1.設(shè)計(jì)方案
1.1系統(tǒng)需求分析
共享管理系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能有：①無人機(jī)信息管理；②無人機(jī)作業(yè)管理；③無人機(jī)定位；④無人機(jī)預(yù)約租賃服務(wù)；⑤數(shù)據(jù)上傳。該系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同分為無人機(jī)主客戶端和后臺(tái)管理端，其整體架構(gòu)如圖1所示。
1.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
通過GPS定位模塊獲取所在地點(diǎn)的經(jīng)緯度值并發(fā)送到服務(wù)器中與高德地圖匹配，使用服務(wù)器與手機(jī)端相連接并在手機(jī)端顯示。在手機(jī)端將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器后，服務(wù)器進(jìn)行相應(yīng)的處理并做出響應(yīng)，將需要保存的信息存放在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，以便下次調(diào)用。該無人機(jī)共享平臺(tái)使用Javascript語言進(jìn)行開發(fā)，運(yùn)用交互UI模式對(duì)小程序界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過高德地圖等軟件的API搭建該小程序的GIS，從服務(wù)器上獲取無人機(jī)的GPS定位信息并顯示在小程序界面上。設(shè)計(jì)方案如圖2所示。
2.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)主要硬件為GPS實(shí)時(shí)定位模塊、定位模塊選用MC20，它是一款超小尺寸GSM/GPRS/GNSS模塊。采用有源天線設(shè)計(jì)，并且模塊在有GPRS網(wǎng)絡(luò)的情況下，支持AGPS輔助功能，加速GPS定位。本定位設(shè)備采用高性能的STM32單片機(jī)（STM32F103C8T6）作為控制中心，連接GPS模塊、GPRS模塊、存儲(chǔ)模塊、報(bào)警功能模塊和電源模塊，并綜合考慮無人機(jī)的使用情況擴(kuò)展相應(yīng)功能。設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)GPS模塊采集位置數(shù)據(jù)，通過UART傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，然后將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到存儲(chǔ)模塊，并通過GPRS模塊以TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控中心服務(wù)器。報(bào)警功能模塊是為了防止無人機(jī)未經(jīng)允許被盜用而設(shè)計(jì)的，存儲(chǔ)模塊主要為了后續(xù)開發(fā)而增加的。其主要功能模塊如圖3所示，無人機(jī)控制電路如圖4所示。
3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)調(diào)用高德地圖提供的API接口，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)地圖顯示、定位、路徑規(guī)劃、導(dǎo)航等功能。無人機(jī)可根據(jù)共享地圖提供的這些功能快速確定到達(dá)終點(diǎn)的路線。系統(tǒng)主要功能包括訂單管理、無人機(jī)共享和租賃以及路徑規(guī)劃，定位與路徑規(guī)劃程序流程圖如圖5所示。
3.1無人機(jī)和UI界面
根據(jù)上述系統(tǒng)的需求分析，基于AndroidStudio集成開發(fā)工具開發(fā)了無人機(jī)共享和租賃平臺(tái)的小程序，其UI界面如圖6所示，圖6（a）顯示了不同無人機(jī)的相關(guān)信息，包括無人機(jī)的類型、使用價(jià)格、剩余臺(tái)數(shù)、使用時(shí)長等信息通過上下滑動(dòng)屏幕可以顯示更多關(guān)于不同類型的無人機(jī)的信息。圖6（b）則顯示了不同無人機(jī)的詳細(xì)信息，包括無人機(jī)的使用范圍、使用難度、大眾歡迎程度和使用價(jià)格等，方便了機(jī)主對(duì)無人機(jī)的使用。
3.2無人機(jī)定位及地圖界面
圖7（a）是接入無人機(jī)共享小程序中的高德地圖，可定位各個(gè)無人機(jī)的位置。圖中黑色小圓點(diǎn)顯示當(dāng)前無人機(jī)主所在位置。通過地圖的準(zhǔn)確定位功能可以找到附近的無人機(jī)。點(diǎn)擊立即使用，出現(xiàn)掃碼界面即可實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的使用。圖7（a）中的右側(cè)圖標(biāo)中，從上到下依次為復(fù)位功能、報(bào)修功能以及個(gè)人用戶的登錄，方便機(jī)主使用。在使用無人機(jī)過程中出現(xiàn)損壞，點(diǎn)擊報(bào)修按鈕，即可進(jìn)入報(bào)修界面，報(bào)修界面如圖7（b）所示。利用報(bào)修功能，方便對(duì)無人機(jī)的管理，避免無人機(jī)因故障等原因而造成無人機(jī)的遺失。
3.3無人機(jī)使用計(jì)時(shí)界面
圖8是無人機(jī)計(jì)時(shí)功能UI界面，無人機(jī)主在用戶端登錄個(gè)人賬號(hào)即可與自己所在區(qū)域內(nèi)無人機(jī)通信和定位，同時(shí)記錄使用無人機(jī)時(shí)間，從而計(jì)算此次的消費(fèi)金額。經(jīng)測試，該無人機(jī)共享平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)2s內(nèi)無人機(jī)GPS定位位置顯示，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成預(yù)約，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)功能與前端頁面能有效交互，測試過程中無人機(jī)共享與管理平臺(tái)各功能正常運(yùn)行。該系統(tǒng)界面操作簡單，能高效完成指定任務(wù)。
4.結(jié)語
本項(xiàng)目從無人機(jī)共享服務(wù)的應(yīng)用性需求出發(fā)，采用Javascript語言進(jìn)行無人機(jī)共享與管理平臺(tái)系統(tǒng)的開發(fā)。該共享平臺(tái)分別建立機(jī)主客戶端和后臺(tái)管理客戶端，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的科學(xué)共享及信息共享，促進(jìn)無人機(jī)使用的傳統(tǒng)模式邁向“互聯(lián)網(wǎng)+”的模式，讓使用者和無人機(jī)之間能快速、準(zhǔn)確傳遞信息，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)資源的合理配置和高效使用，從整體上提高無人機(jī)共享管理水平。該系統(tǒng)界面美觀，利于功能拓展，有較強(qiáng)的應(yīng)用前景，并能為基于大數(shù)據(jù)的無人機(jī)管理系統(tǒng)提供研究基礎(chǔ)。
作者：宋佳龍 段超然 鄭涵鈺 蔣 梵 錢 偉 王迎斌 （三峽大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院）
本文刊發(fā)于《中國高新科技》雜志2020年第23期
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