基于大数据分析的实体导航系统

作者：朱新雨李佳俊陈羽邱世宇刘媛娜时间：2019-05-29来源：电子产品世界收藏

　　朱新雨李佳俊陈羽邱世宇刘媛娜

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201905/401022.htm

　　（上海大学机电工程与自动化学院工程训练国家级教学实验示范中心，上海 200444）

　　摘要：本作品是智能化程度较高的校园导游系统，基于STM32和数据库数据存取和访问，主要根据学校的各个景点和场所设计，采用神经网络搭建，自我反馈产生相对流量和点击率较高场所，自我适应和学习生成解决方案，方便人们能够更快更准地获得学校各个景点和场所的位置信息，能够结合位置提供智能化和多样化的景点信息讲解及路线规划等功能，其方便、丰富的功能性为师生带来了极大的方便，可以出色完成在校园内的导航服务，同时做到既减少人工又方便学生、考生、家长及对校园不熟悉的参观人员。

　　关键词：导航系统；数据库；STM32；智能化

　　* 源自“智能校园导航系统”项目。该项目获得了“2018年度‘罗姆杯’上海大学大学生机电创新设计大赛”的“最具人气奖”。

　　0 引言

　　随着新学期的到来，数百万大学新生开始了崭新的学习生涯，新生们来到全新的校园，如何快速地融入到学习和生活中，是每一位新生面临的问题。现在一款融合校园各单位信息的智能导航系统，为新生们带来了方便。面对广阔的校园环境，刚入学的新生或是初次到学校参观的人往往不清楚怎样才能到达自己的目的地，需要一个校园智能导航装置引导他们出行。目前在国内，真正能够称得上是智能导航器并且拥有足够地图精度的产品几乎没有，更不要说是专门针对校园的智能导航系统了。因此，在校园一些旅游景区和标志性建筑物中设置智能导航装置十分必要。

　　1 系统设计

　　本导航系统主要分为执行部分、控制部分和软件部分。

　　执行部分主要包括机械传动部分和结构组件部分，为了满足结构强度要求，标准材料主要选择欧标的40铝型材，特殊材料来自于车铣工艺加工和3D打印，构型选择多框架搭建满足承重要求。

　　控制部分的主控核心选择STM32系列MCU，电机采用SUMTOR大扭矩高精度步进电机，驱动器则采用配套的DM542步进电机驱动器，通信控制主要采用HC-05低功耗蓝牙模块。

　　软件部分的组成为配套的APP程序和微信程序，操作界面的更迭算法主要基于数据库数据信息存储和访问，算法框架为反馈框架，从而形成相对可靠的用户操作界面。同时，在大量储备和导入地点信息之后，在软件内部形成二维地图建立，内部采用最短路径算法，生成解决方案。整体技术框架如图1，系统工作原理见图2。

　　2 硬件设计

　　机械部分主要依靠联轴器、滚珠丝杠、销及部分螺纹和铆钉连接，模型建模主要依靠UG，通过一套CAD和CAE进行虚拟仿真制造，最后再进行有限元分析和动力学分析获得相关数据和一些安全值，再选材采购和保证模型运转正常。

　　电气硬件由一块STM32F407核心板、一个蓝牙模块、一个步进电机、一个步进电机驱动器、触摸屏和一些开关组成。如图3。

　　2.1 硬件工作原理

　　使用者通过操作触摸屏，系统收集信号信息，将数字信号转化为电子信号传入STM32，再将电信号转变成数字信号计入芯片，利用I/O口发出电信号和脉冲信号给步进电机驱动器，在电信号功率放大后，传入步进电机的定子绕组，利用脉冲信号控制转动距离，通过机械传动带动执行部分完成动作，从而完成整个过程的信号和信息转变。

　　2.2硬件电路设计

　　主控部分：以STM32F407zet6作为主控芯片，通过SPI接口与步进电机驱动芯片L6470进行通信，利用UART和HC-05蓝牙模块与外界通信，主控芯片以中断的方式接收来自UART的指令，主函数根据指令驱动电机，以中断的方式可以提高程序的响应速度，节省芯片资源。

　　电机驱动：由于 L6470采用电压控制方式实现细分驱动，电源电压的波动对控制的精度影响颇大。为了对其进行补偿，芯片内部集成了一个 5 位的 AD 转换器，可以实时监测电源电压，在电源电压波动时，对内部PWM 调制的占空比进行一定的补偿。由于ADCIN号引脚的最大耐压为3.3V，所以电源电压必须经过分压电阻后才能连接到该引脚，电阻值的选取需要保证，本设计中电源电压为 20 V，经过 2 kΩ 与 27 kΩ 电阻分压后为 1.404 V。

　　3 软件设计

　　3.1软件工作原理

　　用户可以使用微信小程序或是APP来进行导航系统的使用，客户端收集用户访问过地点的相关数据信息存储到后端数据库中，再以web的形式建立一个后台数据中心，利用百度的ECharts或者Java?Applet等第三方的扩展插件，在原有的html文件中增加相应的可视化插件模块，将后台数据库的格式化的数据以图表形式呈现到浏览器交互界面中，生成有关访问地点、次数的可视化图表和校园人流热力图，管理员可以通过网页查看校园内以及附近使用导航的人流信息来进行相关资源的分配调度。

　　建立后台系统可以实时动态监控热点区域的人流量增长及减少情况，更主要的是利用大数据技术进行用户数据的挖掘处理和分析，一定程度上达到对校园人流量的监控和预测。

　　此外，用户对导航系统和导航准确度的反馈都会存储在后端中，可以通过Python自然语言处理技术提取关键的地点信息，定期检测出反馈较多导航不准确的地点反映给后台管理员，进行及时修正。

　　4 总结

　　该智能指路牌在弹性云主机上安装数据库，搭建服务器环境，采集用户数据和流量，生成用户使用分析图表。根据采集得到的用户使用轨迹生成热力图，从数据库反馈给管理者，以便于查错和改进导航系统。经过一系列闭环反馈和信息交换，达到智能化自我学习功能高度应用。拥有良好的应用前景和市场潜力，具有技术合理性、完整性、应用性、创新性等，具备以下优点：

　　1.减少学校人力、物力投入；

　　2.使新生快速熟悉校园；

　　3.方便外来人员辩明方位；

　　4.利于游客了解校园文化。

　　同时通过信息化、智能化手段，实现对各种资源的有效集成、整合和优化，实现资源的有效配置和充分利用，提高了各项工作效率，效果和效益，实现教育的智能化和现代化，满足时代教育的需要，具有一定应用和推广前景。

　　参考文献

　　[1]李金伴，陆一心.电气材料手册[M].化学工业出版社:46-63.

　　[2]刘韬，楼兴华.SQL Server2000数据库系统开发实例导航.北京:人民邮电出版社，2004.

　　[3]周佩德.数据库原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2004.

　　[4]陶红才.数据库原理与设计[M].北京：清华大学出版社，2000.

　　[5]哈尔滨工业大学理论力学教研组编.理论力学.北京：高等教育出版社，1993.

　　[6]孙桓，陈作模主编.机械原理.北京：高等教育出版社，1993.