基于大數據分析的實(shí)體導航系統

　　朱新雨 李佳俊 陳羽 邱世宇 劉媛娜

　?。ㄉ虾４髮W(xué) 機電工程與自動(dòng)化學(xué)院 工程訓練國家級教學(xué)實(shí)驗示范中心，上海 200444）

　　摘要：本作品是智能化程度較高的校園導游系統，基于STM32和數據庫數據存取和訪(fǎng)問(wèn)，主要根據學(xué)校的各個(gè)景點(diǎn)和場(chǎng)所設計，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )搭建，自我反饋產(chǎn)生相對流量和點(diǎn)擊率較高場(chǎng)所，自我適應和學(xué)習生成解決方案，方便人們能夠更快更準地獲得學(xué)校各個(gè)景點(diǎn)和場(chǎng)所的位置信息，能夠結合位置提供智能化和多樣化的景點(diǎn)信息講解及路線(xiàn)規劃等功能，其方便、豐富的功能性為師生帶來(lái)了極大的方便，可以出色完成在校園內的導航服務(wù)，同時(shí)做到既減少人工又方便學(xué)生、考生、家長(cháng)及對校園不熟悉的參觀(guān)人員。

　　關(guān)鍵詞：導航系統；數據庫；STM32；智能化

　　* 源自“智能校園導航系統”項目。該項目獲得了“2018年度‘羅姆杯’上海大學(xué)大學(xué)生機電創(chuàng )新設計大賽”的“最具人氣獎”。

　　0 引言

　　隨著(zhù)新學(xué)期的到來(lái)，數百萬(wàn)大學(xué)新生開(kāi)始了嶄新的學(xué)習生涯，新生們來(lái)到全新的校園，如何快速地融入到學(xué)習和生活中，是每一位新生面臨的問(wèn)題?，F在一款融合校園各單位信息的智能導航系統，為新生們帶來(lái)了方便。面對廣闊的校園環(huán)境，剛入學(xué)的新生或是初次到學(xué)校參觀(guān)的人往往不清楚怎樣才能到達自己的目的地，需要一個(gè)校園智能導航裝置引導他們出行。目前在國內，真正能夠稱(chēng)得上是智能導航器并且擁有足夠地圖精度的產(chǎn)品幾乎沒(méi)有，更不要說(shuō)是專(zhuān)門(mén)針對校園的智能導航系統了。因此，在校園一些旅游景區和標志性建筑物中設置智能導航裝置十分必要。

　　1 系統設計

　　本導航系統主要分為執行部分、控制部分和軟件部分。

　　執行部分主要包括機械傳動(dòng)部分和結構組件部分，為了滿(mǎn)足結構強度要求，標準材料主要選擇歐標的40鋁型材，特殊材料來(lái)自于車(chē)銑工藝加工和3D打印，構型選擇多框架搭建滿(mǎn)足承重要求。

　　控制部分的主控核心選擇STM32系列MCU，電機采用SUMTOR大扭矩高精度步進(jìn)電機，驅動(dòng)器則采用配套的DM542步進(jìn)電機驅動(dòng)器，通信控制主要采用HC-05低功耗藍牙模塊。

　　軟件部分的組成為配套的APP程序和微信程序，操作界面的更迭算法主要基于數據庫數據信息存儲和訪(fǎng)問(wèn)，算法框架為反饋框架，從而形成相對可靠的用戶(hù)操作界面。同時(shí)，在大量?jì)浜蛯氲攸c(diǎn)信息之后，在軟件內部形成二維地圖建立，內部采用最短路徑算法，生成解決方案。整體技術(shù)框架如圖1，系統工作原理見(jiàn)圖2。

　　2 硬件設計

　　機械部分主要依靠聯(lián)軸器、滾珠絲杠、銷(xiāo)及部分螺紋和鉚釘連接，模型建模主要依靠UG，通過(guò)一套CAD和CAE進(jìn)行虛擬仿真制造，最后再進(jìn)行有限元分析和動(dòng)力學(xué)分析獲得相關(guān)數據和一些安全值，再選材采購和保證模型運轉正常。

　　電氣硬件由一塊STM32F407核心板、一個(gè)藍牙模塊、一個(gè)步進(jìn)電機、一個(gè)步進(jìn)電機驅動(dòng)器、觸摸屏和一些開(kāi)關(guān)組成。如圖3。

　　2.1 硬件工作原理

　　使用者通過(guò)操作觸摸屏，系統收集信號信息，將數字信號轉化為電子信號傳入STM32，再將電信號轉變成數字信號計入芯片，利用I/O口發(fā)出電信號和脈沖信號給步進(jìn)電機驅動(dòng)器，在電信號功率放大后，傳入步進(jìn)電機的定子繞組，利用脈沖信號控制轉動(dòng)距離，通過(guò)機械傳動(dòng)帶動(dòng)執行部分完成動(dòng)作，從而完成整個(gè)過(guò)程的信號和信息轉變。

　　2.2硬件電路設計

　　主控部分：以STM32F407zet6作為主控芯片，通過(guò)SPI接口與步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片L6470進(jìn)行通信，利用UART和HC-05藍牙模塊與外界通信，主控芯片以中斷的方式接收來(lái)自UART的指令，主函數根據指令驅動(dòng)電機，以中斷的方式可以提高程序的響應速度，節省芯片資源。

　　電機驅動(dòng)：由于 L6470采用電壓控制方式實(shí)現細分驅動(dòng)，電源電壓的波動(dòng)對控制的精度影響頗大。為了對其進(jìn)行補償，芯片內部集成了一個(gè) 5 位的 AD 轉換器，可以實(shí)時(shí)監測電源電壓，在電源電壓波動(dòng)時(shí)，對內部PWM 調制的占空比進(jìn)行一定的補償。由于A(yíng)DCIN號引腳的最大耐壓為3.3V，所以電源電壓必須經(jīng)過(guò)分壓電阻后才能連接到該引腳，電阻值的選取需要保證，本設計中電源電壓為 20 V，經(jīng)過(guò) 2 kΩ 與 27 kΩ 電阻分壓后為 1.404 V。

　　3 軟件設計

　　3.1軟件工作原理

　　用戶(hù)可以使用微信小程序或是APP來(lái)進(jìn)行導航系統的使用，客戶(hù)端收集用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)過(guò)地點(diǎn)的相關(guān)數據信息存儲到后端數據庫中，再以web的形式建立一個(gè)后臺數據中心，利用百度的ECharts或者Java?Applet等第三方的擴展插件，在原有的html文件中增加相應的可視化插件模塊，將后臺數據庫的格式化的數據以圖表形式呈現到瀏覽器交互界面中，生成有關(guān)訪(fǎng)問(wèn)地點(diǎn)、次數的可視化圖表和校園人流熱力圖，管理員可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)查看校園內以及附近使用導航的人流信息來(lái)進(jìn)行相關(guān)資源的分配調度。

　　建立后臺系統可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監控熱點(diǎn)區域的人流量增長(cháng)及減少情況，更主要的是利用大數據技術(shù)進(jìn)行用戶(hù)數據的挖掘處理和分析，一定程度上達到對校園人流量的監控和預測。

　　此外，用戶(hù)對導航系統和導航準確度的反饋都會(huì )存儲在后端中，可以通過(guò)Python自然語(yǔ)言處理技術(shù)提取關(guān)鍵的地點(diǎn)信息，定期檢測出反饋較多導航不準確的地點(diǎn)反映給后臺管理員，進(jìn)行及時(shí)修正。

　　4 總結

　　該智能指路牌在彈性云主機上安裝數據庫，搭建服務(wù)器環(huán)境，采集用戶(hù)數據和流量，生成用戶(hù)使用分析圖表。根據采集得到的用戶(hù)使用軌跡生成熱力圖，從數據庫反饋給管理者，以便于查錯和改進(jìn)導航系統。經(jīng)過(guò)一系列閉環(huán)反饋和信息交換，達到智能化自我學(xué)習功能高度應用。擁有良好的應用前景和市場(chǎng)潛力，具有技術(shù)合理性、完整性、應用性、創(chuàng )新性等，具備以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1.減少學(xué)校人力、物力投入；

　　2.使新生快速熟悉校園；

　　3.方便外來(lái)人員辯明方位；

　　4.利于游客了解校園文化。

　　同時(shí)通過(guò)信息化、智能化手段，實(shí)現對各種資源的有效集成、整合和優(yōu)化，實(shí)現資源的有效配置和充分利用，提高了各項工作效率，效果和效益，實(shí)現教育的智能化和現代化，滿(mǎn)足時(shí)代教育的需要，具有一定應用和推廣前景。

　　參考文獻

　　[1]李金伴，陸一心.電氣材料手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社:46-63.

　　[2]劉韜，樓興華.SQL Server2000數據庫系統開(kāi)發(fā)實(shí)例導航.北京:人民郵電出版社，2004.

　　[3]周佩德.數據庫原理及應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

　　[4]陶紅才.數據庫原理與設計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

　　[5]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研組編.理論力學(xué).北京：高等教育出版社，1993.

　　[6]孫桓，陳作模主編.機械原理.北京：高等教育出版社，1993.

　　[7]茅陽(yáng).單片機技術(shù)在電氣傳動(dòng)控制系統中的應用與研究[J].中國高新區，2018.23-49.

　　[8]周麗榮.物聯(lián)網(wǎng)電子產(chǎn)品中單片機技術(shù)的應用研究[J].電子測試，2018(3):77.

（注：本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第6期第56頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。）