基于GPS定位的智能運(yùn)送小車(chē)設(shè)計(jì)

鄺川明　黃安兒　曾一煌　郭佳怡　王佳蓓

摘 要：近些年，受新冠病毒疫情的影響，快遞運(yùn)送和外賣(mài)送餐等服務(wù)存在疫情傳播隱患和諸多不便。本文結(jié)合GPS導(dǎo)航技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款定位運(yùn)送智能小車(chē)。該小車(chē)采用MM32芯片作為主控，并將GPS采集到的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)進(jìn)行flash存儲(chǔ)到芯片中。該小車(chē)可以根據(jù)不同訂單需求調(diào)用不同數(shù)據(jù)，使車(chē)輛沿不同路線行駛。該小車(chē)通過(guò)GPS導(dǎo)航可實(shí)現(xiàn)快遞或外買(mǎi)最后一公里的定位運(yùn)送，在方便人們生活、提高人們生活質(zhì)量的同時(shí)，也減少了疫情防控期間的人員接觸和聚集。

關(guān)鍵詞：GPS 定位運(yùn)送 MM32芯片 舵機(jī)

1 引言

在疫情的影響下，為響應(yīng)疫情防控的要求，居民的生活和購(gòu)物等方面都受到了很大的影響。隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展，在給人們的生活和購(gòu)物等方面帶來(lái)便利的同時(shí)，還帶動(dòng)了快遞行業(yè)和外賣(mài)服務(wù)的空前繁榮，而隨著業(yè)務(wù)的不斷增加，快遞行業(yè)和外賣(mài)服務(wù)面臨著一系列的問(wèn)題。例如：部分地區(qū)的人口比較密集，快遞包裹數(shù)量多，派送人員因工作量繁多可能無(wú)法準(zhǔn)時(shí)配送包裹而引發(fā)買(mǎi)家與快遞公司的爭(zhēng)執(zhí)。歸結(jié)原因在于，近年來(lái)，我國(guó)人民的生活水平不斷的上漲，互聯(lián)網(wǎng)購(gòu)物日益增加，快遞和外賣(mài)服務(wù)的需求不斷提高，而現(xiàn)實(shí)中派送人員的不足及工資不斷上漲等，使得各企業(yè)開(kāi)始選擇無(wú)人配送進(jìn)行最后一公里或者一個(gè)區(qū)域的配送服務(wù)，無(wú)人配送不僅可以降低成本，增加效率，還可以緩解勞動(dòng)力短缺的問(wèn)題。

因此，無(wú)人駕駛的定位運(yùn)送智能小車(chē)是未來(lái)快遞行業(yè)發(fā)展的一種趨勢(shì)。首先，定位導(dǎo)航技術(shù)可解決配送“最后一公里”的實(shí)時(shí)反饋配送位置的問(wèn)題，讓用戶(hù)能通過(guò)查詢(xún)快遞的實(shí)時(shí)位置和配送情況。其次，定位導(dǎo)航技術(shù)能夠高效地完成配送任務(wù)，可以省去現(xiàn)有的很多取件環(huán)節(jié)，只需要用戶(hù)在確認(rèn)的定位點(diǎn)，就可以方便的取件。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整車(chē)系統(tǒng)包括使用靈動(dòng)MM32芯片、GPS定位模塊、攝像頭模塊、8701電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、姿態(tài)傳感器模塊、舵機(jī)模塊、停車(chē)模塊、有（無(wú)）刷電機(jī)等模塊以及各種傳感器組成，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。以MM32芯片主控，將GPS采集到的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)進(jìn)行flash存儲(chǔ)到芯片中，可以根據(jù)不同需求調(diào)用數(shù)據(jù)，使車(chē)輛進(jìn)行不同路線的行駛?？刂圃恚焊鶕?jù)點(diǎn)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)計(jì)算距離和航向，使車(chē)在行駛中不斷進(jìn)行航位推算，尋所存的經(jīng)緯度點(diǎn)。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 MM32主控芯片

如圖2所示，為MM32芯片及其所對(duì)應(yīng)的各引腳的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)。程序上的指令主要通過(guò)其各引腳的網(wǎng)絡(luò)連接，傳輸?shù)降诫娐钒迳系母鱾€(gè)模塊中，進(jìn)行控制和反饋。

3.2 攝像頭模塊

如圖3所示，為攝像頭電源的電路原理圖。電路中所用的芯片為線性穩(wěn)壓器，其功能是將輸入的電壓輸出為3.3V的電壓，能夠在輸入電壓或者負(fù)載發(fā)生變化時(shí)提供穩(wěn)定的直流輸出電壓，保證電路的工作。

3.3 舵機(jī)模塊

如圖4所示，為舵機(jī)電源的電路原理圖。其中所使用的DC-DC電源芯片主要起降壓作用，其輸入電壓為3.8V到36V，輸出電流最大可達(dá)5A，在電路中起到降壓、穩(wěn)定輸出電壓的作用。

3.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

如圖5所示，為驅(qū)動(dòng)板上DRV8701芯片和4個(gè)mos管組成的全橋驅(qū)動(dòng)電路原理圖。

4 軟件控制部分

4.1 GPS定位功能的實(shí)現(xiàn)

程序1：

功能：通過(guò)串口接收GPS定位數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的賦值。

程序2：

功能：對(duì)GPS語(yǔ)句進(jìn)行解析，得出經(jīng)緯度、高度和衛(wèi)星數(shù)目等數(shù)據(jù)，然后使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航的實(shí)現(xiàn)。

4.2 小車(chē)導(dǎo)航功能的實(shí)現(xiàn)

程序：

作用：計(jì)算車(chē)與定位點(diǎn)的距離，判斷車(chē)在行駛過(guò)程中是否到達(dá)用戶(hù)所需的位置，執(zhí)行控制變量KP，KD的賦值，電機(jī)PWM的輸出。

4.3 姿態(tài)傳感器功能的實(shí)現(xiàn)

采用高分辨力差分?jǐn)?shù)模轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置自動(dòng)補(bǔ)償和濾波算法，最大程度減小了環(huán)境變化引起的誤差。把靜態(tài)重力場(chǎng)的變化轉(zhuǎn)換成傾角變化，通過(guò)數(shù)字方式直接輸出當(dāng)前的橫滾角和俯仰角，產(chǎn)品安裝方便、使用簡(jiǎn)單、體積小、抗外界電磁干擾、承受振動(dòng)沖擊能力強(qiáng)。

程序：

作用：使用四元數(shù)對(duì)IMU進(jìn)行姿態(tài)解算，使單片機(jī)實(shí)時(shí)了解車(chē)的所在位置和姿態(tài)，提高導(dǎo)航精度。

4.4 小車(chē)避障功能的實(shí)現(xiàn)

基于結(jié)構(gòu)光的深度相機(jī)，發(fā)射出的光會(huì)生成相對(duì)隨機(jī)但又固定的斑點(diǎn)圖樣，這些光斑打在物體上后，因?yàn)榕c攝像頭距離不同，被攝像頭捕捉到的位置也不相同，之后先計(jì)算拍到的圖的斑點(diǎn)與標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)圖案在不同位置的偏移，利用攝像頭位置、傳感器大小等參數(shù)就可以計(jì)算出物體與攝像頭的距離，再將采集的數(shù)據(jù)傳送給MM32芯片處理，重新規(guī)劃出路線。

程序：

作用：對(duì)攝像頭采集的圖像進(jìn)行大津法求閾值大小，進(jìn)行動(dòng)態(tài)閾值的輸出，使攝像頭采集的不同環(huán)境下的圖像都可以清楚的被芯片識(shí)別與處理。

5 定位運(yùn)送的功能原理

以MM32芯片主控，將GPS采集到的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)進(jìn)行flash存儲(chǔ)到芯片中，可以根據(jù)不同需求調(diào)用數(shù)據(jù)，使車(chē)輛進(jìn)行不同路線的行駛。當(dāng)小車(chē)到達(dá)指定的運(yùn)送點(diǎn)后，用戶(hù)可在小程序上點(diǎn)擊“取件”，小車(chē)通過(guò)小程序上的信息傳輸?shù)組M32芯片，芯片根據(jù)信息作出響應(yīng)，然后發(fā)出指令打開(kāi)艙門(mén)給客戶(hù)，待貨物取出后關(guān)閉艙門(mén)，艙門(mén)上相應(yīng)的傳感器會(huì)將艙門(mén)關(guān)閉的信息傳遞給MM32芯片，最終判定此次運(yùn)送結(jié)束。

6 結(jié)論

小車(chē)采用了一種以靈動(dòng)MM32為核心與多個(gè)模塊相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)GPS定位運(yùn)送智能小車(chē)的設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過(guò)多方面的調(diào)試后，小車(chē)不僅能夠完成我們最后一公里的外賣(mài)和快遞的運(yùn)送，還能夠靈活的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，在給我們的日常生活提供便利的同時(shí)，積極的響應(yīng)疫情防疫的要求，有較好的使用和推廣價(jià)值。

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