CN113345262A - 停车场无人机引导系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了停车场无人机引导系统；包括中央控制器和四轴无人机，所述中央控制器上电性连接有超声波传感器，所述超声波传感器固定镶嵌在停车位的中间，所述中央控制器上电性连接有一组通信模块，所述四轴无人机上电性连接有另一组通信模块，两组所述通信模块之间相互通讯连接，所述四轴无人机上电性连接有光流模块，所述四轴无人机上还电性连接有九轴传感器芯片和气压传感器；本发明有效地解决人们在陌生停车场内难以找到停车位的痛点，也释放了停车场的人员安排的必要。在每个停车位上面安装超声波传感器，每个传感器确定一条无人机的行驶路线，四轴无人机将汽车指引到停车位。

Description

停车场无人机引导系统

技术领域

本发明属于停车场引导技术领域，具体涉及停车场无人机引导系统。

背景技术

停车场是供车辆停放之场所。停车场有仅画停车格而无人管理及收费的简易停车场，亦有配有出入栏口、泊车管理员及计时收款员的收费停车场。现代化的停车场常有自动化计时收费系统、闭路电视及录影机系统。停车场主及管理员的法律责任，通常只是提供场地给驾车人士停泊车辆，不保障车辆受损及失车责任，一般会贴合约免责条款于停车场大门之外供车主参阅，在现今经济高速发展的背景下，我国机动车数量也逐渐增多。据公安部统计，2020年，全国机动车保有量达3.72亿辆，其中汽车2.81亿辆。车辆增多自然会使停车场越变越大，使现在的大型地下停车场的地形越变越复杂，司机进场后无法快速找到泊位停车，不仅浪费了时间，而且在找泊位的过程中还会产生许多尾气和噪音，这显然与新时代绿色发展理念相悖。而现有的停车场智能引导系统本质上仍然需要司机自己通过显示屏上的车位信息寻找泊位，在车位紧张时，司机仍可能需要绕许多路才能找到泊位。如果有一个能带领车主快速到达最近的车位的引导系统，将大大减少停车时间，为停车带来很大的便利。我们便研发了停车场无人机引导系统，通过无人机带领车主迅速找到最近的车位，然而市面上各种的停车场在停车的时候仍存在各种各样的问题。

如授权公告号为CN104183153A所公开的基于四旋翼无人机做引导的智能停车引导系统，其虽然实现了利用四旋翼无人机将停车场的实时车况进行探测后并计算出停车的最优路线，引导车辆从最优路线驶入或驶出停车场，节约了车辆停车消耗时间，但是并未解决现有现有的停车时无法实现对车辆进行指引，造成停车消耗时长过久，停车十分的不便等的问题，为此我们提出停车场无人机引导系统。

发明内容

本发明的目的在于提供停车场无人机引导系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：停车场无人机引导系统，包括中央控制器和四轴无人机，所述中央控制器上电性连接有超声波传感器，所述超声波传感器固定镶嵌在停车位的中间，所述中央控制器上电性连接有一组通信模块，所述四轴无人机上电性连接有另一组通信模块，两组所述通信模块之间相互通讯连接，所述四轴无人机上电性连接有光流模块，所述四轴无人机上还电性连接有九轴传感器芯片和气压传感器；所述四轴无人机内包括有无人机主控芯片单元，所述中央控制器中包括有控制器主控芯片单元；两组所述通信模块包括所述四轴无人机板载的无线通信芯片和所述中央控制器的无线通讯芯片，两组所述通信模块上分别电性连接有一颗功率放大芯片；所述超声波传感器用于检测停车位上方是否存在有车辆；所述光流模块采用的是高精度低功耗光学追踪传感器，所述光流模块用于负责测量水平移动和测量距离；所述无人机主控芯片单元上电性扩展有PWM、DA和AD，所述控制器主控芯片单元电性扩展有SPI、USB、ADC和DMA，所述SPI用于与所述无线通讯芯片电性连接，所述USB主要用于固件升级。

优选的，所述四轴无人机板载的无线通信芯片和所述中央控制器的无线通讯芯片均为2.4GHz无线通信芯片，所述无线通信芯片上电性扩展有SPI、2-WIRE、ADC、UART和TIMER。

优选的，所述九轴传感器芯片用于测量四轴的姿态数据，所述气压传感器用于定高测量。

优选的，所述光流模块中还包括有一个高精度激光传感器，所述光学追踪传感器负责测量水平移动，所述高精度激光传感器负责测量距离。

优选的，所述四轴无人机中包括有电源单元，所述电源单元中包括有完整的单节锂离子电池充电器和低压差线性稳压器，所述四轴无人机使用了2颗低压差线性稳压器，一路所述低压差线性稳压器为所述无线通信芯片供电，另一路所述低压差线性稳压器则为所述无人机主控芯片单元和传感器供电，所述中央控制器的电源单元也采用同样的单节锂离子电池充电器和低压差线性稳压器。

优选的，所述无人机主控芯片单元上还电性连接有SWD仿真下载接口，所述无人机主控芯片单元控制上电性连接有四组电机接口。

优选的，所述无人机主控芯片单元和所述控制器主控芯片单元上还电性连接有至少两组存储模块、复位电路和时钟晶振电路。

优选的，所述无人机主控芯片单元上还电性连接有数据处理模块和指示灯蜂鸣器，所述数据处理模块用于对所述无线通信芯片传输的数据信息进行检测和转换，所述指示灯蜂鸣器用于至少驾驶员的行进路线。

优选的，该停车场无人机引导系统的使用方法如下：

S1、通过超声波传感器实现对空车位进行检测：中央控制器实现对停车场的所有超声波传感器进行发送检测指令，然后超声波传感器实现对车位进行实时检测，并且将数据信息进行实时传输；

S2、中央控制器将空余的车位信息发送给四轴无人机：中央控制器通过控制器主控芯片单元实现对数据信息进行处理之后，控制器主控芯片单元再通过无线通讯芯片与四轴无人机上的无线通信芯片进行通讯连接，实现将空车位的信息传输给四轴无人机；

S3、四轴无人机运行进行之路：四轴无人机通过九轴传感器芯片用于测量四轴的姿态数据，气压传感器用于定高测量，以及光学追踪传感器负责测量水平移动，高精度激光传感器负责测量距离，测量距离远，抗干扰能力强，四轴无人机搭配该模块即可实现稳定定高飞行，实现稳定的飞行，且在四轴无人机内设有指示灯和蜂鸣器，便于实现对车辆的指引；

S4、四轴无人机对车辆进行领路：四轴无人机中的无人机主控芯片单元在接收到数据信息之后，实现对数据信息进行处理，然后确定车位的位置，再指引车辆驱使到车位处。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明基于STM32F411CEU6和STM32F103C8T6的停车场无人机引导系统，是一种能够为车主停车提供极大便利的工具。有效地解决人们在陌生停车场内难以找到停车位的痛点，也释放了停车场的人员安排的必要。该系统包含确定车位空置的超声波传感器、以STM32F103C8T6为核心中央控制器、以STM32F411CEU6为核心的小型四轴无人机。在每个停车位上面安装超声波传感器，每个传感器确定一条无人机的行驶路线，超声波传感器和中央控制器相连接。当停车场进入车辆时，四轴无人机接受中央控制器传来的信号，沿着确定的无人机的行驶路线将汽车指引到停车位，然后返回停车场入口。

附图说明

图1为本发明的四轴无人机的主控电路图；

图2为本发明的中央控制器的主控电路图；

图3为本发明的四轴无人机的电源电路图；

图4为本发明的中央控制器的电源电路图；

图5为本发明的四轴无人机的通信模块电路图；

图6为本发明的中央控制器的通信模块电路图；

图7为本发明的超声波模块的电路图；

图8为本发明的四轴无人机图八扩展接口电路图；

图9为本发明的四轴无人机的光流模块电路图；

图10为本发明的四轴无人机的九轴和气压传感器；

图11为本发明的四轴无人机的电机接口；

图12为本发明的四轴无人机的SWD仿真下载接口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图12，本发明提供一种技术方案：停车场无人机引导系统，包括中央控制器和四轴无人机，所述中央控制器上电性连接有超声波传感器，所述超声波传感器固定镶嵌在停车位的中间，所述中央控制器上电性连接有一组通信模块，所述四轴无人机上电性连接有另一组通信模块，两组所述通信模块之间相互通讯连接，所述四轴无人机上电性连接有光流模块，所述四轴无人机上还电性连接有九轴传感器芯片和气压传感器；

所述四轴无人机内包括有无人机主控芯片单元，所述无人机主控芯片单元采用的是STM32F411CEU6控制芯片，所述中央控制器中包括有控制器主控芯片单元，所述控制器主控芯片单元采用的是STM32F103C8T6控制芯片；

两组所述通信模块包括所述四轴无人机板载的无线通信芯片NRF51822和所述中央控制器的无线通讯芯片NRF24L01+，两组所述通信模块上分别电性连接有一颗功率放大芯片RFX2401C；

所述超声波传感器采用HC-SR04超声波传感器，所述超声波传感器用于检测停车位上方是否存在有车辆；

所述光流模块采用的是高精度低功耗光学追踪传感器PMW3901，所述光流模块用于负责测量水平移动和测量距离。

四轴无人机的无人机主控芯片单元采用STM32F411CEU6控制芯片,STM32控制器相较于51单片机，拥有主频率更高、处理能力更强、耗能低、成本低等特点，是一款性价比较高的嵌入式处理器。同时还具有PWM、DA、AD等常用外设，使用方便。无人机主控芯片单元为四轴飞行器的大脑，对飞行器稳定飞行起着至关重要的作用。它同时承担着多种责任，包括：传感器数据读取、数据融合、PID控制、电机控制、无线通信等。

中央控制器的控制器主控芯片单元采用STM32F103C8T6控制芯片,是32-bitCortex-M3内核芯片，该芯片外设丰富、功能强大，足以满足开发要求。系统主要使用了SPI、USB、ADC、DMA等外设，其中SPI主要用于与无线通讯芯片NRF24L01+进行通信；USB主要用于固件升级。

设计利用超声波传感器的好处在于测量方式简单，易于实现，成本低，覆盖面广。本设计采用HC-SR04超声波传感器，该模块性能稳定，测距精准。中央控制器主控制电路发送40kHz的脉冲信号，超声波发射器发射信号后，经超声波换能器处理后转换为超声波信号，当探测不到上方车辆时，中央控制器就会检测到该超声波模块所在车位为空，并且将通往该车位的路线设置为可用，四轴无人机可以引导汽车行驶该路线。

中央控制器板载了一颗无线通讯芯片NRF24L01+。无线通讯芯片NRF24L01+是2.4GHz无线通信芯片，该芯片嵌入了EnhancedShockBurst通信机制，这个机制可以实现实时双向通信。四轴无人机板载一颗无线通信芯片无线通信芯片NRF51822和一颗功率放大芯片RFX2401C。无线通信芯片NRF51822是一颗功能强大、高灵活性的多协议SoC，非常适用于

低功耗和2.4GHz超低功耗无线应用。该芯片是一颗Cortex-M0内核IC，支持常用的外设，包括SPI，2-WIRE，ADC，UART，TIMER等。功率放大芯片RFX2401C是集成电路RF单片机，该芯片在电路中的主要作用是增大无线信号的功率，增大通信距离。无线通讯芯片NRF24L01+和无线通信芯片NRF51822主要用于传输路线数据信息。

该停车无人机引导系统可以通过每个停车位上面的超声波传感器实时检测车位是否空置，每个超声波传感器都已确定一条最短的行驶路径。如车位空置，对应路线便设置为可行，存储在中央控制器。当有车辆进入停车场，中央控制器通过无线通讯芯片NRF24L01+把距离停车口最近的停车位路线发送给四轴无人机。四轴无人机实现定高沿着该路线飞行引导车辆停车。

本实施例中，优选的，所述STM32F411CEU6控制芯片上电性扩展有PWM、DA和AD，所述STM32F103C8T6控制芯片电性扩展有SPI、USB、ADC和DMA，所述SPI用于与所述无线通讯芯片NRF24L01+电性连接，所述USB主要用于固件升级。

本实施例中，优选的，所述四轴无人机板载的无线通信芯片NRF51822和所述中央控制器的无线通讯芯片NRF24L01+均为2.4GHz无线通信芯片，所述无线通信芯片NRF51822上电性扩展有SPI、2-WIRE、ADC、UART和TIMER。

本实施例中，优选的，所述四轴无人机搭载的所述九轴传感器芯片采用的是MPU9250传感器芯片和所述气压传感器采用的是BMP280传感器芯片，所述九轴传感器芯片用于测量四轴的姿态数据，所述气压传感器用于定高测量。

本实施例中，优选的，所述光流模块中还包括有一个高精度激光传感器VL53L1X，所述光学追踪传感器PMW3901负责测量水平移动，所述高精度激光传感器VL53L1X负责测量距离。

本实施例中，优选的，所述四轴无人机中包括有电源单元，所述电源单元中包括有完整的单节锂离子电池充电器TP4059和低压差线性稳压器XC6204B302，所述四轴无人机使用了2颗低压差线性稳压器，一路所述低压差线性稳压器为所述无线通信芯片NRF51822供电，另一路所述低压差线性稳压器则为所述无人机主控芯片单元和传感器供电，所述中央控制器的电源单元也采用同样的TP4059和低压差线性稳压器。

本实施例中，优选的，所述STM32F411CEU6控制芯片上还电性连接有SWD仿真下载接口，所述STM32F411CEU6控制芯片上电性连接有四组电机接口。

本实施例中，优选的，所述STM32F411CEU6控制芯片和所述STM32F103C8T6控制芯片上还电性连接有至少两组存储模块、复位电路和时钟晶振电路。

本实施例中，优选的，所述STM32F411CEU6控制芯片上还电性连接有数据处理模块和指示灯蜂鸣器，所述数据处理模块用于对所述无线通信芯片NRF51822传输的数据信息进行检测和转换，所述指示灯蜂鸣器用于至少驾驶员的行进路线。

本实施例中，优选的，该停车场无人机引导系统的使用方法如下：

S1、通过超声波传感器实现对空车位进行检测：中央控制器实现对停车场的所有超声波传感器进行发送检测指令，然后超声波传感器实现对车位进行实时检测，并且将数据信息进行实时传输；

S2、中央控制器将空余的车位信息发送给四轴无人机：中央控制器通过STM32F103C8T6控制芯片实现对数据信息进行处理之后，STM32F103C8T6控制芯片再通过无线通讯芯片NRF24L01+与四轴无人机上的无线通信芯片NRF51822进行通讯连接，实现将空车位的信息传输给四轴无人机；

S3、四轴无人机运行进行之路：四轴无人机通过九轴传感器芯片用于测量四轴的姿态数据，气压传感器用于定高测量，以及光学追踪传感器PMW3901负责测量水平移动，高精度激光传感器VL53L1X负责测量距离，测量距离远，抗干扰能力强，四轴无人机搭配该模块即可实现稳定定高飞行，实现稳定的飞行，且在四轴无人机内设有指示灯和蜂鸣器，便于实现对车辆的指引；

S4、四轴无人机对车辆进行领路：四轴无人机中的STM32F411CEU6控制芯片在接收到数据信息之后，实现对数据信息进行处理，然后确定车位的位置，再指引车辆驱使到车位处。

本发明的工作原理及使用流程：

第一步、通过超声波传感器实现对空车位进行检测：中央控制器实现对停车场的所有超声波传感器进行发送检测指令，然后超声波传感器实现对车位进行实时检测，并且将数据信息进行实时传输；

第二步、中央控制器将空余的车位信息发送给四轴无人机：中央控制器通过STM32F103C8T6控制芯片实现对数据信息进行处理之后，STM32F103C8T6控制芯片再通过无线通讯芯片NRF24L01+与四轴无人机上的无线通信芯片NRF51822进行通讯连接，实现将空车位的信息传输给四轴无人机；

第三步、四轴无人机运行进行之路：四轴无人机通过九轴传感器芯片用于测量四轴的姿态数据，气压传感器用于定高测量，以及光学追踪传感器PMW3901负责测量水平移动，高精度激光传感器VL53L1X负责测量距离，测量距离远，抗干扰能力强，四轴无人机搭配该模块即可实现稳定定高飞行，实现稳定的飞行，且在四轴无人机内设有指示灯和蜂鸣器，便于实现对车辆的指引；

第四步、四轴无人机对车辆进行领路：四轴无人机中的STM32F411CEU6控制芯片在接收到数据信息之后，实现对数据信息进行处理，然后确定车位的位置，再指引车辆驱使到车位处。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.停车场无人机引导系统，包括中央控制器和四轴无人机，其特征在于：所述中央控制器上电性连接有超声波传感器，所述超声波传感器固定镶嵌在停车位的中间，所述中央控制器上电性连接有一组通信模块，所述四轴无人机上电性连接有另一组通信模块，两组所述通信模块之间相互通讯连接，所述四轴无人机上电性连接有光流模块，所述四轴无人机上还电性连接有九轴传感器芯片和气压传感器；所述四轴无人机内包括有无人机主控芯片单元，所述中央控制器中包括有控制器主控芯片单元；两组所述通信模块包括所述四轴无人机板载的无线通信芯片和所述中央控制器的无线通讯芯片，两组所述通信模块上分别电性连接有一颗功率放大芯片；所述超声波传感器用于检测停车位上方是否存在有车辆；所述光流模块采用的是高精度低功耗光学追踪传感器，所述光流模块用于负责测量水平移动和测量距离；所述无人机主控芯片单元上电性扩展有PWM、DA和AD，所述控制器主控芯片单元电性扩展有SPI、USB、ADC和DMA，所述SPI用于与所述无线通讯芯片电性连接，所述USB主要用于固件升级。

2.根据权利要求1所述的停车场无人机引导系统，其特征在于：所述四轴无人机板载的无线通信芯片和所述中央控制器的无线通讯芯片均为2.4GHz无线通信芯片，所述无线通信芯片上电性扩展有SPI、2-WIRE、ADC、UART和TIMER。

3.根据权利要求1所述的停车场无人机引导系统，其特征在于：所述九轴传感器芯片用于测量四轴的姿态数据，所述气压传感器用于定高测量。

4.根据权利要求1所述的停车场无人机引导系统，其特征在于：所述光流模块中还包括有一个高精度激光传感器，所述光学追踪传感器负责测量水平移动，所述高精度激光传感器负责测量距离。

5.根据权利要求1所述的停车场无人机引导系统，其特征在于：所述四轴无人机中包括有电源单元，所述电源单元中包括有完整的单节锂离子电池充电器和低压差线性稳压器，所述四轴无人机使用了2颗低压差线性稳压器，一路所述低压差线性稳压器为所述无线通信芯片供电，另一路所述低压差线性稳压器则为所述无人机主控芯片单元和传感器供电，所述中央控制器的电源单元也采用同样的单节锂离子电池充电器和低压差线性稳压器。

6.根据权利要求1所述的停车场无人机引导系统，其特征在于：所述无人机主控芯片单元上还电性连接有SWD仿真下载接口，所述无人机主控芯片单元控制上电性连接有四组电机接口。

7.根据权利要求1所述的停车场无人机引导系统，其特征在于：所述无人机主控芯片单元和所述控制器主控芯片单元上还电性连接有至少两组存储模块、复位电路和时钟晶振电路。

8.根据权利要求1所述的停车场无人机引导系统，其特征在于：所述无人机主控芯片单元上还电性连接有数据处理模块和指示灯蜂鸣器，所述数据处理模块用于对所述无线通信芯片传输的数据信息进行检测和转换，所述指示灯蜂鸣器用于至少驾驶员的行进路线。

9.根据权利要求1所述的停车场无人机引导系统，其特征在于：该停车场无人机引导系统的使用方法如下：

S1、通过超声波传感器实现对空车位进行检测：中央控制器实现对停车场的所有超声波传感器进行发送检测指令，然后超声波传感器实现对车位进行实时检测，并且将数据信息进行实时传输；

S2、中央控制器将空余的车位信息发送给四轴无人机：中央控制器通过控制器主控芯片单元实现对数据信息进行处理之后，控制器主控芯片单元再通过无线通讯芯片与四轴无人机上的无线通信芯片进行通讯连接，实现将空车位的信息传输给四轴无人机；

S3、四轴无人机运行进行之路：四轴无人机通过九轴传感器芯片用于测量四轴的姿态数据，气压传感器用于定高测量，以及光学追踪传感器负责测量水平移动，高精度激光传感器负责测量距离，测量距离远，抗干扰能力强，四轴无人机搭配该模块即可实现稳定定高飞行，实现稳定的飞行，且在四轴无人机内设有指示灯和蜂鸣器，便于实现对车辆的指引；

S4、四轴无人机对车辆进行领路：四轴无人机中的无人机主控芯片单元在接收到数据信息之后，实现对数据信息进行处理，然后确定车位的位置，再指引车辆驱使到车位处。

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