CN107608266A - 基于stm32的自动送外卖小车系统设计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于STM32的自动送外卖小车系统及方法。该系统包括外卖小车的驱动控制模块、超声波壁障模板和摄像头的道路识别系统、基于GPS和电子罗盘以及百度地图的导航系统、外卖防盗柜及其保温模块和GSM短信模块。其中，所述的驱动控制模块直接与无刷电机相连，实现对小车的控制。超声波和摄像头模块安装于小车的前端，实现对路况的实时检测和红绿灯识别，GPS和电子罗盘模块用与小车的地理和方向的定位，结合百度地图实现对小车的自主导航。从而提高物流自动化的智能化程度，有利于加快外卖行业的工作效率，节约人力成本和时间成本。

Description

基于STM32的自动送外卖小车系统设计

技术领域

本发明专利涉及物流自动化领域，尤其涉及一种基于STM32的自动送外卖小车系统设计。

背景技术

自动送外卖技术是物流自动化技术领域的新型技术，传统的外卖服务一般是用户在APP上下订单，订单生成后由专门的外卖配送人员将外卖送达到客户手中。

毫无疑问，外卖已成为人们生活的一部分，然而外卖行业本身会受诸多因素的影响，比如天气问题、外卖人员安排、人工成本和送错等问题，这些问题都使得用户的就餐受到影响。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于STM32的自动送外卖小车系统设计，以提高物流自动化的智能化程度，提高外卖行业的工作效率，节约人力资源成本。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于STM32的自动送外卖小车系统及方法。该系统包括外卖小车的驱动控制模块、超声波壁障模板和摄像头的道路识别系统、基于GPS和电子罗盘以及百度地图的导航系统、外卖防盗柜及其保温模块和GSM短信模块。其中，所述的驱动控制模块直接与无刷电机相连，实现对小车的控制。超声波和摄像头模块安装于小车的前端，实现对路况的实时检测，GPS和电子罗盘模块用与小车的地理和方向的定位，结合百度地图实现对小车的自主导航。

本发明的下位机由STM32F103及其最小系统组成具有驱动控制无刷直流电机功能、短信发送功能、测距功能、与上位机的通讯功能并执行如下步骤：

1)对所有用到的IO口进行初始化，将其配置成需要的模式；

2)初始化STM32芯片的定时器功能、串口通讯功能、IIC通讯功能、GSM短信功能；

3)在定时器中断服务函数中获取各种传感器的数据，同时开启串口中断准备接收上位机的命令。

此外，本发明的上位机由window平板、GPS模块、摄像头模块组成并完成如下步骤：

1)软件开启，接收来自下位机的传感器信息，确认所有传感器都正常工作，否则提示使用者检查传感器；

2)上网接收订单，将所有订单中的第一条订单提取出来，确认订单的收货地址；

3)对比小车当前的GPS地点和收货地址，判断小车的停止条件，若达到停止条件上位机给下位机发送停止命令，否则开始根据地点信息进行路径规划，并给下位机发送控制命令。

本发明一种基于STM32的自动送外卖小车系统及方法，具有如下的有益效果：

第一、壁障和摄像头模块的加入使小车在前进过程中安全性得到保障，不会误伤行人。

第二、基于GPS和电子罗盘以及百度地图的导航系统使小车的运动完全自主化，不需要人为参与处理，节约人力成本。

附图说明

图1是本专利的结构示意图

图2是本专利的电气示意图

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实例及附图对本发明产品作进一步详细地说明。

如图1的结构示意图所示，一种基于STM32的自动送外卖小车及其系统，包括小车本体及其主控芯片STM32F103RBT6模块(5)，所述的超声波模块(1)安装与小车的最前端，海康威视摄像头(2)安装在小车的上部，外卖盒(3)及保温箱(4)分别位于小车的中间部分，上位机及其GPS模块(6)位于小车的后部。

进一步的，所述的主控芯片STM32F103通过初始化各个IO口，配置定时器，配置串口通讯和两路IIC通讯接口，使超声波传感器KS103和电子罗盘传感器YW-901为从机，并在定时器中断函数中将采集到的超声波距离数据和电子罗盘的方位数据，在串口中断服务函数中等待上位机的控制命令。

更进一步的，所述的STM32主控芯片得到传感器的时间数据后，对比发送时刻t1和接收时刻t2的差值，则距离数据为L＝音速*(t2-t1)，同时电子罗盘传感器经过动态卡尔曼滤波算法将方位信息发送给主控芯片STM32，进而将距离数据和方位数据写进STM32的串口发送数据寄存器，将数据发送给上位机。

更进一步的，上位机软件通过串口获取到数据之后，确保所有的传感器都正常工作后，开始在服务器端获取订单号，并且根据小车当前位置和订单的地点调用百度地图开放的API函数生成路径信息。

更进一步的，上位机打开DS-2DE2402IW-DE3/W海康摄像头进行道路识别算法并生成相应的控制命令发送给下位机。

接下来，直到小车上的S1216-GPS模块检测到小车的位置到达指定的位置之后，由小车上的GPRS短信模块通知用户外卖已到达指定的地点，并按时取走外卖，否则一直进行导航。小车的下位机原理图如下图2所示。

上位机软件进行图像处理、道路识别和红绿灯识别算法包括以下几个步骤：

1)图像灰度化，即把RGB三通道数据的彩色图像变为单通道数据的灰度图像。本发明根据加权平均值法得到较合理的灰度图像，具体公式(1)如下所示：

f(i，j)＝0.30R(i，j)+0.59G(i，j)+0.11B(i，j) (1)

2)图像增强，即通过一定手段对原图像附加一些信息或变换数据，有选择地突出图像中感兴趣的特征或者抑制(掩盖)图像中某些不需要的特征，使图像与视觉响应特性相匹配。本发明使用空域法对图像中的像素点进行操作达到较为理想的效果，具体公式(2)如下所示：

g(x，y)＝f(x，y)*h(x，y) (2)

3)图像滤波，即有效地去除目标和背景中的噪声，同时保护图像目标的形状、大小及特定的几何和拓扑结构特征。本发明使用高斯平滑滤波对图像进行处理。

4)图像二值化，即把256个亮度等级的灰度图像通过适当的阈值选取而获得仍可以反映图像整体和局部特征的二值化图像。本发明使用基于直方图的自适应阈值分割来获得二值图像。

对预处理过的图像使用Canny算法检测图像，并根据道路图像的轮廓特征提取其轮廓，进而图像可以利用霍夫变换寻找图像中的直线道路，并确定道路的中间位置。

对于红绿灯识别算法而言，有效的处理方法是在图像预处理阶段进行颜色控件转换，从RGB颜色空间转换到HSI颜色空间，具体步骤如下：

1)对RGB颜色进行归一化处理；

r＝R/255 g＝G/255 b＝B/255

2)RGB颜色空间转换成ISH颜色空间；

I＝r+g+b/3

其中

3)根据图片获取图中的H颜色值，设置一个颜色计数器，并对响应颜色值的计数器进行累加，然后根据计数器中的数值，分别得到红色和绿色的统计直方图；

4)根据3)的结果分析红色和绿色响应的像素点的个数N_red，N_green，以及实验中图片的面积S，根据N_red与S的比值和N_green与S的比值，从而得出判断红绿灯颜色的阈值范围[x1，x2]；

5)最后读取图片中红绿灯出现的位置，对该区域的颜色进行统计，若统计出的颜色数量的比例在[x1，x2]之间可认为找到了红绿灯，再根据该区域的像素值判断是红灯或是绿灯。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的示例性描述，并非对本发明任何形式上的限制。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应属于本发明所附权利要求的保护。

Claims (9)

1.一种基于STM32的自动送外卖小车系统设计，该系统包括外卖小车的驱动控制模块、避障模块、外卖防盗柜及其保温模块、通讯模块、基于GPS、电子罗盘和百度地图的导航系统和基于摄像头的道路识别系统，其特征在于：当外卖小车接受到送外卖订单指令后，开启保温功能并将外卖自动送达指定地点，同时当小车到达指点地点后GSM短信模块通知客户并告知开箱的密码。

2.根据权利要求1所述的外卖小车，其特征在于：所述小车的地盘由后两轮驱动，前两轮控制小车的方向，车身上装有摄像头，超声波，和电子罗盘传感器，当小车开始运动时启动采集系统，实时捕获小车周围道路信息由经STM32处理后控制小车的运动。

3.根据权利要求1所述的小车驱动电路，其特征在于：所述小车由无刷直流电机驱动，其驱动电路由IR2110驱动芯片搭建，在通过H桥电路驱动可实现小车在额定负载下实现小车前后运动，其运动速度可调。

4.根据权利要求1所述的通讯模块，其特征在于：所述通讯模块在小车开始运动时给客户发送外卖到达目的地的时间和可以打开外卖盒的临时密码。

5.根据权利要求1所述的避障模块，其特征在于：所述的超声波测距传感器安装于小车的前端，当测距模块测到的距离小于安全距离时，主控芯片立即停止脉冲输出使小车停下来。

6.根据权利要求1所述的外卖防盗柜及其保温模块，其特征在于：所述的保温柜由电磁锁和继电器组成，正常情况下保温箱的关闭的且在外部无法打开，只有当用户在输入正确的活动密码后，保温盒才会自动打开。

7.根据权利要求1所述的基于GPS、电子罗盘和百度地图的道路导航系统，其特征在于：所述GPS和电子模块获取当前的小车实际地理位置信息和方位信息，同时作为上位机的平板电脑，根据用户下单的外卖地点和小车所在当前位置，通过网卡上网调用百度导航在上位机界面生成导航的路径，并通过串口将转化后的导航信息发送给小车主控芯片，实现小车的运动控制。

8.根据权利要求1所示的红色灯识别，其特征在于：所述的摄像头模块获取当前道路信息，经过红绿灯识别算法判断前方红绿灯是否为绿灯，若是则正常继续小车的导航；否则在原地等待绿灯到来。

9.一种小车自主导航方法，其包括以下步骤：

a.上位机平板根据用户的订单信息和GPS获取的小车当前位置信息，调用百度导航在上位机生成小车的行驶路径L，并找到L中所有的转角(p1，p2，p3....)，获取小车当前前进方向与p1点的夹角，根据该角度生成小车的控制命令并发送给下位机。

b.当下位机接收到上位机的直行命令时，摄像头开始检测直线道路，摄像头采集到的视频信息经过上位机图像处理，并找到道路的中线后，小车开始沿着中线前进，直到遇到前方有障碍物或者接收到上位机的下一条命令。

c.当下位机接收到上位机的左(右)转命令时，摄像头开始检测直线道路，摄像头采集到的视频信息经过上位机图像处理，并找到道路的中线后，小车开始沿着中线前进，直到遇到前方有障碍物或者接收到上位机的下一条命令。

d.当获取小车当前的GPS地理信息，当小车的当前位置到达订单的指定位置，位于小车上的GSM模块给客户发送信息。否则回到a步，直到小车运动到指定的地点。