一种垃圾桶自动寻位方法、环卫小车及环卫系统与流程

本发明涉及智能环卫技术领域，具体而言，涉及一种垃圾桶自动寻位方法、环卫小车及环卫系统。

背景技术

为了保证城市具有一个良好的环境水平，会在固定设有垃圾桶，用于收集垃圾，防止垃圾的乱扔乱放，但是对于垃圾桶内的垃圾回收，基本上采用人工定时进行回收，不仅浪费了大量的人工成本，还无法在垃圾桶内垃圾装满时，及时进行回收处理。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种垃圾桶自动寻位方法、环卫小车及环卫系统，实现了垃圾桶内垃圾自动回收的功能，节约了人工成本。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种垃圾桶自动寻位方法，所述方法包括：接收垃圾桶的第一定位信息和环卫小车的第一位置信息；根据所述第一定位信息和所述第一位置信息得到第一航向角，以使所述环卫小车找到所述垃圾桶的位置区域；接收所述垃圾桶的第二定位信息和所述环卫小车的第二位置信息；根据所述第二定位信息和所述第二位置信息得到第二航向角，以使所述环卫小车找到所述垃圾桶的位置。

进一步地，根据所述第一航向角或所述第二航向角得到所述环卫小车的转向信息。

进一步地，根据所述第一定位信息与所述第一位置信息得到所述环卫小车的第一目标速度信息，或根据所述第二定位信息与所述第二位置信息得到所述环卫小车的第二目标速度信息。

第二方面，本发明实施例还提供了一种环卫小车，包括第一控制器、第一定位模块、第二定位模块以及第一通信模块，所述第一控制器与所述第一定位模块、所述第二定位模块以及所述第一通信模块均电连接，所述第一定位模块与卫星通信连接，所述第二定位模块与基站通信连接，所述第一通信模块与垃圾桶通信连接；所述第一定位模块用于通过所述卫星得到所述环卫小车的第一位置信息，并传输至所述第一控制器；所述第二定位模块用于通过所述基站得到所述环卫小车的第二位置信息，并传输至所述第一控制器；所述第一通信模块用于接收所述垃圾桶发送的第一定位信息和第二定位信息，并传输至所述第一控制器；所述第一控制器用于根据所述第一定位信息和所述第一位置信息得到第一航向角，以使所述环卫小车找到所述垃圾桶的位置区域，还用于根据所述第二定位信息和所述第二位置信息得到第二航向角，以使所述环卫小车找到所述垃圾桶的位置。

进一步地，所述环卫小车还包括舵机，所述舵机与所述第一控制器电连接，用于通过所述第一控制器的控制进而调节所述环卫小车的移动方向。

进一步地，所述环卫小车还包括电机，所述电机与所述第一控制器电连接，用于通过所述第一控制器的控制进而驱动所述环卫小车移动。

进一步地，所述环卫小车还包括地磁检测模块，所述地磁检测模块与所述第一控制器电连接，用于对所述环卫小车的移动方向进行标定。

进一步地，所述环卫小车还包括速度检测模块，所述速度检测模块与所述第一控制器电连接，用于检测所述环卫小车的移动速度得到实时速度信息，并传输至所述第一控制器。

进一步地，所述环卫小车还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述第一控制器电连接，用于显示所述环卫小车的工作信息。

第三方面，本发明实施例还提供了一种环卫系统，包括垃圾桶及如第二方面所述的环卫小车，所述垃圾桶包括第二控制器、第三定位模块、第四定位模块以及第二通信模块，所述第二控制器与所述第三定位模块、所述第四定位模块以及所述第二通信模块均电连接，所述第三定位模块与卫星通信连接，所述第四定位模块与基站通信连接，所述第二通信模块与所述第一通信模块通信连接；所述第三定位模块用于通过所述卫星得到所述垃圾桶的第一定位信息；所述第四定位模块用于通过所述基站得到所述垃圾桶的第二定位信息；所述第二控制器用于根据所述第二通信模块将所述第一定位信息和所述第二定位信息发送至所述第一通信模块。

本发明实施例提供的一种垃圾桶自动寻位方法、环卫小车及环卫系统，通过第一控制器接收垃圾桶的第一定位信息和环卫小车的第一位置信息得到第一航向角，以使环卫小车找到垃圾桶的位置区域，第一控制器接收垃圾桶的第二定位信息和环卫小车的第二位置信息得到第二航向角，以使环卫小车找到垃圾桶的位置。使得环卫小车能够自动巡航至垃圾桶处，进行垃圾回收处理，实现了智能环卫的功能，极大的节约了人工成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的环卫系统的环境示意图；

图2示出了本发明实施例提供的环卫小车的结构框图；

图3示出了本发明实施例提供的舵机的转向控制原理框图；

图4出了本发明实施例提供的电机的速度控制原理框图；

图5示出了本发明实施例提供的垃圾桶的结构框图；

图6示出了本发明实施例提供的垃圾桶自动寻位方法的流程图。

图标：1-环卫系统；10-环卫小车；11-第一控制器；12-第一定位模块；13-第二定位模块；14-第一通信模块；15-舵机；16-电机；17-地磁检测模块；18-速度检测模块；19-人机交互模块；112-电源模块；20-垃圾桶；21-第二控制器；22-第三定位模块；23-第四定位模块；24-第二通信模块；25-容量检测模块；2-卫星；3-基站。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，为本发明实施例提供的环卫系统1的环境示意图，该环卫系统1可应用在居民小区、校园内或公园内，该环卫系统1包括环卫小车10和垃圾桶20，环卫小车10和垃圾桶20均与卫星2和基站3通信连接，在垃圾桶20内的垃圾容量达到设定值时，若环卫小车10距离垃圾桶20较远(例如，大于5m)，环卫系统1通过gps定位方式，使得环卫小车10向垃圾桶20的区域移动，在环卫小车10离垃圾桶20较近时(例如，小于等于5m)，环卫系统1通过超宽带定位方式(ultrawideband，uwb)，使得环卫小车10能够精确移动到垃圾桶20位置，并对垃圾桶20内的垃圾进行回收处理，实现了智能环卫的功能。

如图2所示，环卫小车10包括第一控制器11、第一定位模块12、第二定位模块13以及第一通信模块14，所述第一控制器11与所述第一定位模块12、所述第二定位模块13以及所述第一通信模块14均电连接，所述第一定位模块12与卫星2通信连接，所述第二定位模块13与基站3通信连接，所述第一通信模块14与垃圾桶20通信连接。

在本实施例中，所述第一定位模块12用于通过所述卫星2得到所述环卫小车10的第一位置信息，并传输至所述第一控制器11；所述第二定位模块13用于通过所述基站3得到所述环卫小车10的第二位置信息，并传输至所述第一控制器11；所述第一通信模块14用于接收所述垃圾桶20发送的第一定位信息和第二定位信息，并传输至所述第一控制器11；所述第一控制器11用于根据所述第一定位信息和所述第一位置信息得到第一航向角，以使所述环卫小车10找到所述垃圾桶20的位置区域，还用于根据所述第二定位信息和所述第二位置信息得到第二航向角，以使所述环卫小车10找到所述垃圾桶20的位置。

在本实施例中，在环卫小车10距离垃圾桶20较远时(例如，大于5m)，第一通信模块14接收垃圾桶20发送的第一定位信息，第一控制器11根据第一定位信息和第一位置信息得到第一航向角，环卫小车10朝着第一航向角方向进行移动，直至达到垃圾桶20的位置区域内(即环卫小车10与垃圾桶20的距离小于等于5m)，第一通信模块14接收垃圾桶20发送的第二定位信息，第一控制器11根据第二定位信息和第二位置信息得到第二航向角，使得环卫小车10准确找到垃圾桶20位置。

在本实施例中，第一控制器11可采用stm32f407芯片。

在本实施例中，第一位置信息是nmea-0183标准格式的gps导航设备位置信息报文，第一定位模块12通过串口将第一位置信息传输至第一控制器11。其中，第一定位模块12可采用atk-s1216f8-bd模块，第一位置信息包括环卫小车10的纬度信息、经度信息、纬度半球以及经度半球。

在本实施例中，第二定位模块13也可通过串口将第二位置信息传输至第一控制器11。其中，第二定位模块13可采用uwb匿名无线定位模块，第二位置信息包括环卫小车10在基站3内的x坐标、y坐标。

在本实施例中，第一通信模块14通过串口将第一定位信息和第二定位信息传输至第一控制器11，第一控制器11将接收到的第一定位信息和第二定位信息进行数据解析。其中，第一定位信息包括垃圾桶20的纬度信息、经度信息、纬度半球以及经度半球，第二定位信息包括垃圾桶20在基站3内的x坐标、y坐标，第一通信模块14可采用wifi模块，在本实施例中，wifi模块采用atk-eps8266模块。

进一步地，在本实施例中，环卫小车10还包括舵机15，所述舵机15与所述第一控制器11电连接，用于通过所述第一控制器11的控制进而调节所述环卫小车10的移动方向。

进一步地，在本实施例中，环卫小车10还包括地磁检测模块17，所述地磁检测模块17与所述第一控制器11电连接，用于对所述环卫小车10的移动方向进行标定。

如图3所示，在本实施例中，第一控制器11采用位置式pid控制算法进行环卫小车10的移动方向控制，第一控制器11通过第一航向角与地磁检测模块17进行标定后的实际第一航向角α得到第一差值，该第一差值通过位置式pid控制器进行比例调节、积分调节以及微分调节后得到实际第一航向角α，第一控制器11根据实际第一航向角α向舵机15输送不同占空比的pwm波形，进而调节环卫小车10的移动方向。其中，实际第一航向角α的值越大，那么对应的pwm波形的占空比越大。同理可得，第一控制器11通过第二航向角与地磁检测模块17进行标定后的实际第二航向角β得到第二差值，该第二差值通过位置式pid控制器进行比例调节、积分调节以及微分调节后得到实际第二航向角β，第一控制器11根据实际第二航向角β向舵机15输送不同占空比的pwm波形，进而调节环卫小车10的移动方向。其中，实际第二航向角β的值越大，那么对应的pwm波形的占空比越大。

在本实施例中，第一控制器11采用位置式pid控制算法的公式如下：

其中，y(t)表示位置式pid控制器的输出，e(t)表示第一差值或第二差值，kp表示位置式pid控制器的比例放大系数，ti表示位置式pid控制器的积分时间，td表示位置式pid控制器的微分时间。

在本实施例中，第一控制器11在进行第一航向角和第二航向角计算时以地磁北极作为参考方向，由于地磁北极与地理北极有一定夹角，且地磁北极点每天大约向地理北极移动40m，因此地磁北极的方向是不断变化的，故通过地磁检测模块17得到地磁北极的实时方向，使得环卫小车10的移动方向更准确。

在本实施例中，地磁检测模块17可采用gy-9250模块。

进一步地，在本实施例中，环卫小车10还包括电机16，所述电机16与所述第一控制器11电连接，用于通过所述第一控制器11的控制进而驱动所述环卫小车10移动。

进一步地，在本实施例中，环卫小车10还包括速度检测模块18，所述速度检测模块18与所述第一控制器11电连接，用于检测所述环卫小车10的移动速度得到实时速度信息，并传输至所述第一控制器11。

如图4所示，在本实施例中，第一控制器11采用增量式pid控制算法进行环卫小车10的移动速度控制，第一控制器11根据第一位置信息和第一定位信息得到环卫小车10和垃圾桶20的第一距离信息，第一控制器11根据第一距离信息得到第一目标速度信息，第一控制器11根据第一目标速度信息和速度检测模块18反馈的实时速度信息得到第一速度差值，第一控制器11将第一速度差值进行比例调节、积分调节以及微分调节后得到第一实时速度信息，第一控制器11根据第一实时速度信息向电机16输送不同占空比的pwm波形，进而调节环卫小车10的移动速度。同理可得，第一控制器11根据第二位置信息和第二定位信息得到环卫小车10和垃圾桶20的第二距离信息，第一控制器11根据第二距离信息得到第二目标速度信息，第一控制器11根据第二目标速度信息和速度检测模块18反馈的实时速度信息得到第二速度差值，第一控制器11将第二速度差值进行比例调节、积分调节以及微分调节后得到第二实时速度信息，第一控制器11根据第二实时速度信息向电机16输送不同占空比的pwm波形，进而调节环卫小车10的移动速度。其中，第一实时速度信息和第二实时速度信息的值越大，那么对应的pwm波形的占空比越大。

在本实施例中，速度检测模块18可采用mini编码器。

进一步地，在本实施例中，环卫小车10还包括人机交互模块19，所述人机交互模块19与所述第一控制器11电连接，用于显示所述环卫小车10的工作信息。其中，工作信息包括时间信息、环卫小车10的经度信息、环卫小车10的纬度信息、环卫小车10的定位是否有效提示信息、垃圾桶20的经度信息、垃圾桶20的纬度信息、第一航向角、第二航向角以及实时速度信息。且人机交互模块19还根据用户的按压操作得到操作信息，并传输至第一控制器11，第一控制器11还用于根据操作信息对人机交互模块19显示的工作信息进行切换。

在本实施例中，人机交互模块19可采用tftlcd模块。

进一步地，在本实施例中，环卫小车10还包括电源模块112，电源模块112与第一控制器11、第一定位模块12、第二定位模块13、第一通信模块14、舵机15、地磁检测模块17、速度检测模块18以及人机交互模块19均电连接，用于为第一控制器11、第一定位模块12、第二定位模块13、第一通信模块14、舵机15、地磁检测模块17、速度检测模块18以及人机交互模块19提供电源。

如图5所示，垃圾桶20包括第二控制器21、第三定位模块22、第四定位模块23以及第二通信模块24，所述第二控制器21与所述第三定位模块22、所述第四定位模块23以及所述第二通信模块24均电连接，所述第三定位模块22与卫星2通信连接，所述第四定位模块23与基站3通信连接，所述第二通信模块24与所述第一通信模块14通信连接。

在本实施例中，第三定位模块22用于通过所述卫星2得到所述垃圾桶20的第一定位信息；所述第四定位模块23用于通过所述基站3得到所述垃圾桶20的第二定位信息；所述第二控制器21用于根据所述第二通信模块24将所述第一定位信息和所述第二定位信息发送至所述第一通信模块14。

在本实施例中，第二控制器21可采用stm32f407芯片。

在本实施例中，第一定位信息是nmea-0183标准格式的gps导航设备位置信息报文，第三定位模块22通过串口将第一定位信息传输至第二控制器21。其中，第三定位模块22可采用atk-s1216f8-bd模块。

在本实施例中，第四定位模块23也可通过串口将第二定位信息传输至第二控制器21。其中，第二定位模块13可采用uwb匿名无线定位模块。

在本实施例中，第二控制器21通过串口将第一定位信息和第二定位信息传输至第二通信模块24，第二通信模块24通过无线通信方式将第一定位信息和第二定位信息传输至第一通信模块14。其中，第二通信模块24可采用wifi模块，在本实施例中，wifi模块采用atk-eps8266模块。

进一步地，在本实施例中，垃圾桶20还包括容量检测模块25，所述容量检测模块25与第二控制器21电连接，容量检测模块25设置在垃圾桶20顶部且朝向底部的一面，用于检测垃圾桶20内垃圾的堆放高度并得到高度信息，第二控制器21还用于将高度信息与一高度预设值进行比较，若高度信息超过高度预设值，第二控制器21会将垃圾桶20的第一定位信息或第二定位信息通过第二通信模块24传输至第一通信模块14，若高度信息未超过高度预设值，第二控制器21将不会传输第一定位信息或第二定位信息至第一通信模块14。

在本实施例中，容量检测模块25可采用红外传感器或超声波传感器。

在本实施例中，第二通信模块24还用于向第一通信模块14传输垃圾桶20的id号以及高度信息。

在本实施例中，垃圾桶20设置为至少一个，当垃圾桶20的垃圾堆放高度超过设定高度时会向环卫小车10发送定位信息，环卫小车10根据接收垃圾桶20的id号的先后顺序依次移动至垃圾桶20处，进行垃圾回收。

在本实施例中，基站3设置为4个，且4个基站3位置分别配置为左前、右前、左后和右后。

如图6所示，为本发明实施例提供的垃圾桶20自动寻位方法的流程示意图，该寻位方法应用于上述实施例所述的环卫小车10，所述方法包括：

步骤s1，接收垃圾桶的第一定位信息和环卫小车的第一位置信息。

步骤s2，根据所述第一定位信息和所述第一位置信息得到第一航向角，以使所述环卫小车找到所述垃圾桶的位置区域。

步骤s3，接收所述垃圾桶的第二定位信息和所述环卫小车的第二位置信息。

步骤s4，根据所述第二定位信息和所述第二位置信息得到第二航向角，以使所述环卫小车找到所述垃圾桶的位置。

在本实施例中，根据所述第一航向角或所述第二航向角得到所述环卫小车10的转向信息。其中，转向信息是指第一控制器11根据实际第一航向角α或实际第二航向角β向舵机15输送的不同占空比的pwm波形，舵机根据该转向信息调节环卫小车10的移动方向。

在本实施例中，根据所述第一定位信息与所述第一位置信息得到所述环卫小车10的第一目标速度信息，或根据所述第二定位信息与所述第二位置信息得到所述环卫小车10的第二目标速度信息。

综上所述，本发明实施例提供的垃圾桶自动寻位方法、环卫小车及环卫系统，通过第一控制器接收垃圾桶的第一定位信息和环卫小车的第一位置信息得到第一航向角，以使环卫小车找到垃圾桶的位置区域，第一控制器接收垃圾桶的第二定位信息和环卫小车的第二位置信息得到第二航向角，以使环卫小车找到垃圾桶的位置。使得环卫小车能够自动巡航至垃圾桶处，进行垃圾回收处理，实现了智能环卫的功能，极大的节约了人工成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。