跟随式自动行李箱.docxVIP

机电一体化大作业自动跟随行李箱设计 组长： 刘志模型建模) 组员: 张平模型建模) 郑 顺孙健控制系统）曾小良胡宇传动，程序） 指导老师：李敏2014年11月目录自动跟随行李箱设计1总体思路21.引言32.控制系统硬件设计思路32.1控制芯片的设计32.2超声波传感器的设计42.3电源的设计52.4??无线串口模块设计62.5??直流电机驱动设计7 2.6蓄电池的选择103.传动设计104.程序设计125.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的方位与距离，以实现智能跟随的功能。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。行李箱的驱动采用直流电机驱动，直流电机的动力来源由蓄电池提供。总体参数设计：行李箱的外观尺寸为70cm×40cm×20cm，总质量20kg、根据成人步行的一般速度设计跟随速度为，正常工作时间为4小时。（计算所涉及的重力加速度。）1.引言随着社会的进步，智能化技术已经应用到各行各业，利用传感器自动导航的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，成功实现行李箱的自动跟随。2.控制系统硬件设计思路单片机通过采集行李箱前面5个超声波的值，判断行人的当前位置，然后控制直流电机，实现行李箱的转向，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的判断和距离阀值的修改。图1 控制系统硬件控制结构图2.1控制芯片的设计本控制器采用飞思卡尔公司生产的S12XS128芯片做控制芯片，S12芯片具有SCI,PWM等功能，同时具有丰富的I/O引脚，成本低廉是用方便，可以实现本控制器的功能。图2 控制芯片电路图2.2超声波传感器的设计本传感器采用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电源的设计 ?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LM2940提供5V电压。LM2940电路原理如图所示。图5 LM2940电路原理图2.4??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，提供多个频道的选择，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，其嵌入高速单片机和高性能射频芯片。创新的采用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰和灵敏度都大大提高，最大可以纠24bits连续突发错误，达到业内的领先水平。APC200A-43模块提供了多个频道的选择，能够透明传输任何大小的数据，而用户无须编写复杂的设置与传输程序，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，丰富便捷的软件编程设置功能，使APC200A-43模块能够应用与非常广泛的领域。 2.5??直流电机驱动设计?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个直流电机的正反停。因为是四轮驱动，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，则有每一个轮所受的力为50N。轮胎与路面的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 轮胎与路面的滚动摩擦系数表则有：每一个滚轮所受到的滚动摩擦力：，滚动摩擦力形成的力矩：；行李箱受到的总摩擦力：，总的摩擦力矩：滚轮角速度：，转速：。电机的输出转矩T和总的摩擦力矩相等，则有电机的输出功率。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 JGB37-520直流电机参数表型号：JGB37-520参数表电压Voltage空载No Load?堵转Stall减速器Reducer重量范围额定转速电流转速电流扭矩扭矩电流