CN208848477U - 一种带有移动引导与控制功能的机场沙盘系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带有移动引导与控制功能的机场沙盘系统，包括缩比机场沙盘、模拟车辆或航空器、通信系统，由电脑模拟机场场面控制中心和塔台，通过无线网络WIFI发送相应的指令到模拟车辆或航空器端，模拟车辆或航空器接收到指令后，在缩比机场沙盘上实行相应的运动，同时模拟车辆或航空器通过无线网络WIFI发送位置信息到控制中心，技术效果是在缩比机场沙盘上实现控制中心对机场场面模拟车辆或航空器实时位置监控以及运动路径规划，为机场的运行提供模型支持，从而实现机场平面在任何复杂情况条件下，都支持安全、有序、迅速的指挥飞机和车辆移动的功能。

Description

一种带有移动引导与控制功能的机场沙盘系统

技术领域

本实用新型涉及一种缩比机场沙盘，特别涉及一种带有移动引导与控制功能的机场沙盘系统。

背景技术

沙盘是按照一定的比例放大或微缩所做成的用以反映对象平面的或立体的空间模型。沙盘在城市规划、建筑设计、楼盘销售以及各企业展览宣传等各方面应用广泛，沙盘制作成本低、成效好，获得政府、企业的青睐以及大众的普遍认可。随着技术不断进步，传统沙盘模型的升级版——数字沙盘模型应用逐步兴起，模拟效果越加贴切实际，能够实现计算机控制、动态显示、综合演示等多功能展示，结合互联网、无人机、热感技术，综合利用成效大大提升。

随着我国经济和民航业的飞速发展，机场的规模和业务量日益扩大，在航班地面保障过程中如何确保安全、正常、高效地实施系统化管理，做好机场本单位及驻场各单位的协调配合等工作，确保机场各类资源的合理、优化利用，是机场正常运行的重要问题。当前市面上已有的机场沙盘基本都是传统的静态沙盘，沙盘上的车辆、飞行器都是静态模型，不能运动，这种沙盘主要以展示为主，功能上主要与机场的建设规划等相关，在机场实际的运行过程中不能起到理想的辅助作用。

因此，一种场面车辆、飞机都可以以动态形式展示的动态机场沙盘已是势在必行。该沙盘一方面可以像传统的沙盘一样，为机场的建设规划提供模型支持，另一方面可以模拟机场的运行情况，直观地展示机场场面动态运行效果，为机场的运行提供模型支持。

发明内容

鉴于技术发展和实际需求，本实用新型提供一种带有移动引导与控制功能的机场沙盘系统，从机场运行与控制的角度，搭建缩比机场沙盘模型实体，设计并制作缩比车辆和航空器模型，模拟机场车辆和航空器运行；通过引入机场场面移动引导与控制系统机理，用来满足复杂机场场面车辆与航空器的运行控制要求，并为民航教学、科研、以及机场运行管理等提供机场沙盘模型支持，具体技术方案是，一种涉及带有移动引导与控制功能的机场沙盘系统，包括缩比机场沙盘、模拟车辆或航空器、通信系统，其特征在于：所述的缩比机场沙盘为纸制机场场面图，纸制机场航站楼、塔台安置在铺好的缩比机场沙盘相应位置；所述的模拟车辆或航空器由车架或航空器架及电路组成，车架或航空器架由底板、车轮组成，以PCB电路板为底板和3D打印车轮组装而成，电路由锂电池、MCU电源、MCU模块、运动模块、定位模块、WiFi模块、串口模块、SW下载模块和微型直流减速电机组成，连接为锂电池通过开关、计算机USB口无线网通过SW下载模块分别与MCU模块单向连接，定位模块通过串口模块与MCU模块单向连接， WiFi模块分别与MCU模块、上位机双向连接，MCU模块通过运动模块与微型直流减速电机单向连接，微型直流减速电机固定于底板上与车轮连接；所述的通信系统，上位机用串口与一个WiFi模块相连，设置为WiFi AP模式，分别与数个终端模式的模拟车辆或航空器的WiFi模块双向连接，各模拟车辆或航空器的WiFi模块与自身的MCU模块双向连接，自身的MCU模块通过运动模块与微型直流减速电机单向连接、与定位模块通过串口模块双向连接，上位机PC端通过串口给与其相连的WiFi模块发送指令，该WiFi模块以无线的方式将该指令发送给指定的模拟车辆或航空器的Wi-Fi模块，模拟车辆或航空器的WiFi模块通过串口将指令上传给自身的MCU模块，MCU模块得到指令控制模拟车辆或航空器进行相应的运动，这样实现了上位机对下位机的控制，同时，模拟车辆或航空器的WiFi模块也可以将自身的信息通过串口传给上位机Wi-Fi模块，上位机对各个模拟车辆或航空器来的信息进行汇总，从而形成对整个场面的监控。

本实用新型的技术效果是一方面可以像传统的沙盘一样，为机场的建设规划提供模型支持，另一方面可以模拟机场的运行情况，直观地展示机场场面动态运行效果，为机场的运行提供模型支持，实现控制中心对机场场面模拟车辆或航空器实时位置监控以及运动路径规划，从而实现了机场平面在任何复杂情况条件下，都支持安全、有序、迅速的指挥飞机和车辆移动的功能。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图；

图2是本实用新型的缩比机场沙盘图；

图3是本实用新型的模拟车辆或航空器结构图；

图4是本实用新型的模拟车辆底板结构图；

图5是本实用新型的航空器底板结构图；

图6是本实用新型的模拟车辆或航空器原理框图；

图7是本实用新型的模拟车辆或航空器电路连接图；

图8是本实用新型的系统通信电路连接图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型进一步说明。

实施例：一种带有移动引导与控制功能的机场沙盘系统，包括缩比机场沙盘、模拟车辆或航空器、通信系统。

如图2所示，所述的缩比机场沙盘以某机场为原型的机场场面地图，通过CAD软件对机场场面地图进行1000：1缩比，绘制出本系统的机场场面图，并使用镀膜广告纸打印，然后在实验室进行拼接固定，机场航站楼、塔台使用3D打印机打印，用SolidWorks软件设计绘制航站楼、塔台的三维模型图，根据机场场面图尺寸将航站楼、塔台按照比例使用3D打印机打印，安置在铺好的机场场面图的相应位置。

如图3、4、5、6、7所示，所述的模拟车辆或航空器由车架或航空器架及电路组成，车架或航空器架由底板、车轮组成，以PCB电路板为底板和3D打印车轮组装而成。

所述的电路由锂电池、MCU模块、运动模块、定位模块、通信模块、串口模块、SW下载模块和微型直流减速电机组成，连接为锂电池通过开关、计算机USB口通过SW下载模块分别与MCU模块单向连接，定位模块通过串口模块与MCU模块单向连接，WiFi模块分别与MCU模块、上位机双向连接，MCU模块通过运动模块与微型直流减速电机单向连接，微型直流减速电机固定于底板上与车轮连接；所述的通信系统，上位机用串口与一个WiFi模块相连，设置为WiFi AP模式，分别与数个终端模式的模拟车辆或航空器的WiFi模块双向连接，各模拟车辆或航空器的WiFi模块与自身的MCU模块双向连接，自身的MCU模块通过运动模块与微型直流减速电机单向连接、与定位模块通过串口模块双向连接，上位机PC端通过串口给与其相连的WiFi模块发送指令，该WiFi模块以无线的方式将该指令发送给指定的模拟车辆或航空器的WiFi模块，模拟车辆或航空器的WiFi模块通过串口将指令上传给车（机）载MCU，MCU得到指令控制车辆（飞机）进行相应的运动，这样实现了上位机对下位机的控制，同时，模拟车辆或航空器的WiFi模块也可以将自身的信息通过串口传给上位机Wi-Fi模块，上位机对各个模拟车辆或航空器来的信息进行汇总，从而形成对整个场面的监控。

其中，MCU模块选择意法半导体公司的stm32f103c8t6芯片，该芯片是一款中等容量的增强型微控制器，该芯片支持多个外设且具有低功耗、体积小等优良性能，其价格便宜，性价比高，其小巧的体积十分符合模拟车辆设计上对体积的要求，最高达72MHz的运行速度能保证信息的快速处理，丰富的资源保证了其能与多个外设的顺利的通信；电源部分使用锂电池供电，供电电压3.6V-4.2V，单片机系统所需电压为3.3V，故采用tps7333低压差线性稳压芯片进行稳压，此芯片最重要的特点是超低压差、带复位输出、静态电流低，与使用普通的LDO芯片相比，此芯片在满足项目的需求的基础上能极大的降低电路的复杂性，并且提高电路的稳定性。

运动模块，电机驱动采用芯片mx1208电路，内部集成了采用N沟道和P沟道功率MOSFET设计的H桥驱动电路，该电路具备较宽的工作电压范围（从2V到9.6V），小车采用锂电池供电，额定电压为3.7v，满足工作电压要求。转向轮最大持续输出电流达到0.8A，最大峰值输出电流达到1.5A。后轮驱动最大持续输出电流达到1.2A,最大峰值输出电流达到1.5A。该驱动电路内置过热保护电路。通过驱动电路的负载电流远大于电路的最大持续电流时，受封装散热能力限制，电路内部芯片的结温将会迅速升高，一旦超过设定值 (典型值150℃)，内部电路将立即关断输出功率管，切断负载电流，避免温度持续升高造成塑料封装冒烟、起火等安全隐患。内置的温度迟滞电路，确保电路恢复到安全温度后，才允许重新对电路进行控制。四个电机由两个驱动芯片驱动，采用差速转弯，每个电机都可由单片机独立控制正反转，使小车能够进行灵活运动。

定位模块，模拟沙盘中特种车辆设备的定位本质上就是一种高精度、小场面上的室内定位。而室内定位是一种用以解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物而在室内环境无法使用定位的卫星辅助定位手段。室内定位有多种，使用UWB定位技术，UWB定位技术的定位精度高，厘米级的定位精度满足项目需求，且其应用前景广泛，可移植性好，还可以用于室内无人机精确定位导航等。项目采用市面上已有的UWB定位模块，该模块采用TDOA定位原理，利用UWB定位技术测得定位标签相对于两个不同基站之间无线电信号传播的时间差，从而得出定位标签相对于四组基站的距离差。

通信模块，使用ATK-ESP8266WiFi模块，ATK-ESP8266板载ai-thinker（安信可）公司的ESP8266模块。ATK-ESP8266模块采用串口（LVTTL）与MCU（或其他串口设备）通信，内置TCP/IP 协议栈，能够实现串口与WIFI之间的转换，该模块兼容3.3V和5V单片机系统，可以很方便地与各类产品进行连接，模块支持串口转WIFI STA、串口转AP和WIFI STA+WIFI AP的模式，满足项目的通信需求。

如图1、8所示，通信系统，整体机场沙盘系统的通信采用上位机用串口与一个WiFi模块相连，设置为WiFi AP模式，分别与数个终端模式的模拟车辆或航空器的WiFi模块双向连接，各模拟车辆或航空器的WiFi模块与自身的MCU模块双向连接，连接好各个WiFi模块，上电后发现其指示灯都正常，然后通过AT指令集对各个模块进行模式的配置，将WiFi模块0设置为AP模式，其余的设置为STA 模式；对于WiFi模块0，其AT指令可以通过串口调试助手直接从串口输出，而对于WiFi模块1~n则需要将其编写入单片机程序中，通过程序初始化对WiFi模块进行初始配置。自身的MCU模块通过运动模块与微型直流减速电机单向连接、与定位模块通过串口模块双向连接，上位机PC端通过串口给与其相连的WiFi模块发送指令，该WiFi模块以无线的方式将该指令发送给指定的模拟车辆或航空器的Wi-Fi模块，模拟车辆或航空器的WiFi模块通过串口将指令上传给自身的MCU模块，MCU模块得到指令控制模拟车辆或航空器进行相应的运动，这样实现了上位机对下位机的控制，同时，模拟车辆或航空器的WiFi模块也可以将自身的信息通过串口传给上位机Wi-Fi模块，上位机对各个模拟车辆或航空器来的信息进行汇总，从而形成对整个场面的监控。

原理

由电脑模拟机场场面控制中心和塔台，通过无线网络发送相应的指令到模拟车辆或航空器端，模拟车辆或航空器接收到指令后，在缩比机场沙盘上实行相应的运动，同时模拟车辆或航空器也发送位置信息到控制中心，在缩比机场沙盘上实现了控制中心对场面模拟车辆或航空器实时位置监控以及运动路径规划，从而实现机场平面在任何复杂情况条件下，都支持安全、有序、迅速的指挥飞机和车辆移动的功能。

Claims (1)

1.一种带有移动引导与控制功能的机场沙盘系统，包括缩比机场沙盘、模拟车辆或航空器、通信系统，其特征在于：所述的缩比机场沙盘为纸制机场场面图，纸制机场航站楼、塔台安置在铺好的缩比机场沙盘相应位置；所述的模拟车辆或航空器由车架或航空器架及电路组成，车架或航空器架由底板、车轮组成，以PCB电路板为底板和3D打印车轮组装而成，电路由锂电池、MCU模块、运动模块、定位模块、WiFi电源、WiFi模块串口模块、SW下载模块和微型直流减速电机组成，连接为锂电池通过开关、计算机USB口通过SW下载模块分别与MCU模块单向连接，定位模块通过串口模块与MCU模块单向连接， WiFi模块分别与MCU模块、上位机双向连接，MCU模块通过运动模块与微型直流减速电机单向连接，微型直流减速电机固定于底板上与车轮连接；所述的通信系统，上位机用串口与一个WiFi模块相连，设置为WiFiAP模式，分别与数个终端模式的模拟车辆或航空器的WiFi模块双向连接，各模拟车辆或航空器的WiFi模块与自身的MCU模块双向连接，自身的MCU模块通过运动模块与微型直流减速电机单向连接、与定位模块通过串口模块双向连接，上位机PC端通过串口给与其相连的WiFi模块发送指令，该WiFi模块以无线的方式将该指令发送给指定的模拟车辆或航空器的Wi-Fi模块，模拟车辆或航空器的WiFi模块通过串口将指令上传给自身的MCU模块，MCU模块得到指令控制模拟车辆或航空器进行相应的运动，这样实现了上位机对下位机的控制，同时，模拟车辆或航空器的WiFi模块也可以将自身的信息通过串口传给上位机Wi-Fi模块，上位机对各个模拟车辆或航空器来的信息进行汇总，从而形成对整个场面的监控。