无人机智能配送系统
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作者:赵诗乔 包全英 乔美娜 王恩泽 徐鹤东 赵佳彬
摘要：无人机是不断成熟的传感、通信、航天技术与人工智能技术融合渗透下的产物。近年来无人机行业在中国迅猛发展，其应用场景不断扩展延伸。疫情期间，无人机实现了无接触配送模式，发挥了不可替代的作用，提高效率的同时真正做到送货上门。业内人士纷纷表示“无接触配送”必将成为未来一大发展趋势。
关键词：无人机;智能配送;无接触配送
中图分类号： TP18 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2021）08-0152-03
隨着“中国制造2025”的提出，我国加快推进以智能制造为核心的“工业4.0”战略。目前对无人机运输的生活化应用还未普及，故无人机未来发展前景十分可观。本课题所研究的《无人机智能配送系统》就是利用无人机开发中的合理规划路线，同时增加了语音互动、人脸识别以及二维码识别等功能。着手打造短物流平台，开发末端物流，通过云端中枢的智能调度进行最后一公里的运输，提高效率的同时也解决了很多配送无法做到真正意义上的送货上门的痛点问题。以科技进步为动力，为大型企业及国内物流配送公司服务的同时发挥地形测绘的优势以及其他功能。
1 多用途无人机具有的特征
由于采用模块化设计的优势且本产品具备投放装置以及图像实时监测装置，所以在满足配送任务的同时，也可作为测绘无人机投入使用，实现一机多用，最大限度的发挥无人机的功能。在同时具备real sense 实感模块和超声波避障功能的条件下，可以为货物的安全送达提供保障。与此同时该无人机也支持定点投放货物，只需要商家在地面站内输入目标地址，无人机即可执行定点投放任务。针对快递行业以及小型商户来说，在考虑到配送时人群聚集、混杂等因素，可能会出现一些不道德的行为，因此我们采用了扫码取货的方式，当用户端收到取货通知时，系统便会自动生成唯一的一个二维码，取货时用户只需在无人机前置摄像头展示出自己的二维码并等待系统识别，无人机便可自动投放货物，为用户取货提供了安全保障。并且可以搭载自动绞盘机和传送带，为家住高层的用户提供更方便快捷的取货方式。
本系统是集无人机无线远距离定位遥控，运输投放，航拍技术，测绘技术，强劲续航，语音提示，温度保护，个性化设计等功能于一体的软件和硬件的新型无线设计。
无线远距离定位遥控：将无人机原有的遥控系统的技术上，加入无线信号发收装置，卫星自导航系统以及卫星接收器。通过地面及卫星实现地空一体化定位，以此实现远距离定位遥控;
运输投放：运输无人机具有多种飞行模式，例如人工控制，定位悬浮和精准的卫星自控导航，配合当下在建的5G网络，将会更加精确的实施配送。为了更加保证运输投放的安全性，我们外加了有三种加速度计，气压高度计、磁力计、微型黑盒子、三轴陀螺计等多种高精度传感器和较为先进的算法控制。
超强续航：将无人机顶部更换为单晶硅太阳能电池，然后在外壳原有的锂电池，两者相互结合，实现超强续航;
磁场保护：利用磁屏蔽技术来维护内部不受外界磁场干扰;
温度保护：利用单片机原理，将连接在单片上的温度传感器与太阳能充电装置相互配合，在程序中设置预设值，超过预设值时，自动切断充电，来达到温度保护的效果;
个性化设计：根据当今审美趋势，我们打算用简约大气的外观模式，这种模式更利于更多人接受。
2 无人机市场现状
目前我国在民用无人机的研究领域中共有130多家研制机构，民用无人机的类别也变得越来越丰富。很大程度上是在中远程航程、高空、高速、大载荷等军用无人机技术逐渐向民用过度的结果。当前无人机的应用范围已涉及水情检测，环境监测，救灾和国土资源检查等许多领域。在此次疫情防控工作中，无人机以其不可替代的优势，发挥了重要的作用。在高速公路的出口，无人机下的二维码可供司机提前录入个人信息;在医院和疾控中心之间，无人机转运标本和疫情防控的急救物资以及药品;巨大的产业需求，快速增长的产业规模，竞合的产业生态，稀缺的高层次人才，尚不健全的相关法律和广阔的未来前景。无人机厂家现主要分为两类，其中一类是专业做飞行器控制后来做无人机整机，这类厂家有着十分深厚的技术底蕴，对技术方向把握准确，另一类是做系统集成，这类厂家有着十分广阔的人脉关系。现如今无人机行业的领头羊大疆则是把飞行器控制和系统集成都做的很好。2013年中国无人机市值已达88亿元，2014年中国无人机行业规模突破百亿元，截至2017年，中国无人机市值约为151亿元，其中民用无人机行业规模为83亿元。
无人机产业快速发展的缩影体现在无人机的广泛应用上。无人机用途广特点鲜明，系统类型多样化，所以其在航程及航时、尺寸和质量、飞行高度、速度以及任务等诸多方面上存在着不小的区别。而我们研究的是关于无人机精确定位和运输投放，在未来这个人工智能和大数据不断发展的环境下，我们的无人机智能配送技术与之融合渗透，相信我们产品的应用场景将不断拓宽加深。还有就是今年年初的疫情，无人机“横空出世，大显身手”，更加地显示出了这个行业未来的发展前景是十分广阔的，以及更多人才和资本的关注和投入，也为未来的发展奠定了坚实的基础。
3 无人机项目设计路线
3.1 系统设计
将无线充电技术作为核心，单片机技术为辅助的模块化设计，采用模块化编程的方法解决各个模块较多且复杂的问题，小组成员对项目进行分工，最后由项目组长进行组合调试，这种方法有利于合理安排电路板上元器件的焊接和布线，准确的设定传感器放置的位置，确保硬件系统的正常运行。
3.2 硬件设计
1）无线充电的确定
磁场共振充电：由能量接收装置和能量发送装置组成的这个系统，当两个装置调整到一个相同的特定频率上共振，它们就可以彼此交换能量。利用磁场上的共振充电，可实现稍远距离的无线充电，利用无人机的悬浮功能，进入特定的充电磁场区域，进行无线充电，进而实现长时间的飞行。 2）温度传感器
温度传感器芯片采用LM135封装，为了防止其使用的时候短路，烧毁芯片，并防潮防水。我们将引脚用热塑管隔开;输入电压是5V，把探测的温度区间设定在-55℃～+150℃;为了探测温度并反馈温度信息，安装在硅晶片外壳底部;把温度传送给显示面板进行温度显示。
3.3 模块设计
1） 太阳能充电电路设计
太阳能充电发收装置主要是采用在正常光线下，由光能转换为电能并且通过控制电路存放到蓄电池中，也可以直接把光能产生的电能对手机或其他电子数码产品充电，这是太阳能充电器的基本原理，但必须依据太阳光的光度而定，当没有太阳光度的时候，可以通过交流电和直流电之间的转化由控制电路存储到内置电池中，而智能充电无人机也是正好利用这一功能进行太阳能充电，进一步加长飞行时间。
2） 无人机智能遥控技术设计
本设计是通过将无人机原有的遥控系统的技术上，加入卫星自导航系统，卫星接收器，以及无线信号发收装置。通过地面及卫星实现地空一体化定位，以此实现远距离定位遥控;而有空地一体化组成的遥控神经网络，从而达到精准定位。
3.4 Android客户端和电脑上位机开发
Android客户端App和电脑上位机开发使用的是目前应用最广泛的网络编程语言之一的Java。
4 结语
综上所述，无人机智能配送系统是一项涉及范围较广，程序设计较为烦琐的一项系统性工程，而且具有很强的综合性。现如今无人机研究领域在不断地拓展加深，其市场发展也逐步走向规范化。传统的运输行业已经逐渐暴露出其各种弊端，所以它被无人机逐步替代。用处广泛，操作便捷，成本较低，效费比高，无人员伤亡的风险，生存能力强，机动性能好，使用方便等无人机的好处，使得它在民用领域有着更广阔的前景。随着通用航空和无人机相关政策的出台，无人机领域展现出其无限的发展优势。无人机凭借其智能化、隐身化、集成化、民用化趋势凸显，我相信这个行业将会获得更广阔的发展前景。
参考文献：
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[4] 何希.無人机背后的大应用（微观）[N].人民日报，2020（5）.
【通联编辑：唐一东】
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