[发明专利]一种基于姿态解算的校园共享单车智能锁控制系统

权利要求书

1.一种基于姿态解算的校园共享单车智能锁控制系统，所述控制系统安装于共享单车锁体上构成共享单车智能锁，其特征在于，所述控制系统包括

微控制器、锁状态电位器、电机驱动模块、姿态传感器、北斗定位模块、磁力传感器、NFC无线射频模块和远程服务器；所述微控制器的型号为STM32F103c8t6；所述姿态传感器的型号为MPU6050；所述磁力传感器型号为HMC5983；

北斗定位模块用于对共享单车的经纬度位置进行定位，并将共享单车所处位置的经纬度信息传给微控制器；

磁力传感器用于读取共享单车的摆放角度信息，并将摆放角度信息传给微控制器；

姿态传感器用于测量共享单车空间姿态原始数据，姿态传感器将共享单车空间姿态原始数据传给微控制器，微控制器通过姿态解算对读取的共享单车空间姿态原始数据进行解算得到共享单车空间姿态信息；

锁状态电位器通过采集锁体锁栓的位置信息来判断锁体的开启或关闭的状态，并将开启或关闭的状态发送微控制器；

电机驱动模块用于控制驱动锁栓的电机的动作，进而控制智能锁的开启或关闭；

NFC无线射频模块用于采集用户所持校园卡的信息，并将所述信息通过微控制器、NB-IoT传给远程服务器进行信息比对；

微控制器通过NB-IoT通信模块与远程服务器进行通信，通过远程服务器判断共享单车所处位置是否在处在对车辆停放区域进行规范限制的电子围栏内，并控制共享单车按规定朝向摆放；

所述控制系统的控制过程为：

(a)打开锁过程

用户通过RFID标签校园卡刷NFC无线射频模块，NFC无线射频模块读取用户信息，通过微控制器上传给远程服务器以进行用户身份信息识别，通过远程服务器认证后，微控制器通过电机驱动模块控制共享单车锁体上的电机的动作，使共享单车智能锁打开；

(b)关闭锁过程

用户骑行完毕，通过手动关闭锁的触发动作使锁状态电位器检测到锁体正在由开启状态变为关闭状态，北斗定位模块立刻读取共享单车当前所在地点的经纬度位置信息，并通过NB-IoT通信模块上传到远程服务器；

远程服务器根据上传的经纬度位置信息判断是否允许停车，若判为禁止，远程服务器不作处理则共享单车当前无法上锁，提醒用户将车停入规定区域内；

若判为允许，远程服务器发送当前地点的标准摆放角度信息给微控制器，微控制器将磁力传感器采集的当前摆放角度信息与该标准进行比对以判断该车是否符合该区域规定车朝向，是则保持闭锁进入睡眠模式，否则提醒用户进行方向调整直至符合该区域规定车朝向；

(c)睡眠监测

当车辆安全上锁并按摆放角度停放在规定区域内后立马进入睡眠模式，通过微控制器中定时器开启睡眠监测功能，即定时唤醒姿态传感器，通过微控制器对当前共享单车姿态进行测量解算，并判断共享单车处于倒伏状态或直立状态；微控制器通过姿态解算对读取的共享单车空间姿态原始数据进行解算得到共享单车空间姿态信息；具体过程为：

将空间中的共享单车假设为刚体，那么其旋转情况可以分解到空间三维坐标轴的旋转；那么这三个角度就被称为欧拉角；姿态就是一个坐标系与另一个坐标系的转化关系；通过欧拉角进行姿态解算就是求解三轴欧拉角的转动角度；

在睡眠监测过程中，需要通过欧拉角的变化来描述空间中共享单车的姿态变化，通过姿态变化进而判断共享单车是否发生倒伏情况；利用MPU6050姿态传感器测得刚体的倾斜角、刚体绕空间三维坐标轴的角速度，利用HMC5983磁力传感器测得刚体与地磁的夹角；

通过STM32F103c8t6微控制器利用所述角速度以及地磁的夹角，对刚体的倾斜角进行融合修正，最终得到较为精确的欧拉角，STM32F103c8t6微控制器通过欧拉角判断是否发生倒伏情况；若发现当前车辆处于正常直立状态，则重新进入到睡眠模式，否则通过NB-IoT通信模块将倒伏状态警报发送到远程服务器，发送完毕后再次进行睡眠模式；

远程服务器对NB-IoT通信模块传来的信息进行处理与判断，最终将该车辆的位置信息以及倒伏警报发送到相应区域管理员端，该区域管理员及时赶到指定区域进行车辆的及时处理。