李朝龙 杨子群 葛敬帅 王坤 毕京龙 王玉芳
山东英才学院 机械与电气工程学院 山东 济南 250104
摘要：本文设计了一种跟随储物小车，该小车的系统由两部分组成：跟随小车和移动目标携带装置。跟随系统是由单片机STM32为主控制板，利用串口与UWB进行通信，跟据信号然后利用三边定位算法即可确定移动目标的位置。如果计算出来的距离大于设定距离，则电机向目标方向移动，如果计算出来的距离小于设定距离，则控制电机停止，从而实现了小车的跟随功能。携带装置主要采用横置箱体，并为其安装可控万向轮通过轮毂驱动器控制行动和变向。
关键词：单片机；主控制板；UMB基站；电源
0 引言
随着社会信息化的加快，先进的计算机技术、网络通讯技术等各种高科技的迅速发展，人们的生活面临着各种各样的信息变化，改变人们生活方式与工作习惯。也对传统的生活用品设计理念提出了挑战，人们的要求早已不只是物理空间的范畴，更为关注的是一个安全、方便、舒适。跟随储物车是行业新兴的生活产业，它取代了传统的手动推购物储物车模式，更能适应人们日益追求简单方便的生活方式。本设计通过单片机、主控制板、UMB基站、电源等，真正使项目从理论达到现实化走出了第一步，使项目的研究更能简单，易解。
1 硬件设计
系统基于UMB原理，由单片机、主控制板、UMB基站、电源等组成。系统整体框架如图下所示：
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图1 系统框架图
该设计由嵌入式单片机STM32F103ZET6为控制中心，并采用42v高容量锂电池组供电，通过DC-DC开关电源模块转化为36v(驱动电机），3.3v单片机和定位系统供电，利用主空单片机的串口COM1，COM2与UWB基站进行通信，完成对基站的设置和测量信息的读取，和控制输出轮毂电机。运用UWB测距定位公式计算出合适的安全距离。
2 软件设计
研究内容可表述为--主控中心通过计算完成对标签位置定位。UWB标签与基站间距分别测量：根据定位情况驱动轮廓电机。程序设计流程如图2所示。开机后对控制系统进行初始化，搜索标签，如果搜索不到，延时100?ms,搜索到标签后测量两基站到标签距离，计算出标签与箱体垂直距离和偏移距离，调整PWM波占空比，等待100ms,继续循环测量基站和标签间距离。
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图4 技术路线图
4 UWB的基点和距离的计算
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图3 UWB定位基站的坐标
如图3所示：UWB定位基站的坐标分别为R1（x1、y1）、R2（x2、y2）、R3（x3、y3），基站R1、R2、R3在安装部署时位置固定且坐标已知，所求定位标签的坐标为Ro（xo、yo）。设定d1、d2、d3分别为3个定位基站与定位标签Ro之间通过信号的传播时间计算的相对距离，每个基站以相对距离为半径画一个圆形轨迹。利用三个圆形方程能够计算出唯一的交点，计算公式如下公式所示：
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UWB最初的定义是来自于60年代兴起的脉冲通信技术，又称为脉冲无线电（Impulse Radio）技术。这种技术用上升沿和下降沿都很陡的基带脉冲直接通信。定位精度可以做到CM级别。做跟随技术的话，除了定位距离还需要确定信号源角度，所以信号接收端一般是两个或两个以上间隔一定距离的接收模块，依靠这个距离差用三角法可以计算出信号源的相对角度。UWB技术已经比较成熟，做自动跟随的产品也非常适合。
缺点主要有两点，1.成本比较高，系统至少需要一个发射模块+两个接收模块，成本就更高了，对成本敏感的产品会有压力。2.对角度的定位精度不理想，这是其定位原理决定的。在接近0度的时候精度有机会做到5度，如果偏角较大精度就会迅速下降。所以用UWB原理做的跟随产品，如果被跟随的人移动稍快的情况下，会造成跟随体验不够好。
5 结语
本设计通过大数据的研究，顺应时代的发展所设计，为了关爱老弱病残单独的出行方便，通过国内外动态的研究，运用了单片机、线路设计、软件设计等一系列的电气知识所形成的电动跟随小车相信能在不久的将来成为潮流，让我们的发明创造推动时代的进步，让科学技术走进日常的生活。
参考文献：
[1]张家僮，王洪源．基于UWB技术的小车自动跟随系统的研究[J]．沈阳理工大学报 2020.
[2]刘金海，王勃凡，周龙等．基于单片机的自动跟随小车[J]．物联网技术.2018.
[3]聂宪波；邵泽箭等．基于单片机自动跟随小车的设计与制作[J]．山东工业技术.2015.