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自動跟蹤智能行李箱方案
基于藍牙的自動跟蹤智能行李箱設(shè)計
21世紀(jì)以來，隨著信息革命的展開，智能控制技術(shù)開始廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)實生活，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，智能手環(huán)、無人機、自動駕駛、皮膚電路、自動掃地機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)下人們對電子設(shè)備的要求已經(jīng)不僅僅停留在舒適和實用的層次，而是對技術(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)量仍舊沒有因此有所改變。為此，本文提出將自動跟蹤技術(shù)應(yīng)用到行李箱上，真正做到便捷出行。
一、自動跟蹤智能行李箱整體設(shè)計方案
我們設(shè)計的基于Bluetooth4.0的自動跟蹤智能行李箱系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如下：一個主藍牙與兩個從藍牙同時進行配對，從而構(gòu)建出藍牙無線通信網(wǎng)絡(luò)。
主藍牙從協(xié)議棧中提取來自兩個從藍牙的接收的信號強度指示（Received Signal Strength Indication，RSSI）數(shù)據(jù)并傳輸給K60微控制器進行處理，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)在液晶屏上實時顯示。系統(tǒng)總體構(gòu)架如圖1所示。
二、自動跟蹤智能行李箱開發(fā)流程
2.1藍牙配對功能設(shè)計
利用IAR編譯軟件對Bluetooth4.0模塊進行開發(fā)，對廣播間隔、最大掃描從機數(shù)等參數(shù)進行修改。
上電后主藍牙開始進行廣播掃描，得到從藍牙的mac地址，經(jīng)選擇確認(rèn)便可實現(xiàn)藍牙的主從配對。配對之后的通信過程不再受其他外來信號干擾，由此確保了藍牙配對的唯一性與穩(wěn)定性，即兩個從藍牙只能與一個主藍牙進行配對且工作過程不易中斷。
2.2自動跟隨功能設(shè)計
主藍牙從協(xié)議棧中提取兩個從藍牙的RSSI數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給微控制器。微控制器采用10ms定時器中斷的方式接收并存放主藍牙分時發(fā)送的兩個從藍牙的RSSI數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行脈沖均值濾波，消除雜波后得到兩個穩(wěn)定的RSSI數(shù)據(jù)。微控制器將兩個穩(wěn)定的RSSI值進行比較，依據(jù)RSSI的值越小則信號強度越弱且距離越遠，判斷出當(dāng)前具有較小RSSI的是距離最遠的從藍牙。將兩個從藍牙的RSSI數(shù)據(jù)進行作差，差值通過PID算法加入到舵機控制中，由此便可實現(xiàn)行李箱的自動跟隨。另外，微控制器通過設(shè)定一個RSSI的閾值來控制行李箱與用戶的距離，當(dāng)RSSI當(dāng)前信號強度大于該閾值時，行李箱減速，反之則加速，以此保證用戶與行李箱之間的實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
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間內(nèi)變化不明顯的問題，本文設(shè)計1s的定時器中斷來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并通過轉(zhuǎn)換電路將電壓輸出給微控制器，不同的溫濕度會導(dǎo)致輸出給微控制器的電壓值不同。微控制器在一個中斷周期內(nèi)按照時序輸入指令來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。
重量的獲取通過壓力傳感器內(nèi)部的壓敏電阻值的變化反映，并以此計算物品的重量。壓力傳感器將采集的信號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，再通過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)計一蜂鳴器，能夠在物品重量過重時發(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
本設(shè)計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)級的GPRS無線通信定位功能模塊，模塊利用SIM卡和運營商GPRS網(wǎng)絡(luò)提供無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信，通過對模塊遠程設(shè)置定時上報GPS坐標(biāo)信息。
設(shè)計在硬件上將GPS的控制部分寫入10ms定時器中斷，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命令來控制GPRS模塊實現(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)計在軟件上連接ET-iLink物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)庫，提取當(dāng)前自動跟蹤行李箱的位置信息，將位置信息嵌入到高德地圖中。在地圖中采用小車圖標(biāo)表示行李箱的位置，用戶通過觀察小車位置的移動即可確定行李箱的行駛路線。
三、自動跟蹤智能行李箱的功能優(yōu)勢
設(shè)計的自動跟蹤行李箱具有自動跟隨、定位以及實時顯示物品的重量和環(huán)境的濕度等功能。藍牙模塊獨有的mac地址及上電后主藍牙的選擇配對，保證了自動跟隨過程外界信號難以干擾且通信過程的穩(wěn)定。GPS模塊的定位，確保在用戶使用過程中行李箱丟失可隨時定位尋回，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)計的行李箱成本低廉，功能的實現(xiàn)符合大眾需求，易于推廣，因此具有較高的市場前景。
總結(jié)
本文設(shè)計了一套基于Bluetooth4.0的低功耗自動跟蹤系統(tǒng)，并對硬件系統(tǒng)搭建和軟件算法設(shè)計進行深入研究。該自動跟蹤系統(tǒng)具有很好的適應(yīng)性，能排除各種外來信號的干擾，同時該系統(tǒng)具有功耗低、續(xù)航時間長、操作人性化、智能防丟等多方面優(yōu)點，能夠完成實時跟蹤定位。另外，該自動跟蹤定位系統(tǒng)將自動化控制理論與人工智能有機結(jié)合起來，對自動跟蹤行李箱的設(shè)計有著至關(guān)重要的影響。
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