一种具有自动跟随功能的智能旅行箱

摘要

一种具有自动跟随功能的智能旅行箱，包括箱体、处理器模块、蓝牙通讯模块、避障模块、电机驱动模块、电机模块；处理器模块包括处理芯片、调试接口、复位电路、复位芯片、短路冒、一号通讯接口、二号通讯接口；蓝牙通讯模块包括：蓝牙模组、电压转换芯片；避障模块包括：超声波模组、超声波探头；电机驱动模块包括：霍尔滤波电路、无感检测芯片、无感检测电路、电流驱动芯片、栅极驱动芯片、电机驱动电路、电流检测芯片；电机模块包括三相直流无刷电机、霍尔传感器。本发明可实现旅行箱随时跟随使用者行走的跟随功能，解放使用者的双手，满足使用者与日俱增的需求。

权利要求

1.一种具有自动跟随功能的智能旅行箱，其特征在于：在旅行箱体内安装有处理器模块、蓝牙通讯模块、避障模块、电机驱动模块，电机模块固定于旅行箱底部；

处理器模块包括处理芯片、调试接口、复位电路、复位芯片、短路冒、一号通讯接口、二号通讯接口；

蓝牙通讯模块包括：蓝牙模组、电压转换芯片；

避障模块包括：超声波模组、超声波探头；

电机驱动模块包括：霍尔滤波电路、无感检测芯片、无感检测电路、电流驱动芯片、栅极驱动芯片、电机驱动电路、电流检测芯片；

电机模块包括三相直流无刷电机、霍尔传感器。

处理芯片分别与调试接口、复位电路、短路冒、一号通讯接口、二号通讯接口、霍尔滤波电路、无感检测芯片、电流驱动芯片、电流检测芯片连接；短路帽还分别与复位芯片和复位电路连接；一号通讯接口与电压转换芯片连接；二号通讯接口超声波模组连接；

电压转换芯片连接与蓝牙模组连接；

超声波模组与超声波探头连接；

霍尔滤波电路与霍尔传感器连接；无感检测芯片与无感检测电路；无感检测电路与电机驱动电路连接；电流驱动芯片与栅极驱动芯片连接；电机驱动电路与栅极驱动芯片和电流检测芯片和连接；电流驱动电路还与三相直流无刷电机连接；

霍尔传感器与三项直流无刷电机内部连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有自动跟随功能的智能旅行箱，其特征在于：所述的电机驱动电路为三相Y连接全控电路，其具有六个桥臂，每个桥臂均具有一个MOS功率管，通电方式为两两通电方式。

3.根据权利要求1所述的一种具有自动跟随功能的智能旅行箱，其特征在于：具有霍尔滤波电路和无感采集电路，可以兼容有感和无感两种三相无刷直流电机。

说明书

一种具有自动跟随功能的智能旅行箱

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有自动跟随功能的智能旅行箱，实现旅行箱随时跟随使用者行走的跟随功能，解放使用者的双手，满足使用者与日俱增的需求。

背景技术

[0002] 目前市面上存在的旅行箱，大多功能结构单一，造型普通，仅能满足用人们行的基本要求。人们对旅行箱的需求正从基本的放置行李，想着多样化、复杂化、和个性化的方向发展。目前，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，世界上许多国家都在积极进行智能设备的研究和开发设计。伴随智能家居逐渐融入日常生活，因此，智能化的旅行箱也渐渐走进到了人们的视野中。

[0003] 智能旅行箱可以使用在室内、室外、车站等多种场合进行使用，其可以通过控制系统中的定位装置实时点到点定位到使用者的位置，并且通过传感器完成智能旅行箱与使用者之间距离的实时检测，以特定的距离实现旅行箱随时跟随使用者行走的跟随功能，在生活中为人们提供便利，以帮助使用者完成其他的任务。但由于室内环境的影响，普通的GPS定位方法将会受到较大的干扰，对于使用者的定位精度的误差较大，不能完整的实现自动跟随功能，而对于普通的室内定位方法，在人群较多的场合中也将受到不同程度的干扰与影响。另外由于旅行箱需要跟随使用者行走需要电机的支持，因此电机的种类、负载和使用方法也影响着所托运的行李的重量，同时控制系统的能耗也将影响智能旅行箱的续航时间。

[0004] 现如今的智能旅行箱已经集成有一些自动功能，例如智能上锁，App自动开锁，远距离自动报警，手机充电等功能，但若要稳定的实现旅行箱的自动跟随功能，还需要将控制系统进行更加深入的改进

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述缺点，并实现智能旅行箱的自动跟随功能。

[0006] 本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种具有自动跟随功能的智能旅行箱，其特征在于：在旅行箱体内安装有处理器模块、蓝牙通讯模块、避障模块、电机驱动模块，电机模块固定于旅行箱底部；

[0007] 处理器模块包括处理芯片、调试接口、复位电路、复位芯片、短路冒、一号通讯接口、二号通讯接口；

[0008] 蓝牙通讯模块包括：蓝牙模组、电压转换芯片；

[0009] 避障模块包括：超声波模组、超声波探头；

[0010] 电机驱动模块包括：霍尔滤波电路、无感检测芯片、无感检测电路、电流驱动芯片、栅极驱动芯片、电机驱动电路、电流检测芯片；

[0011] 电机模块包括三相直流无刷电机、霍尔传感器。

[0012] 处理芯片分别与调试接口、复位电路、短路冒、一号通讯接口、二号通讯接口、霍尔滤波电路、无感检测芯片、电流驱动芯片、电流检测芯片连接；短路帽还分别与复位芯片和复位电路连接；一号通讯接口与电压转换芯片连接；二号通讯接口超声波模组连接；

[0013] 电压转换芯片与蓝牙模组连接；

[0014] 超声波模组与超声波探头连接；

[0015] 霍尔滤波电路与霍尔传感器连接；无感检测芯片与无感检测电路连接；无感检测电路与电机驱动电路连接；电流驱动芯片与栅极驱动芯片连接；电机驱动电路与栅极驱动芯片和电流检测芯片和连接；电流驱动电路还与三相直流无刷电机连接；

[0016] 霍尔传感器与三相直流无刷电机内部连接。

[0017] 本发明所述的电机驱动电路为三相Y连接全控电路，其具有六个桥臂，每个桥臂均具有一个MOS功率管，通电方式为两两通电方式。

[0018] 本发明所述的电机模块固定在旅行箱底座上，其余模块共同固定在旅行箱箱体内部。

[0019] 本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、设计合理；2、本发明可以接收使用者手机中的蓝牙传输的信息计算出距离数值，并判断使用者的位置，实现精准定位，完成自动跟随功能；3、本发明中的避障模块可以检测出前方是否有障碍物并做出躲避障碍的选择；4、本发明可以兼容有感和无感两种三相无刷直流电机，兼容性较高；5、本发明将旅行箱的速度、距离等信息上传到使用者的手机蓝牙中，可以让使用者实时掌握旅行箱的动态。

附图说明

[0020] 图1是本发明实施例的电路结构示意图。

[0021] 图2是本发明的供电系统结构图。

[0022] 图3是本发明的供电系统电路图。

[0023] 图4是本发明的处理芯片和调试接口连接的电路图。

[0024] 图5是本发明的处理芯片、复位芯片、复位电路、短路帽连接的电路图。

[0025] 图6是本发明的一号通讯接口、一号三极管连接的电路图。

[0026] 图7是本发明的处理芯片和霍尔传感器连接的霍尔滤波电路图。

[0027] 图8是本发明的无感检测芯片和无感检测电路图。

[0028] 图9是本发明的电流检测芯片的连接电路图。

[0029] 图10是本发明的电机驱动电路的电路图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明。

[0031] 实施例：本发明包括处理器模块a、蓝牙通讯模块b、避障模块c、电机驱动模块d、电机模块e和箱体，处理器模块a、蓝牙通讯模块b、避障模块c、电机驱动模块d、电机模块e均安装在箱体中。

[0032] 如图1所示，处理器模块a：包括处理芯片1、调试接口2、复位电路3、短路冒4、复位芯片5、一号通讯接口6、二号通讯接口7。处理芯片1采用ARM Cotex-M0芯片，其型号为KEA128。调试接口2采用JTAG接口。复位芯片5型号为CAT809。一号通讯接口6采用4线UART接口与蓝牙通讯模块连接。二号通讯接口7采用4线UART接口与避障模块连接。

[0033] 蓝牙通讯模块b：包括电压转换芯片8、蓝牙模组9。电压转换芯片8采用SN74LVC2G07DBVR。蓝牙模组9采用CC2541蓝牙模块。

[0034] 避障模块c：包括超声波模组10、超声波探头11。超声波模组10采用AJ-SR04M-T-X超声波模块。超声波探头11采用角度可调节的防水型超声波换能器。

[0035] 电机驱动模块d：包括霍尔滤波电路12、无感检测芯片13、无感检测电路14、电流驱动芯片15、栅极驱动芯片16、电流检测芯片17、电机驱动电路18。无感检测芯片13采用LMV324IDR带有真差动输入的四运算放大器。电流驱动芯片15采用ULN2003AFWG是大电流驱动阵列。栅极驱动芯片16采用IR2103S半桥驱动器。电流检测芯片17采用ACS758LCB-100U霍尔电流传感器。电机驱动电路18为三相Y连接全控电路，其具有六个桥臂，每个桥臂具有一个MOS管19，共六个MOS管，MOS管的型号为AUIRFS8407。MOS管受到栅极驱动芯片15控制。

[0036] 电机模块e：包括三相直流无刷电机20，霍尔传感器21。

[0037] 信号驱动保护模块c：包括采样电阻19、稳压电路20、电压跟随器21。稳压电路20为2V稳压电路。电压跟随器21的型号为LM393。

[0038] 处理芯片1的JTAG调试引脚与调试接口2相连接。处理芯片1的复位引脚通过复位电路3和短路冒4与复位芯片5相连接。处理芯片1的第一个串口UART0连接到一号通讯接口6，一号通讯接口6与电压转换芯片8相连接，电压转化芯片8蓝牙模组9相连接。处理芯片1的第二个串口UART1引脚连接到二号通信端口7，二号通信端口7与超声波模组10相连接，超声波模组10与超声波探头11相连接。处理芯片1的三个I/O口与连接霍尔传感器21的霍尔滤波电路12相连接。处理芯片1的三个I/O无感检测芯片13相连接，无感检测芯片13与无感检测电路14连接。处理芯片1的三个I/O口和三个PWM脉宽调制输出口与电流驱动芯片15相连接，用于控制电机的转动，电流驱动芯片15与栅极驱动芯片16相连接。处理芯片1的一个AD转换接口和检测电流大小的电流检测芯片17相连接。

[0039] 电机驱动电路18的Y1到Y6构成三相Y桥全控电路的六个桥臂：一号桥臂Y1、二号桥臂Y2、三号桥臂Y3、四号桥臂Y4、五号桥臂Y5和六号桥臂Y6。一号桥臂Y1、二号桥臂Y2相连接构成了Y桥的第一边，三号桥臂Y3与四号桥臂Y4相连接构成了Y桥的第二边，五号桥臂Y5与六号桥臂Y6相连接构成了Y桥的第三边。所有桥臂中的MOS管的G极都与栅极驱动芯片相连接并受其控制。一号桥臂Y1与二号桥臂Y2相连接的引脚与无感检测电路14的第一相、三相直流无刷电机20的第一相相连接，三号桥臂Y3与四号桥臂Y4相连接的引脚与无感检测电路14的第二相、三相直流无刷电机20的第二相相连接，五号桥臂Y5与六号桥臂Y6相连接的引脚与无感检测电路14的第三相、三相直流无刷电机20的第三相连接。一号桥臂Y1与二号桥臂Y2相连接的引脚与电流检测芯片17相连接。

[0040] 霍尔传感器21与霍尔滤波电路12相连接。

[0041] 处理芯片1首先通过串口接收外部设备的信息，并对接收的信息进行处理。处理芯片1之后通过霍尔滤波电路12得到的霍尔传感器21信息或者无感检测芯片14得到三相直流无刷电机20的转子位置信息，从而控制电机的电压的输出。

[0042] 蓝牙通讯模块b的作用是与使用者手机连接，获取接收信号强度指示信息，并将信息传递给处理芯片1进行处理。电压转换芯片8的作用是完成将蓝牙模组10的通讯电平与处理芯片1通讯电平之间的转化，避免蓝牙模组10的工作电压超过其额定电压，造成一定的器件损害。

[0043] 避障模块c的作用是检测前方行进中的障碍信息，并将嘻嘻传递给处理芯片1进行处理。

[0044] 电机驱动模块d的作用是收集电机驱动电路18的信息给处理芯片1，并进行三相直流无刷电机20的驱动工作。其中电机驱动电路18采用两两通电方式，每一瞬间只有两个MOS管19导通，各MOS管19导通的顺序为Y1Y6，Y3Y6，Y2Y3，Y2Y5，Y4Y5，Y1Y4。这种导通方式可以得到更大的转矩，使得电机本体得到充分利用。电流检测芯片17利用霍尔效应原理获取检测流过MOS管19的电流，避免MOS管19和三项直流无刷电机在较大的异常电流下进行工作，避免造成损害。

[0045] 本发明还设置了供电系统。

[0046] 如图2所示，供电系统包括保护滤波电路22、+24V转数字12V电压电路23、12V转数字5V电压电路24、5V转数字3.3V电压电路25。

[0047] 如图3所示，为供电系统电路图。输入到系统的+24V电压经过由四号二极管D4、电解电容C15、电容C16组成的保护滤波电路22后与芯片LM2575-12V相连接。24V电压经过电机驱动电路18控制后直接供电机20使用。芯片LM2575-12V与电解电容C2、快速恢复二极管D2、电感L2和电解电容C11组成+24V转数字12V电压电路23，其输出经由电容C6、电容C7和磁珠H2组成的滤波电路得到+12V数字电压。+12V电压给电流驱动芯片15、栅极驱动芯片16供电。+24V转数字12V电压电路23的反馈输出端输入到由芯片LM2575-5V、电解电容C3、快速恢复二极管D3、电感L3和电解电容C12组成的12V转数字5V电压电路24，其输出经由电容C8、磁珠H3、电容C9组成的滤波电路输出+5V数字电压。+5V数字电压给处理芯片1、超声波模组12、无感检测芯片13、霍尔传感器21供电。芯片LM2575-5V所在稳压电路的反馈输出端输入到由电容C21、芯片G1117-3.3V、电容C17、磁珠LI1、电容C18组成的5V转数字3.3V电压电路25中，其输出的+3.3V数字电压为蓝牙模组10、电流检测芯片17供电。

[0048] 如图4所示，该图即为处理器模块a的JTAG调试接口电路图。处理芯片1的TRST、TDI、TMS、TDO、TCK、RTCK引脚分别于调试接口2的第3、5、7、13、9、11引脚相连接。调试接口2第4、6、8、10、12、14、16、18、20引脚与地相连接。调试接口2第1、2引脚与3.3V数字电压相连接。TRST、TDI、TMS、TDO四个引脚通过上拉电阻R40、R41、R42、R43与3.3V数字电压相连接。TCK、RTCK两个引脚通过下拉电阻R8、R9与地相连接。

[0049] 如图5所示，该图即为处理器模块a的复位电路连接图。处理芯片1的/RESET引脚与短路帽4的第二号引脚相连接，短路帽4的第一号引脚与复位芯片5的第二号引脚相连接，第二号引脚通过电阻R7上拉。短路帽4的第三号引脚与复位电路3相连接，复位电路3由电阻R10和电容C28串联组成。

[0050] 如图6所示，该图即为处理芯片1与蓝牙模组9之间的电压转换芯片8连接电路图。处理芯片1的第一个串口引脚RX0、TX0与电压转换芯片8的IN1和OUT2引脚相连接。电压转换芯片8的IN2和OUT1引脚与蓝牙模组的TX引脚和RX引脚相连接。其中R3和R13为上拉电阻，R3接给处理芯片1供电的5V电压，R13接给蓝牙模组9供电的3.3V电压。

[0051] 如图7所示，该图即为霍尔滤波电路12图。处理芯片1的PA0引脚、PA1引脚、PC7引脚为接受霍尔传感器21信号的三个输入引脚，分别与霍尔传感器21的HALL1、HALL2、HALL3的引脚相连接。其中电阻R22、R23、R24为上拉电阻，电阻R16、R17、R18和电容C25、C26、C27起到了RC滤波的作用。

[0052] 如图8所示，该图为无感检测电路14示意图。处理芯片1的PA2引脚、PA3引脚、PD2引脚为无感检测的引脚，分别与无感检测芯片13的OUT1引脚、OUT2引脚、OUT3引脚相连接。电阻R36、R40、R41和电容C40、C46、C47分别组成三个相应的RC滤波电路进行滤波工作。无感检测芯片的IN1引脚、IN2引脚、IN3引脚则分别与电机驱动电路18中PHASE1、PHASE2、PHASE3端。

[0053] 如图9所示，该图为电流加测芯片17组成的电流检测电路。处理芯片1的ADC0引脚与电流检测芯片17的SCLK引脚，电流检测芯片17的IP+引脚则与电流检测电路17中Y1桥臂MOS19管和Y2桥臂MOS19管连接处的PHASE1端相连接。

[0054] 如图10所示，该图即为电机驱动电路18的三相Y桥驱动电路图。处理芯片1的控制引脚通过电流驱动芯片15电流驱动放大后，电流驱动芯片15的PC3_OUT引脚、PD5_OUT引脚、PB4_OUT引脚、PD6_OUT引脚、PB5_OUT引脚、PD7_OUT引脚分别连接到三个栅极驱动芯片17的高输入HIN和低输入LIN。栅极驱动芯片17的VCC引脚与12V电源相连接。栅极驱动芯片17的VB引脚通过二极管LL4148连接到12V电源，并分别通过电容C38、C44、C58与VS引脚相连接。三个栅极驱动芯片17和HO引脚和LO引脚共六个引脚通过六个51欧姆的电阻与六个MOS管19相连接，组成了六个桥臂Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6，Y1与Y2连接处引出PHASE1引脚，Y3与Y4连接处引出PHASE2引脚，Y5与Y6连接处引出PHASE3引脚。PHASE1引脚、PHASE2引脚、PHASE3引脚连接到电机20，并提供给无感检测电路14和电流检测芯片17连接使用。

[0055] 工作原理：

[0056] 当旅行箱处于自动跟随工作模式时，其蓝牙通讯模块b中的蓝牙模组10将会与使用者的手机进行连接，并获取手机蓝牙的接收的信号强度指示，并将相对应的信息和数据通过一号通讯端口6发送至处理芯片1中。另外，避障模块c中的超声波模组12也会定时扫描前方的障碍距离信息，并将距离数据通过二号通讯端口传送到处理芯片1中。处理芯片1通过算法可以获取并定位使用者手机所在的位置，并进行进行路径规划。同时，处理芯片1通过霍尔滤波电路12获取电机的霍尔传感器21的数值，或者通过无感检测电路14与无感检测芯片12所检测到的数值，判断三相直流无刷电机20转子的位置，输出PWM脉宽调制，经过电流驱动芯片15将脉宽调制的电流信号放大，进而通过栅极驱动芯片16控制电机驱动电路18的六个MOS管19导通与断开，控制输出到三相直流无刷20的电压，从而控制电机的转动速率，使旅行箱与使用者保持在一定的距离范围之内，完成旅行箱的自动跟随功能。在三相直流无刷电机20运转时，电流检测芯片17将会对流过电机的电流进行检测，若处理芯片1检测到的电流超过额定电流，将会停止系统的运行，以免造成危险。蓝牙模组10还会定时将旅行箱的速度、距离等信息上传到使用者的手机蓝牙中，可以让使用者实时掌握旅行箱的动态。

[0057] 本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。