基于STM32智能物流車(chē)模型的設(shè)計(jì)

作者 郭紅壯，賈艷艷(長(zhǎng)春理工大學(xué) 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022)

　　摘要：介紹了一種人性化、智能化物流車(chē)的設(shè)計(jì)，以STM32F103作為控制核心，具有紅外循跡、工作模式可調(diào)、條形碼檢測(cè)、穿過(guò)特定地形、抓取貨物并放入指定位置、語(yǔ)音播報(bào)、顯示物流車(chē)工作信息等功能。本設(shè)計(jì)具有低功耗、低成本、精準(zhǔn)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：智能物流車(chē);紅外循跡;條碼檢測(cè);藍(lán)牙通信

　　0 引言

　　隨著人們生活水平的提高，網(wǎng)購(gòu)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚牟糠帧０殡S網(wǎng)購(gòu)和生產(chǎn)的發(fā)展，商品趨于“短小輕薄”，流通趨于小批量、多品種和準(zhǔn)時(shí)制(Just-In-Time，簡(jiǎn)稱JIT)，各類(lèi)配送中心的貨物分揀任務(wù)十分艱巨，分揀作業(yè)已成為一項(xiàng)重要的工作環(huán)節(jié)。我國(guó)目前多數(shù)配送中心和物流企業(yè)都是人工分揀。顯然,隨著分揀量的增加、分送點(diǎn)的增多、配貨響應(yīng)時(shí)間的縮短和服務(wù)質(zhì)量的提高，單憑人工分揀將無(wú)法滿足大規(guī)模配貨配送的要求^[1]。雖然個(gè)別規(guī)模較大的物流公司已經(jīng)采用了分揀系統(tǒng)，但由于分揀系統(tǒng)價(jià)格較為高昂，普遍規(guī)模較小的物流公司無(wú)法負(fù)擔(dān)。為此，本文選用STM32位主控芯片，設(shè)計(jì)了一款安全穩(wěn)定、價(jià)格低廉的智能物流車(chē)。

　　1 工作流程

　　實(shí)物展示圖如圖1所示，智能物流車(chē)的工作流程如圖2所示。

　　(1)物流車(chē)由起點(diǎn)引導(dǎo)線出發(fā)并語(yǔ)音播報(bào)^[2]“駛離起點(diǎn)”，利用紅外反射管循跡前進(jìn)直至引導(dǎo)線。

　　(2)到達(dá)第一條引導(dǎo)線，開(kāi)始上橋(上坡角度20°，垂直高度10 cm)，并播報(bào)“開(kāi)始上橋”。

　　(3)到達(dá)第二條引導(dǎo)線，完成上橋動(dòng)作，到達(dá)橋面。緩慢前進(jìn)并持續(xù)掃描貨物上的條形碼。當(dāng)檢測(cè)到目標(biāo)貨物時(shí)，停止前進(jìn)，開(kāi)始裝貨(有2種工作模式，模式1為手動(dòng)設(shè)置條形碼數(shù)值，模式2為按順序裝貨)。

　　(4)裝貨結(jié)束后，語(yǔ)音播報(bào)“裝載成功”，并緩慢前進(jìn)(避免下橋時(shí)由于速度過(guò)快降低安全性與穩(wěn)定性)開(kāi)始下橋。

　　(5)到達(dá)減速帶引導(dǎo)線，語(yǔ)音播報(bào)“駛?cè)霚p速帶”，并在無(wú)循跡線的狀態(tài)下通過(guò)減速帶。在通過(guò)減速帶之后適當(dāng)提速，繼續(xù)沿著循跡線前進(jìn)。

　　到達(dá)卸貨區(qū)引導(dǎo)線，根據(jù)之前裝貨的條形碼向前移動(dòng)一定距離，將貨物卸載到制定區(qū)域(根據(jù)條碼數(shù)值，移動(dòng)距離或大或小，如此反復(fù)實(shí)現(xiàn)貨物分揀)。卸貨成功后，語(yǔ)音播報(bào)“卸貨成功”并回到終點(diǎn)進(jìn)行下一輪分揀。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　硬件由一片STM32F103、1個(gè)A4988、1個(gè)微型滑臺(tái)、1個(gè)L298N、4個(gè)直流電機(jī)、4個(gè)紅外反射管、1個(gè)條碼掃描器、1個(gè)機(jī)械爪^[3]和1個(gè)藍(lán)牙模塊構(gòu)成，如圖3所示。

　　本設(shè)計(jì)有2種工作模式，可通過(guò)智能手機(jī)App^[4]設(shè)定物流車(chē)的工作模式，模式1為手動(dòng)控制模式。在該模式下，可通過(guò)手機(jī)指定目標(biāo)貨物的條形碼，物流車(chē)將目標(biāo)貨物運(yùn)送到指定位置后，回到終點(diǎn)并停止，等待下次目標(biāo)貨物條碼或更改工作模式。模式2為自動(dòng)模式，物流車(chē)按照貨物的擺放順序，依次將貨物運(yùn)送到卸貨區(qū)，并根據(jù)貨物的條碼將貨物卸載到不同區(qū)域，實(shí)現(xiàn)貨物分揀。直至裝貨取沒(méi)有貨物后回到終點(diǎn)停止。

　　當(dāng)循跡模塊檢測(cè)到黑線時(shí)，輸出高電平。反之，輸出低電平。STM32F103(以下稱主控板)根據(jù)循跡模塊的信號(hào)通過(guò)改變電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停三個(gè)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)循跡。在循跡過(guò)程中記錄引導(dǎo)線個(gè)數(shù)，用以確定小車(chē)所處階段，并在特定位置語(yǔ)音播報(bào)對(duì)應(yīng)內(nèi)容。

　　本設(shè)計(jì)采用絲桿滑臺(tái)配合機(jī)械手來(lái)實(shí)現(xiàn)貨物的“取/放”動(dòng)作，小車(chē)在平時(shí)運(yùn)行狀態(tài)下，通過(guò)控制絲桿滑臺(tái)將機(jī)械手收縮到車(chē)體內(nèi)，盡可能的減小小車(chē)的體積，避免在運(yùn)行過(guò)程中機(jī)械手觸碰到其他物品。只有當(dāng)小車(chē)行駛到上貨區(qū)域檢測(cè)到目標(biāo)貨物后小車(chē)停止，依次執(zhí)行張開(kāi)機(jī)械手—伸出機(jī)械臂—閉合機(jī)械手(抓取貨物)—縮回機(jī)械臂—返回到行駛狀態(tài)。卸貨過(guò)程與之大體相同，這里不再贅述。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 軟件總體流程圖

　　程序開(kāi)始階段定義了一個(gè)全局變量LineCount，用于記錄小車(chē)經(jīng)過(guò)引導(dǎo)線的個(gè)數(shù)，程序可根據(jù)經(jīng)過(guò)引導(dǎo)線的個(gè)數(shù)來(lái)確定小車(chē)當(dāng)前所處的階段。例如：當(dāng)LineCount = 0時(shí)，小車(chē)處于終點(diǎn)線與起始線之間，當(dāng)小車(chē)行駛經(jīng)過(guò)起始線時(shí)，LineCount計(jì)數(shù)加1，LineCount = 1，可知小車(chē)處于起始線與上橋引導(dǎo)線之間。在主函數(shù)中只需要采用循環(huán)掃面的方式檢測(cè)LineCount的數(shù)值，就可判斷小車(chē)當(dāng)前是在哪一段路程區(qū)間。從而進(jìn)行分支處理相應(yīng)的動(dòng)作并將小車(chē)的當(dāng)前狀態(tài)實(shí)時(shí)更新到LCD液晶顯示屏上。如圖3所示。

　　3.2 紅外循跡流程圖

　　黑線檢測(cè)原理^[5]是紅外發(fā)射管發(fā)射光線到路面，紅外光遇到地面則被反射，接收管接收到反射光，經(jīng)過(guò)比較器整形后為低電平;而當(dāng)紅外光遇到黑線(本設(shè)計(jì)采用絕緣黑膠帶)時(shí)，紅外光被黑線吸收，接收管無(wú)法接收到反射光，經(jīng)比較器整形后輸出高電平。控制板通過(guò)檢測(cè)對(duì)應(yīng)I/O的輸入狀態(tài)來(lái)識(shí)別路徑信息。

　　在主函數(shù)初始化時(shí)，初始化一個(gè)20 Hz的硬件定時(shí)中斷，在該中斷服務(wù)函數(shù)中，讀取DIO_8、DIO_9兩個(gè)IO引腳狀態(tài)，并將DIO_8左移一位后與DIO_9進(jìn)行相與運(yùn)算的結(jié)果賦值給全局變量State。當(dāng)State = 0時(shí)，說(shuō)明左右兩側(cè)沒(méi)有檢測(cè)到黑線，小車(chē)執(zhí)行前進(jìn)動(dòng)作;State = 1時(shí)，說(shuō)明左側(cè)紅外循跡模塊檢測(cè)到黑線，小車(chē)執(zhí)行右轉(zhuǎn)動(dòng)作，直到State的值發(fā)生變化;State = 2時(shí)與上同理;State = 3時(shí)，左右兩側(cè)同時(shí)檢測(cè)到黑線(這里的黑線應(yīng)為橫向引導(dǎo)線)，說(shuō)明小車(chē)經(jīng)過(guò)一條引導(dǎo)線，LineCount數(shù)值加1。如圖4所示。

　　4 結(jié)論與展望

　　本文介紹了一種基于STM32 MCU的低功耗智能物流車(chē)的制作，實(shí)現(xiàn)了小車(chē)循跡、語(yǔ)音播報(bào)、藍(lán)牙通信、貨物分流等功能。實(shí)際測(cè)試過(guò)程中仍存在很多可以改進(jìn)的部分，例如，在循跡控制過(guò)程中可以利用PID控制，使小車(chē)的行駛可以更加的平緩;可以搭建一定規(guī)模的物流平臺(tái)計(jì)算小車(chē)的行駛軌跡，使小車(chē)以最短的行駛軌跡到達(dá)終點(diǎn)，提高效率。

　　通過(guò)自制本設(shè)計(jì)，既可以學(xué)習(xí)STM32的應(yīng)用與設(shè)計(jì)，在制作過(guò)程中鍛煉實(shí)踐能力，又能制作一臺(tái)具有功能豐富的物流車(chē)。值得廣大電子愛(ài)好者一試。

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本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第2期第61頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處