止，当箱子和人足够近的时候会有两个或者三个方向同时有感应，所以箱体会从运动状态变为静止。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种行李箱自动跟随技术，包括行李箱、陀螺仪、蓝牙、电机驱动模块和红外线模块，其特征在于：所述行李箱内装有电机驱动模块和电源，箱内的电机驱动模块和人的手持陀螺仪模块通过蓝牙相连，陀螺仪将人的方向信息经蓝牙传送给箱子的电机驱动模块，控制箱子的行走方向；箱上的红外线模块和箱内的电机驱动模块相连，红外线模块发射红外线到人身上，然后反射回接收的红外线，根据红外线的强度来判断箱子和人的距离；采用陀螺仪辨别人的方向，采用红外线辨别人的距离，双重因素确定行李箱主人的位置，进而实现行李箱的自动跟随功能。

2.根据权利要求1所述的一种行李箱自动跟随技术，其特征在于：所述行李箱通过蓝牙接受到陀螺仪的反馈信号，经过单片机的处理，行李箱内的电机驱动模块就会驱动行李箱按照人的方向行驶，实现自动跟随。

3.根据权利要求2所述的一种行李箱自动跟随技术，其特征在于：所述陀螺仪为MPU6050陀螺仪，该陀螺仪集成了3轴MEMS陀螺仪、3轴MEMS加速度计、以及一个可扩展的数字运动处理器DMP(Digital Motion Processor)，可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器。

4.根据权利要求3所述的一种行李箱自动跟随技术，其特征在于：所述MPU6050陀螺仪对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量；传感器的测量范围均是用户可控的，可更精确地跟踪快速和慢速的运动，和所有设备寄存器之间的通信采用400kHz的I2C接口或1MHz的SPI接口。

5.根据权利要求1所述的一种行李箱自动跟随技术，其特征在于：所述红外测距系统包括红外发射电路、红外接收电路、放大电路、单片机电路和译码显示电路；在工作过程中，首先瞄准目标，然后接通电源，启动红外发射电路，向目标发射红外信号，到达待测目标物后漫反射回来，经红外接收电路接收，再经放大电路放大整形后，进入单片机电路，单片机电路中的距离计算单元计算完毕后将结果输送给译码显示电路显示目标物距离。

6.根据权利要求5所述的一种行李箱自动跟随技术，其特征在于：所述红外测距系统在向目标发射红外信号时，采样器会同时采样发射信号，作为计数器开门的脉冲信号，启动计数器，时钟振荡器向计数器有效的输入计数脉冲，由目标反射回来的红外线回波作用在光电探测器上，转变为电脉冲信号，经过放大器放大，进入计数器，作为计数器的关门信号，计数器停止计数，计数器从开门到关门期间，所进入的时钟脉冲个数，经过运算得到目标距离。

7.根据权利要求5所述的一种行李箱自动跟随技术，其特征在于：所述红外发射电路包括一个共射放大电路和一个作为开关的三极管电路组成的模块；在共射放大电路中，红外发光二极管TLN205接于共射放大电路的集电极，与基极和发射极相接的二极管起温度补偿作用；控制管脚Vin与68HC11E1芯片管脚Vcc相接，当控制管脚有信号输入时，控制电路的三极管导通，同时整个电路导通，红外发光二极管发射出红外光。

8.根据权利要求5所述的一种行李箱自动跟随技术，其特征在于：所述红外接收驱动电路和放大电路组合在一起，并设计为两级放大，包括红外接收管TPS708和两个电压串联负反馈模拟运算放大电路组成的模块；所述红外接收管接收反射回的红外光，此时红外接收管会产生一个与光强相对应的电流，所述电流经由LM358两级放大后，在输出端得到一个0～3V的模拟电压，作为68HC11E1单片机模拟输入量进行A/D转换，最后将转换结果在LED上显示出来。

9.根据权利要求8所述的一种行李箱自动跟随技术，其特征在于：采用负反馈模拟运算放大电路，对相应的输出量进行自动调节。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的一种行李箱自动跟随技术，其特征在于：所述行李箱内还设有刹车装置，当行李箱与人或障碍物的距离小于设定值时及时刹住行李箱，避免撞到行人。