基于单片机的多功能智能行李箱设计
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摘 要：针对一般行李箱依靠人力推动，现代智能行李箱又过于昂贵的问题，设计一款由单片机为核心的多功能智能行李箱，实现了行李箱自动跟随主人行走，遇到障碍物自动改变方向，随时监测物体重量，指纹解锁安全可靠等功能。实验表明，该行李箱成本低、灵活性高，具有广阔的市场前景和研发价值。
关键词：HX711;自动跟随;指纹解锁;智能行李箱;红外跟随技术;障碍物
中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）03-00-02
0 引 言
2016年，美国Bluesmart公司首次面向公众推出了第一代智能行李箱，拥有定位追踪、手机操控等功能。随后，多家科技型创业公司相继推出了类似的产品，引起了行李箱产品设计上的一次革命。在此行业背景下，本文设计了一种基于单片机的自动跟随行李箱，采用红外跟随技术实现行李箱自动跟随的能力，结合电容式指纹技术保障行李箱安全性，超声波实现智能避障和HX711芯片实现称重中A/D转换的功能。
1 系统的总体设计
多功能智能行李箱系统主要由单片机核心板、红外线感应光电开关、LED显示屏、全桥式电路和电容式指纹解锁等组成。该系统利用L289N电机驱动模块控制左右两组电机的转动以实现行李箱的自动跟随（前进、停止、左转或右转），HX711芯片实现对行李箱物品重量的估算，电容式指纹解锁提高行李箱的安全性，超声波避障模块用来确保行李箱能够正常行驶、跟随主人，电源模块可用于手机，电脑等USB接口的紧急充电。系统的功能框图如图1所示。
2 硬件电路设计
2.1 自动跟随模块
行李箱安装红外探测器，其用于探测前方主人位置。CPLD不但可以快速检测复杂可编程逻辑器件， 还可以处理红外线检测装置以及信号接收器的输入结果。
依据系统分析，实现两组电机工作状态的转换，进而执行相应的指令—跟随主人（前进、停止、左转或右转）。行李箱采用前轮驱动，后轮跟随模式，前轮安置两个电机驱动，分别控制两个轮子的转动从而达到自动跟随的目的，后轮是起支撑作用的万向轮。在箱体的左右两侧安装两个红外线传感器，当左边传感器检测到障碍物时，相应的程序驱动左轮转动，行李箱向右方转动;反之亦是如此。自动跟随流程如图2所示。
2.2 智能避障模块
超声波作为探测装置，检测到障碍物时能及时反射。距离测量原理一般采用回波时间法，即检测超声波往返所测距离的时间。当发射器发出一个短脉冲时，定时器启动;当接收器接收到返回脉冲时，定时器立即停止。
此时记录的时间值为：
D=CT/2
C= （331.4+273t） m/s
智能避障流程如图3所示。
2.3 称重模块
该模块采用压力传感器对数据进行采集，C51实现数据的处理，HX711对模拟量进行A/D转换，转换后的数据送到单片机进行处理，由LCD1602液晶显示，如图4所示。
称重作用的实现是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号，输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。
原理：
V1=V2·W
式中：V1表示满量程输出电压;V2表示激励电压;W表示灵敏度。
AVDD=VBG·（R1+R2）/R2
由此计算得到压力传感器的电压AVDD。
HX711模块通道A和B的可编程增益分别为128/64和64，相比较而言，A通道更适合用于该系统;然后采样输出，单片机通过指定命令将24 bit数据读出;将A/D值逆转换为重力值，数据显示在LCD1602屏上。HX711管脚定义如
图5所示，称重模块流程如图6所示。
2.4 指纹解锁模块
这里通过已经写好的C语言程序来进行录入指纹和识别指纹。录入指纹之后，通过驱动电机来控制行李箱，使行李箱可以开关。指纹解锁流程如图7所示。
指纹解锁模块采用的是电容式指纹解锁：电路按照特定的像素地址对指纹进行扫描，内部电路对得到数据进行分析，在误差允许的范围内，选取相应的参数，经过几次重复扫描，得到最合理的参数后，信号再经过被滤波、放大、量化等操作，最终得到完整的图像信号，由此完成了指纹信息的采集及传输的操作。
空指纹状态长按设置键3 s，蓝色LED闪烁，进入录入状态：可以直接录入第一枚指纹;其它指纹必须由主人授权通过后才能录入。指纹识别成功，会驱动电机开锁;识别失败，相应的红灯会亮起，起到警示作用，连续3次识别失败，电机会处于强制停止状态，无法开锁。
3 软件设计
启动程序之后，单片机初始化，前进过程中检测到障碍物的时，执行避障功能，避障完成之后，判断是否跟随主人并继续前进。系统流程如图8所示。
4 结 语
本文设计实现的多功能智能行李箱能够为现代人提供自动跟随、智能避障、指纹解锁、称重等功能，扩展了智能行李箱的应用，成本低、控制灵活可靠、传输时延较短;能够实时跟随，实时监测行李重量，做到安全出行。智能行李箱克服了传统行李箱结构简单、功能单一的缺点，搭载单片机智能芯片，使行李箱智能化、自动化，方便了人们的生活，对于传统行李箱行业的发展具有重要意义。
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