跟随式自动行李箱

机电一体化大作业自动跟随行李箱设计

组长：刘志鸿20１27631（模型建模）

组员：张平亮20１276２4（模型建模）

郑顺孙健锟20１27633（控制系统)

曾小良胡宇涵2０１27626(传动，程序)

指导老师:李敏

2014年11月

目录

自动跟随行李箱设计ﻩ1

总体思路ﻩ２

1、引言ﻩ3

2、控制系统硬件设计思路ﻩ３

2、１控制芯片得设计 (3)

2、２超声波传感器得设计................................................................................ ４

2、3电源得设计............. ５

２、4 无线串口模块设计ﻩ6

２、5 直流电机驱动设计 (7)

2、６蓄电池得选择ﻩ

10

10

3、传动设计ﻩ

4、程序设计 (12)

５、模型结构............................................................................................................ １3 自动跟随行李箱设计

总体思路

控制系统通过测距传感器感知主人得方位与距离，以实现智能跟随得功能.

硬件电路主要采用单片机、超声波测距模块、电机驱动模块、无线串口信号传输模块；软件部分由上下位传感器调试程序构成。行李箱得驱动采用直流电机驱动，直流电机得动力来源由蓄电池提供。

总体参数设计:行李箱得外观尺寸为70cm×40cm×20ｃm，总质量20ｋg、根

据成人步行得一般速度设计跟随速度为

,正常工作时间为４小时。（计算所涉及得重力加速度。)

1、引言

随着社会得进步,智能化技术已经应用到各行各业，利用传感器自动导航得机器人已经得到应用,但使用CCＤ摄像头传感器,价格高,处理复杂,成本高,如果在自动跟随行李箱中采用超声波传感器，其传感器有体积小,处理简单,成本低等优点，因此本设计中采用超声波传感器,成功实现行李箱得自动跟随。

２、控制系统硬件设计思路

单片机通过采集行李箱前面5个超声波得值，判断行人得当前位置,然后控制直流电机，实现行李箱得转向，前进，后退等功能，单片机通过无线串口模块,把当前传感器数据传输给上位机，通过上位机数据显示来进行传感器好坏得判断与距离阀值得修改。

图1 控制系统硬件控制结构图

２、1控制芯片得设计

本控制器采用飞思卡尔公司生产得S12XS12８芯片做控制芯片，S12芯片具有SＣI，PＷM等功能,同时具有丰富得I／O引脚，成本低廉就是用方便,ﻩ可以实现本控制器得功能。

图2 控制芯片电路图

２、2超声波传感器得设计

本传感器采用HY-SRＦ超声波模块,工作电压为5V,工作电流为１５ＭA，工作频率40HZ，最远探测距离4、５M,最近探测距离2CＭ，探测角度为15度，在本设计中行李箱前部均匀分布有5个传感器，实现前方都可以探测到人，防止视野死角。

图3 超声波传感器电路图

图4 超声波模块

2、3电源得设计

在本设计中单片机,超声波模块，无线串口都需要5V供电，所以电源采用L Ｍ2940提供5Ｖ电压。ＬM２９40电路原理如图所示.

图5 LM2940电路原理图

ﻫ2、4 无线串口模块设计

无线串口采用APＣ200-4３多通道为功率嵌入式无线数据传输模块。ＡPC200－４３模块式高度集成半双工微功率无线数据传输模块,提供多个频道得选择，可在线修改串口速率，发射功率，发射频率等各种参数,同时具有小体积宽电压运行，传输距离较远可以应用与本设计中。

图6 APＣ２00—４3无线串口模块

ＡPC20０A－4３模块就是高度集成半双工微功率无线数据传输模块,其嵌入高速单片机与高性能射频芯片。创新得采用高效得循环交织纠检错编码,抗干扰与灵敏度都大大提高，最大可以纠24bits连续突发错误,达到业内得领先水平.ＡPC200A－43模块提供了多个频道得选择,能够透明传输任何大小得数据，而用户无须编写复杂得设置与传输程序,并提供UARＴ/TTL,RS４85以及RＳ232三种接口.同时小体积，宽电压运行,较远传输距，丰富便捷得软件编程设置功能,使APC２00A—43模块能够应用与非常广泛得领域。

ﻫ2、5 直流电机驱动设计ﻫ在本设计中电机驱动模块采用Ｌ2９8N 双H桥直流电机驱动器.本驱动供电范围５v-7v,最大功率2０Ｗ。本模块可以控制2个直流电机得正反停。因为就是四轮驱动，所以采用２块L298N双Ｈ桥直流电机驱动器可满足要求。轮半径R＝5cm,跟随速度为

.假设行李箱质量分布均匀，则有每一个轮所受得力为50Ｎ。轮胎与路面得滚动摩擦系数如下表，将行李箱滚轮近似视为实心橡胶轮胎,路面为优质路面，将滚动摩擦系数近似取0、1。

表１轮胎与路面得滚动摩擦系数表

则有：

每一个滚轮所受到得滚动摩擦力：

，

滚动摩擦力形成得力矩：

;

行李箱受到得总摩擦力: ,

总得摩擦力矩:

滚轮角速度： , 转速： 。

电机得输出转矩T 与总得摩擦力矩相等,则有电机得输出功率。

考虑到电机效率一般为80%，故实际电机功率

根据摩擦力扭矩1N ·M 选择电机型号，并结合控制电路所选电机如下表加色行，具体参数见表格。

表2 J ＧB3７-520直流电机参数表

型号:J ＧB37-520

参数表

电压Volt ａge 空载Ｎo Loa ｄ 堵转S ｔall 减速器Re ｄuc

ｅr 重量

范围

额定 转速

电流

转速 电流

扭矩 扭矩

电流

减速比 尺寸

Ｗeig ｈt Wo ｒka ｂｌe R ａted Sp ｅed

C ｕrre

ｎt Ｓｐ

eed Curren ｔ Tor ｑue To ｒque Ｃｕrr ｅ

nt

Rat ｉo Siz ｅ

单位 Ra ｎge Volt 、V r ｐm ma rpm m ａ kg 、cm

kg 、ｃ

m

Ａ １:00 mm g 3—9 6v 128

、０7 0、２8 2 ６、２５ 19 144 3—9V ６V 8 0、１ 0、4 2 10 19

1４4 ３—9V

６V 425

300

3４0 7０0 0、18 0、７2 2 1８、8 22

１50