首先，我先简单介绍一下下面的“长文”
总字数：27000；图片：68张；页数（A4）：80；包括原理图、程序流程图、程序源代码等。
【关键词】：自动跟随；UWB定位；智能行李箱；分布式硬件；指纹解锁；智能称重；超距报警；USB快充
【创新点】：1、在自动跟随系统设计中，对定位技术和定位跟随方法进行了比较分析，建立了行李箱运动的数学模型，设计了一套自动跟随方法；2、在智能跟随行李箱功能设计中，增加了指纹解锁、自动称重、超距报警、USB双向快充四大功能；3、提出了一种分布式控制系统硬件结构方案，提高了系统的实时性和可靠性。
【功能】：1、定位跟随：首先通过定位技术确定行李箱与用户的相对位置，然后通过自动跟随算法驱动行李箱底部的动力电机，达到跟随的效果。2、自动避障：通过超声波、激光雷达等测距传感器识别障碍物，然后做出避障决策，驱动行李箱底部的动力电机，达到避障效果。3、指纹解锁：通过光电式或电容式指纹传感器采集并识别指纹信息，通过指纹解锁提高行李箱的安全性能。4、自动称重：设计在行李箱侧面的称重传感器，自动测量行李箱及箱内物品整体重量。5、超距报警：基于定位技术，识别到行李箱与用户距离超过预定距离值后，自动产生报警信号，提高行李箱的安全性能。 超距报警分为两个距离段，当行李箱与用户距离超过1.5m时，发出短暂报警声；当距离超过2.5m时，持续发出报警声，直到距离恢复到1.5m以内。
题目：多功能智能行李控制系统设计摘要
科技产品不断融入人们的生活，为人们带来便利。近年来，智能旅行相关箱包产品不断涌入市场，其丰富的功能和自动跟随功能不仅解放了人们的双手，还满足了人们旅行时的需求，提升了人们的出行体验。
针对目前市场上智能跟随旅行箱功能和自动跟随性能的不足，结合人们的需求，本文设计了一种多功能智能跟随旅行箱控制系统。在自动跟随系统的设计中，对定位技术和定位跟随方法进行了比较分析，建立了旅行箱运动的数学模型，设计了一套自动跟随方法。其中，定位模块基于UWB超宽带定位技术，实现了旅行箱对用户的精确定位，且抗多径干扰能力强；TOF+AOA定位方法通过减少基站数量，降低了硬件成本，同时还能保证定位精度；工业级超声波模块，可以精确感知环境中的障碍物。另外，本文对旅行箱驱动系统进行了分析计算，以满足旅行箱对功率的要求。
在智能跟随行李箱功能设计中，增加了指纹解锁、自动称重、超距离报警、USB双向快速充电四项功能，并根据行李箱的使用环境进行了器件选型及电路设计。在控制系统硬件设计中，提出了分布式控制系统硬件结构方案，以提高系统的实时性和可靠性。同时，对控制系统中的自动跟随、指纹解锁、智能称重三大系统进行了软件设计。最后，搭建了多功能智能跟随行李箱实验测试平台，对系统中各模块的硬件电路和软件程序进行测试。
关键词：自动跟随；UWB定位；智能行李；分布式硬件；指纹解锁
并融入人民的生活，为人民带来福祉。多年来，人民已经融入了人民的生活中。它不仅丰富了人民的生活，也满足了人民的需求。
本文针对的和的需要，提出了一种多模天线。在的中，和为和，天线的模型为，有一组为。其中，是基于UWB的，对用户的天线具有较高的抗干扰能力；在的基带中，TOF+AOA可以降低成本；天线可以感知的。在的中，本文提出了天线驱动来满足天线的功率要求。
在后备箱中增加了四个， 、 、 报警和USB双向快插。 和 可供后备箱使用。
关键词：，UWB，，，，锁定
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1. 简介 1.1 简介
科技在不断改变我们的生活，行李箱是人们出行的好帮手，最早的行李箱可以追溯到20世纪20年代的木质行李箱，随着航空业的发展，1972年带轮子的行李箱在美国问世[1]，直到1987年才出现配备轮子和拉杆的直立式行李箱，解决了机组人员的跑动问题，并逐渐在全球市场流行起来。行李箱大大方便了人们的出行，如今的行李箱不仅更加美观、人性化，万向轮的使用也让拖拽更加方便。在如今的移动互联网时代，各种智能设备逐渐融入到人们日常生活的各个领域，智能行李箱也不例外，定位防盗、自动跟随、智能称重、USB充电等功能都可以通过智能硬件融入到行李箱中，尤其是自动跟随功能，让你可以解放双手，边走边玩。 智能旅行箱的问世是旅行箱发展史上的一次重大突破，但智能旅行箱的发展才刚刚开始，市面上的智能旅行箱存在稳定性差、性价比低等缺点。本文设计的多功能智能跟随旅行箱也是一款自动跟随的旅行箱，并具备指纹解锁、USB充电、超距报警、智能称重等实用功能。
图1.1 1980年的旅行箱（左） 图1.2 2020年的智能跟进旅行箱（右） 1.2 研究背景及意义
我国正处于科技创新发展的关键时期，经济发展进入新常态，经济增长由高速转入中速。基于此，党的十九届五中全会明确提出要加强国家科技实力，提高企业科技创新水平，通过创新驱动和优质供给创造新需求，打造经济发展新动能[2]。科技发展至今，智能设备、模块不计其数，都有着完善的技术支撑。在不断迭代中，这些智能设备和技术不断升级优化，为科研机构、高校、企业等地提供了源源不断的研发支持。各种各样的科技产品不断涌入人们的生活，给人们的生活带来重大改变。产品的智能化程度也越来越高，越来越多的智能产品逐渐替代人工操作，大大提高了人们的工作效率，不断解放人力。智能随身行李箱就是众多科技产品之一。
旅行箱是人们生活中不可缺少的物品，如果要出远门旅行，就离不开旅行箱。旅行箱的发展经历了近一个世纪的发展，从木质旅行箱到如今的带轮旅行箱，随着人们的不断改进，无论在形态上还是实用性上都发生了很大的变化。万向轮的使用也让人们使用起来更加方便、经济，机械密码锁的设计也让旅行箱更加安全。然而即便如此，人们的需求还是越来越大。长时间拖着旅行箱会让人感觉非常疲惫，拖着旅行箱会占用一只手，称重时不方便移到秤上，存在遗忘或被盗的风险等。智能随动旅行箱的研究就是为了解决上述问题[17]，早在2011年就有人们研究智能旅行箱的迹象，可以实现对旅行箱内物品的自动称重。 随后几年，指纹解锁、超距报警、远程定位、自动跟随等更多智能功能被赋予行李箱，2016年以后，全球市场上出现了以自动跟随为主要功能的多功能智能跟随行李箱产品。时至今日，不少智能箱包研发公司根据人们的使用体验、机构对自身产品的测试、智能箱包功能的优化升级，已经迭代了多款产品，如今的产品功能更加丰富，稳定性更强，更贴合人们的需求[3]。
传统行李箱一般是拖着或者推着，比较累，而且双手要空出来拿其他物品，虽然能满足装行李的需求，但是体验感不是很强。智能跟随行李箱是近年来发展起来的新产品，将近距离定位技术、无人驾驶技术等智能技术应用到传统拉杆行李箱上，让行李箱能够自动跟随用户，与行李箱、自动跟随机器人也有关系。
其丰富的功能带给人们丰富多彩的使用体验：其自动跟随功能可以让人们一手打电话或发信息，另一手搬运一些物品，解放了用户的双手，给予用户更多的自由，减轻了人们出行的负担；其追踪定位、超距报警功能可以使旅行箱拥有更高的安全性能；其指纹解锁、手机APP解锁等电子解锁方式，可以在提高旅行箱安全性能的同时，更加快捷方便地开启自己的旅行箱；其可拆卸的便携式移动电源，让旅行箱具备了USB充电功能，可以在紧急情况下为手机等电子设备充电，解决人们的意外需求。
新生事物从发展到成熟需要较长的时间，目前市面上的智能跟随行李箱普遍存在稳定性不足、跟随效果差、功能单一、价格昂贵等影响用户体验的问题[5]。
本文研究的多功能自动跟随行李控制系统，是为了解决自动跟随稳定性、准确性等问题，并赋予行李箱更丰富的功能，如指纹解锁、智能称重、超程报警等。旨在基于稳定的控制系统更好地提高用户的出行体验和生活水平，方便人们的出行。此外，智能跟随行李的发展对促进国计民生科技和战略新兴产业的发展具有重要作用。
1.3 国内外研究现状1.3.1 智能跟随行李箱国外研究现状
国外对智能跟随行李箱的研发起步较早。2015年4月，以色列一家AI公司向公众发布了一款机器人行李箱产品的概念模型。该行李箱内置摄像头和动力驱动装置，可通过蓝牙连接用户手机，具有自主跟随用户、与用户互动的功能。行李箱还能自动检测箱内物品的重量，让用户在旅途中快速了解行李是否超重。它还具备防盗报警功能，当超出预定安全距离时会发出警报。此外，它还能通过内置充电系统为手机等电子设备充电。不过，在众筹到200万美元后，该AI公司尚未将产品交付给消费者，目前正在研发无人机产品[3]。
2016年，美国公司Blue smart向公众推出了第一代智能旅行箱Blue smart One。相较于以色列AI公司的机器人旅行箱概念模型，Blue smart One拥有更多功能，例如通过手机APP以GPS追踪旅行箱、用手机锁定和解锁旅行箱、记录飞行距离和降落机场等。它的出现将旅行箱带入了智能物联网时代，试图让旅行箱成为人们旅途中的得力助手。在Blue smart之后，国内外多家科技创业公司纷纷推出类似产品，甚至包括美国、德国等国际知名箱包公司，但功能水平参差不齐，存在稳定性不高、实用性差、性价比低等诸多问题。
1.3.2 国内智能箱包研究现状
国产行李箱的发展可以追溯到2016年。2016年4月，安徽机器人创业公司酷哇机器人展示了一款名为“”的智能行李箱概念模型并开始众筹。它可以实现自动跟随和自主避障。这款行李箱的外观与普通行李箱几乎无异，最大的创新在于它的驱动轮被置于行李箱底部中间，可以自动升降，应用了飞机起落架的原理。在使用过程中，用户可以随时切换自动跟随和手动模式。和很多国外产品一样，它拥有GPS定位系统、距离感应系统、可拆卸便携式移动电源USB供电等功能。30天共募得58345美元。2018年产品上市后，售价高达万元，后来公司为了降低成本，缩减了功能，最终对产品的实际效果和市场表现并不满意。 目前，酷哇机器人已经停止了智能行李箱的研究，转而专注于复杂城市场景下的智能驾驶、智能网联技术的研发和应用[3]。
此后，国内相继有多家公司研发并销售智能跟随旅行箱，包括上海润米科技股份有限公司、北京灵动科技有限公司、常州艾尔维智能科技有限公司、深圳市爱途仕智能科技有限公司等。目前，除了媒体报道称上海润米科技在发布90FUN自平衡智能跟随旅行箱后，并未继续研发新品外，其余三家公司仍在持续研发并销售智能跟随旅行箱。其中，表现最为亮眼的当属灵动科技的OVIS智能跟随旅行箱，其自主跟随稳定性强，人性化功能丰富。
图1.3 国内四大旅行箱，从左到右依次为：爱拓思、酷哇、艾薇儿、灵动科技
虽然智能箱包产品相较于第一代产品已经有了很大的改进和优化，但在功能性和性价比方面仍然存在较大的缺陷，部分品牌的箱包管控效果仍较差。如酷哇智能跟进箱包采用激光雷达和摄像头技术扫描距离箱包最近的人，容易跟错人；爱途仕采用蓝牙信号定位追踪，但存在配对困难、功率非线性、易丢失、手动时只能垂直推动等问题，严重影响用户体验。
1.4 本文的主要研究内容
本文就市面上多功能智能跟随旅行箱产品的稳定性、可靠性、功能的丰富性以及是否符合人性化设计进行分析，优化设计旅行箱的定位跟随系统，保证旅行箱自动跟随的稳定性和可靠性。在人性化设计方面，增加了指纹解锁、自动称重、超距报警、USB双向快充四大功能，充分满足用户的使用需求。
本论文的研究重点为自动跟随，行李箱自动跟随用户的实现基于定位技术、动力驱动和定位跟随算法。论文分析了GPS、机器视觉、UWB等七大定位技术以及TOA、TOF、AOA等五种定位跟随方法，比较并选择了适合室外定位、精度高、稳定性高、抗干扰能力强的技术方法。另外，针对行李箱的自动跟随功能，建立了行李箱运动模型，实现了自动跟随软件编程。在动力驱动设计中，采用简化的理想模型计算动力电机的力矩和转速，使行李箱的动力能够满足用户正常的步行速度。
在控制方案选择上，基于对实时性和可靠性要求较高，选用多处理器分布式控制，方便控制系统的升级和维护。在其他功能的实现上，通过查阅相关文献，分析各功能的相关技术原理，然后进行硬件和软件设计。硬件设计包括模块选择和电路设计。在模块选择上，本设计以体积小、重量小、功耗低、抗干扰能力强、防水能力强、集成度高的原则，选择适合安装在手提箱内的模块器件。在电路设计上，根据自身的知识储备以及相关硬件的用户手册和数据手册，设计合理的硬件方案。软件设计包括三部分：自动跟随系统软件设计、指纹解锁软件设计、智能称重软件设计。在软件设计上，基于硬件电路和控制器，设计各功能部分。最后对系统各功能部分进行测试分析。 在对各功能模块单独测试的情况下,将各部分模块整合在一起进行联调测试,分析多功能智能跟随旅行箱的综合性能。
2.系统总体设计及原理分析
本章主要对智能跟随行李箱控制系统进行总体设计规划，提出功能需求，并分析比较定位、跟随技术相关的理论基础和实现方法。最后对行李箱的材质、尺寸、外观等进行说明，提出控制系统的控制对象。
2.1 总体功能需求分析
通过对市面上智能跟随旅行箱的调查研究以及用户的反馈，本次设计的主要内容包括定位跟随、自动避障、指纹解锁、自动称重、超距报警、USB双向快充功能的设计。其中定位跟随和自动避障功能需要实现精准定位和稳定跟随，是主要的研究对象。
定位与跟随：首先通过定位技术确定行李箱与用户的相对位置，再通过自动跟随算法驱动行李箱底部的动力电机，最终达到跟随效果。
自动避障：利用超声波、激光雷达等测距传感器识别障碍物然后做出避障决策，最终通过驱动箱子底部的动力电机实现避障。
指纹开锁：通过光电式或电容式指纹传感器采集并识别指纹信息，采用指纹开锁方式，提高旅行箱的安全性能。
自动称重：设计在行李箱侧面的称重传感器，自动测量行李箱及箱内物品的整体重量。
超距报警：基于定位技术，当行李箱与用户距离超过预设距离值时，自动产生报警信号，提高行李箱的安全性能。超距报警分为两个距离段，当行李箱与用户距离超过1.5m时，发出短暂报警声；当距离超过2.5m时，持续发出报警声，直至距离恢复到1.5m以内。
USB双向快充：采用USB双向快充技术，通过便携可拆卸电源为行李箱及用户的智能设备供电，快速充电技术可大大节省用户等待充电的时间。
通过以上功能，我们旨在将现代科技融入到人们的日常生活中，为用户提供更好的智能随身行李箱使用体验。以上功能的具体原理和技术分析将在本章的后半部分进行讲述。
2.2 定位技术及定位方法原理分析
定位技术种类繁多，但一般可分为视觉定位和非视觉定位两大类[13]。视觉定位技术利用视觉系统基于图像识别算法提取目标位置信息。非视觉定位技术主要依靠有能量和传播方向的信号大面积覆盖，根据信号传播时间、能量衰减、相位、角度等关系计算机器人与移动目标的位置关系，如超声波、激光、蓝牙、WiFi、UWB超宽带等。
2.2.1定位技术分析
自动跟随系统的前提是定位技术，下面对主要的定位技术进行分析：
（1）视觉定位技术
机器人借助单目或双目摄像机、深度摄像机、视频信号数字化仪或其他外部设备（如基于DSP的快速信号处理器）获取图像。
优点：能够识别用户的身体特征，使用灵活，无需携带信号源或遥控器。
缺点：视觉控制系统及图像处理算法相对复杂，开发难度大；由于图像处理量巨大，普通计算机无法完成计算；实时性差且受光照条件制约较大，无法在黑暗环境下工作；成本很高；识别后方人员时，在走动人数较多的情况下，容易误判而丢失。
（2）GPS定位技术
GPS全球卫星定位导航系统是利用导航卫星来测量时间和距离，地球上的接收机接收并分析卫星发射的电磁波，进而计算出地面点的三维坐标，是目前市场上应用最为广泛的室外定位技术，能够为地球表面绝大部分区域（98%）提供精确定位。
优点：技术成熟稳定，卫星有效覆盖面积大，不受天气影响，定位导航信号免费。
缺点：GPS信号受建筑物影响较大，定位精度较低，不适合室内定位。
（3）蓝牙定位技术
蓝牙定位技术基于RSSI（
，信号强度指示）定位原理。通过测量不同基站下的RSSI值，通过定位算法计算出目标的具体位置。
优点：受环境干扰影响较小、功耗低。
缺点：传统蓝牙定位技术范围短，定位精度不高，不易融入其他系统。
值得注意的是，蓝牙国际标准组织（SIG，Group）于2018年1月28日发布了蓝牙规范实现版本5.1，通过蓝牙5.1 AOA定位技术，不仅可以探测特定物体的距离，还可以探测其方向，进而可以达到厘米级的定位精度。
（4）红外定位技术
通过在固定空间内放置多个红外传感器来测量信号源的距离或角度，可以计算出物体的位置。
优点：室内定位精度较高。
缺点：不适合户外使用。功耗大，经常被室内墙壁或物体遮挡，受热源、灯光等干扰，会导致定位精度下降。实用性较差。
（5）超声波定位技术
通过合理布置传感器的位置，利用超声波测距的原理，经过计算就可以得到被测物体在二维或者三维空间中的位置。
优点：精度可达厘米级，精度高，成本低，
缺点：容易受到天气、周围环境、障碍物阴影、粗糙地面等外界环境的影响。在空中传播距离较短，适用范围较小，测距距离短，捕获速度慢，导航精度差。在传输过程中衰减较大，影响其有效定位范围，周围不能有连续的同频率超声波干扰。
（6）UWB超宽带定位技术
超宽带（UWB技术）是一种无线电技术，通过在标签和基站之间发送电磁波进行通信，然后精确测量无线电信号的飞行时间，从而实现厘米级精度的距离和位置测量。
优点：实时性好、系统复杂度低、定位精度高、抗多能力强。
缺点：模块成本高。
（7）RFID定位技术
与蓝牙定位技术类似，都是基于RSSI定位原理，通过测量不同基站的RSSI值，通过定位算法计算出目标的具体位置。
优点：成本低、标签体积小、可制成薄片形状。
缺点：定位误差大、系统部署复杂、易受环境影响。
以上定位技术中，蓝牙、RFID、UWB超宽带定位等方法属于信标定位和三角定位方法，需要在环境中铺设信标或信号基站，其中UWB超宽带定位成本相对较高；GPS卫星导航定位只能在室外无遮挡环境下使用，民用GPS定位精度较低，误差在1m以上；红外定位技术只能在室内使用，需要在室内大面积布置信号发射源[4]。
蓝牙AOA发展相对较晚，虽然得到了业界的积极响应和支持，但目前市面上公开的蓝牙5.1定位测向技术非常少，另外蓝牙信号的多径反射问题也在一定程度上影响了行李定位的准确性[4]。UWB在国内发展已有十余年，应用范围广、市场大、定位精度高、运行稳定。综合考虑后，本设计采用UWB定位技术实现行李的自动跟随及超距报警功能。
2.2.2 定位算法分析
当前的基站定位方法主要包括：TOA，TDOA，TOF，RSS和AOA。
TOA（时间）是一种出境的定位方法。对系统的时间同步的要求将多次放大，尤其是由信号的多径反射引起的误差。
图2.1 TOA定位原理的示意图
在图中，BS1，BS2和BS3是三个基站的位置，MS是标签的位置位置是通过三边定位方法计算的。
TDOA（时间）是到达定位方法的时间差，它也需要三个具有已知坐标的基站，该位置是通过三个到达时间的巧妙差异来获得的。
如图2.2所示，让基站的坐标为（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3），标签坐标是未知的（x，y），基本站接收标签的信号为T1，T2，T3，T2和T2之间的时间差和T1和T1的时间差。是R1,2，MS和BS1和BS3之间的距离为R1,3，MS和BS2和BS3之间的距离差异为R2,3。 然后，三对双曲线是标签位置。
从公式（2.2）中，我们可以获得双曲线方程：
通过求解方程获得的坐标是MS的坐标。
图2.2 TDOA定位原理的示意图
TOF（时间）是一种双向范围的定位技术。
基本站的时间间隔是接收响应信号的基础站，而从信号到标签的标签的时间间隔则是TR，而信号在空中中飞行的时间为TF =（TT-TT-TR）。与Toa相似。
图2.3 TOF定位原理的示意图
RSS定位是一种基于接收信号的强度来实现定位的方法。
基站和标签之间的距离可以表示为：
其中，D是通过拟合获得的估计距离，RSSI是信号强度，当基站和标签相距一米时，A是信号强度，而N是环境衰减因子。
AOA（角度）是到达的角度。
图2.4 AOA定位原理的示意图
信号的入射角可以通过使用TDOA，TOA或TOF方法获得从标签到两个基站的距离，然后通过几何关系来计算信号到达角度，从基本位置绘制两个直线。和BS2 BE（X1，Y1）和（X2，Y2），标签BE（X，Y），以及从BS1和BS2到MS的信号角度分别可以通过以下一组方程来获得以下方程。
上述所有方法都可以实现手提箱的定位，但是在分析其优势和缺点和使用情况之后，只有AOA定位方法适合UWB定位模型误差，仅使用TOA，TODA，TOF和RSS定位方法，就需要多个基站。
2.3自动关注和避免障碍技术的分析
要实现自动的功能，需要两个步骤：在自动跟随的过程中，要遵循目标，需要避免障碍物，并且避免了两个步骤。将行李驱动到电动驱动器模块。
2.3.1手提箱运动模型
设计以下手提箱运动模型：
图2.5行李运动模型坐标系
如图所示，在平面上建立了一个矩形坐标系统O-XY，手提箱位于原点，并且在两个相邻矩的位置，将行李的位置带到了很短的时间间隔，将其作为研究对象，r是两个行驶的距离。 ，θ1是手提箱在两个相邻矩上的转弯角，θ2是在两个相邻矩的行李箱的头部变化，而θ3是辅助角度，与θ1相同。
从图中的几何关系中，我们可以得到：
相邻的时间间隔记录为ΔT，因为ΔT很小，其自身态度的变化角度θ2很小，因此可以获得大概的公式：
手提箱的角速度是：
手提箱的前进速度是左右驾驶轮的平均速度：
行李箱的转弯半径可表示为：
行李机芯的控制主要是控制行李箱左右驾驶轮的速度，以实现向前速度的控制，转向角速度和行李箱的转动半径，因此将三维矢量用作行李箱的控制矢量。
2.3.2自动以下方法
手提箱有两个主要的控制模式：在正常的跟随模式下，避开了正常的跟随。
如图2.6所示，手提箱位于空间坐标系统O-XYZ的平面上，X轴和Y轴平行于图2.6。可以通过定位模块进行测量。
在一般的遵循模式下，行李将按照固定距离D遵循目标，该距离可以根据OP和D之间的差异控制行李箱的速度。
在避免障碍物的模式下，前部的障碍物是通过障碍物避免传感器的D1，而两个驱动轮则由DL控制，因为转弯半径，速度和角度的速度与前面的速度相同。
图2.6行李遵循模型空间坐标系2.4控制系统整体框架
根据功能要求和技术原则，行李控制系统由控制器，电源模块，定位模块，电源驱动模块，障碍物避免模块，指纹解锁模块，智能称重模块，过度距离警报模块，USB快速充电模块和九个组成。
电源在七个功能模块和控制器上供电，并且控制器通过控制器之间以及模块和控制器之间的总线传输数据。
2.5行李结构设计2.5.1手提箱的大小
行李箱的尺寸与目前可以安装的行李有关。
考虑到多功能智能遵循行李的功率驾驶模块和其他硬件模块，行李的单个重量和容量都占据了用户的重量。手提箱的重心，并提高手提箱驾驶的稳定性，并且很容易接线。
2.5.2行李的主要材料
碳纤维材料是一种超高性的材料，它是轻巧的，弹性的，耐磨的，并且耐撞击非常适合行李箱。
2.5.3手提箱的外观描述
智能关注行李设计可以参考“ Casus Case系列世界”的设计风格，例如零食，法国大使和，它们可以使用黑色，灰色和银色作为LED指示剂作为LED指示灯作为点缀的主要色调，以强调的技术风格[3]。
该设计的研究集中在手提箱的“控制系统设计”上，该设计并未对手提箱的外观进行过多讨论
图2.7行李箱底盘模型的显示图3.控制系统硬件设计
多功能智能跟随 - UP硬件零件包括控制器，电源，定位驱动器，避免障碍物，指纹解锁，自动称重，过度距离警报，USB Two -tway快速充电和其他零件都会为每个功能系统执行硬件设计。
3.1控制器模块3.1.1选择控制方案
多功能智能的核心功能遵循行李，是自动遵循的，而自动遵循的前提是定位技术。
因此，基于高实时和可靠性要求，该设计选择了多个处理器的控制器，以将传感器的环境感知和其他功能的数据处理分开。
3.1.2主控制器和辅助控制器的选择
考虑系统的全面性能要求和成本要求，主要控制器MCU使用了AVR-
2560芯片，兼容
开源硬件示意图和核心库，并在数据收集和控制方面对第三方硬件，外围设备和类库有很多支持。
表3.1主控制器规范参数单控制器core-16au
工作电压
DC+5V
输出电压
DC+5V /+3.3V
数字信号I/O接口号
54（包括14个PWM输出接口）
模拟信号输入接口的数量
16
I/O接口当前
40mA
存储资源
256KB Flash 8KB SRAM
贮存
4 KB
时钟频率
16MHz
表3.2子控制器的规范参数
工作电压
1.8V〜3.6V
输出电压
DC+5V /+3.3V
数字信号I/O接口号
114（每组7组，16个；加上两个PH0，PH1）
输入模式
浮动输入，拉动输入输入-DOWN输入，模拟输入
输出模式
打开输出，重复使用和打开输出推动-PULL输出，重复使用推动-PULL输出
接口类型
2个可以接口，3个I2C接口，2个UART接口，3个SPI，3 USART
存储资源
1MB Flash 196KB SRAM
时钟频率
3.1.3控制系统电路设计
主控制器的最小系统电路主要包括电源电路，重置电路，时钟电路和串行端口调试接口电路。
图3.1预订电路，时钟电路
重置电路使用RC电路，可以在芯片上使用，同时可以手动重置按钮。
图3.2电源电路的设计图
电源电路使用-5芯片将3.8V -7.2V电源转换为5V。
图3.3 USB转移界面电路
串行端口调试电路可以将下载程序从计算机促进到单芯片微型计算机，并且可以通过串行通信进行传输。
为了促进调试，JTAG/SWD调试接口添加到最小系统设计中，如图3.4所示。
如图
自动遵循行李作为独立的步行系统，因此控制器，电动机，传感器和其他设备需要行李本身的电源。
图3.5电源模块硬件框架设计图纸
如图所示，18650锂电池组和USB双向充电模块组成了总电源。
3.2.1分析系统的电源要求
该系统中的功率模块的功能是设计不同的电压电压电压电路，以为系统的每个模块提供稳定的功率。
特定的电源分布显示在图中。
图3.6系统每个模块的电源分配图
其中，12V电动机驱动器模块和距离电阻警报模块直接由总电源供电。
3.2.2设置电压电压电压电路设计
该设计基于电压电压和电压芯片设计的设计，该设计具有较大的输出电流，可用于系统中的多个模块。
表3.3技术数据表温度范围-40〜125°C
输入电压
7-12伏
包装类型
SOT-223
物理图与引脚的销钉之间的关系如下。
图3.7物理图和引脚的相应关系图
其中，引脚1是接地的，引脚2是输出电压端，它提供稳定的输出电压。
图3.8 3.3V防压电压电压电路原理图
上图显示了3.3V电压电压电压电路，该电压电路由-3.3芯片和几个电容器组成。
3.3定位模块
定位模块对于自动遵循行李很重要。
图3.9 UWB模块硬件框架设计图3.3.1 UWB定位模块简介
UWB的定位需要公司开发的定位芯片。如下。
表3.4四个RF乐队从3.5GHz到6.5GHz从3.5GHz到6.5GHz
供电
2.8V〜3.6V
数据传输
，6.8Mbps三个模式
通信接口
串行外设接口
封装
48针QFN包装
图3.10芯片物理图3.3.2电路设计
图3.11应用电路
该图由最小系统组成，该系统由功率电路，晶体电路和射频滤波器电路天线组成。脸部（27）是一个芯片重置销，高水平是有效的[5]。
UWB定位系统包括三个部分：标签，标签是需要定位的目标点。
3.4电源驱动模块
电源驱动的模块需要首先选择电源驱动方法，然后选择驱动器电动机并设计驱动器控制电路。
图3.12动态控制电路硬件框架设计图3.4.1电动轮的设计
目前，市场上有三种主要的动力驾驶方法类型：两轮驱动车轮自我平衡方法，前/后至-to -wo -two -wheel驱动方法和中间的两个轮驱动方法。
图3.13从左至右，两个轮驱动轮是平衡的，后部到-Two -wheel驱动器类型，以及中间的两个轮驱动
双轮驱动器的自我平衡方法只有两个轮胎。提起方法可以自动落到地面并自动以手动状态升级到框中。
图3.14中间双轮驱动方法结构图
如图所示，使用了中间两轮驱动方法的结构图，并且驾驶员轮使用抬起类型，该抬高类型由转向齿轮控制以控制起重轮。
3.4.2电源驱动器需求需求的分析
行李的驱动力来自驾驶电机的扭矩。
这是一个简化的理想模型，用于计算电动机所需的扭矩：
根据人们的正常步行速度和慢跑速度，行李的最大速度需要达到2m/s，手提箱的总重量为25公斤，直径为6.8厘米。
根据滑动摩擦FF和轮胎半径R驾驶行李时，计算电动机所需的扭矩。
mk == ff*r = ff*d/2 = 8.6*（6.8*10^-2）/2=0.2924（n*m） - 式（3.1）
单个驱动器轮的差速器扭矩，计算单个电动机扭矩：
mk1 = 0.5*mk = 0.1462（n*m）= 1.462（kg*cm） - form（3.2）
根据最大速度和驱动轮半径R，计算电动机额定速度N：
n=v/2Πr=2/2*3.14*(6.8*10^-2)/2=9.37(r/s)=562(r/min) ——式(3.3)
根据电动机扭矩和电动机速度，选择了合适的驱动器电动机。
3.4.3驱动电动机选择
考虑到高度需要汽车盒来调节速度，并且电动机需要提供大型扭矩，因此DC电动机用作驱动器电动机。
图3.15大厅编码器的永久磁铁DC具有刷子电动机
电机参数如下：
表3.5电动参数表额定电压12V
额定功率
4.8瓦
额定电流
360mA
旋转电流
2.8A
火炬
5kg*cm
原始速度
速度比
1:18（自定义）
类型
AB增加厅编码器
线速度
390
电源电压
5.0V
3.4.4电源驱动电路设计
驱动器电动机的控制通常需要一个驾驶电路。
图3.16电动机驱动器模块
芯片可以驱动两个电机。
图3.17原理
VM连接到12V内的电源，VCC连接5V电源，GND连接电源负，A01和AO2和B01和BO2连接电机，PWMA，PWMA，PWMB，PWMB连接到单芯机的PWM端口，控制电动机速度，控制电动机的STBY连接，单芯机IO端口IO端口IO端口，低电源，低电源，通常停止通过AIN1，AIN1，AIN1，AIN1，BIN bin1，bin 1，bin1，bin 1 bin。
表3.6控制逻辑真实表输入和输出
输入1
输入2
脉宽调制
斯比
01
02
模型
HL
制动
逆转
制动
向前
制动
离开
停止
HL
HL
HL
离开
支持
3.5导航模块
自动遵循行李使用超声波原理来避免障碍物。
图3.18机柜模块硬件框架设计图3.5.1设计
行李自动遵循所需的障碍，以在未知的环境中获得周围的环境，包括障碍物的尺寸，形状和位置。
该设计采用了由深圳Xinde 产生的JSN-SR04T-V3.0超声波模块。
图3.19集成的超声探针和JSN-SR04T驱动器模块3.5.2避免钢丝计的模块电路设计
超声波探针通过JSN-SR04T驱动程序模块收集环境信息。 被启动以返回。
图3.20超声检测时间序列图
模块和MCU通过串行端口进行通信，并且模块RX和TX需要分别接收MCU的TX和RX，因为触发模块，回声端口将在60ms后自动变为低水平，因为无法接收测量范围。
表3.7 JSN-SR04T驱动模块参数表工作电压DC3.0-5.5V
探针频率
40kHz
更远的范围
600厘米
最近的范围
21厘米
长距离准确性
±1cm
解决
1毫米
测量角
75度
输入触发信号