基于STM32智能物流車模型的設計

作者 郭紅壯，賈艷艷(長春理工大學 生命科學技術學院，吉林 長春 130022)

　　摘要：介紹了一種人性化、智能化物流車的設計，以STM32F103作為控制核心，具有紅外循跡、工作模式可調、條形碼檢測、穿過特定地形、抓取貨物并放入指定位置、語音播報、顯示物流車工作信息等功能。本設計具有低功耗、低成本、精準度高、穩(wěn)定性強等特點。

　　關鍵詞：智能物流車;紅外循跡;條碼檢測;藍牙通信

　　0 引言

　　隨著人們生活水平的提高，網購已經成為人們日常生活中不可缺少的部分。伴隨網購和生產的發(fā)展，商品趨于“短小輕薄”，流通趨于小批量、多品種和準時制(Just-In-Time，簡稱JIT)，各類配送中心的貨物分揀任務十分艱巨，分揀作業(yè)已成為一項重要的工作環(huán)節(jié)。我國目前多數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、分送點的增多、配貨響應時間的縮短和服務質量的提高，單憑人工分揀將無法滿足大規(guī)模配貨配送的要求^[1]。雖然個別規(guī)模較大的物流公司已經采用了分揀系統(tǒng)，但由于分揀系統(tǒng)價格較為高昂，普遍規(guī)模較小的物流公司無法負擔。為此，本文選用STM32位主控芯片，設計了一款安全穩(wěn)定、價格低廉的智能物流車。

　　1 工作流程

　　實物展示圖如圖1所示，智能物流車的工作流程如圖2所示。

　　(1)物流車由起點引導線出發(fā)并語音播報^[2]“駛離起點”，利用紅外反射管循跡前進直至引導線。

　　(2)到達第一條引導線，開始上橋(上坡角度20°，垂直高度10 cm)，并播報“開始上橋”。

　　(3)到達第二條引導線，完成上橋動作，到達橋面。緩慢前進并持續(xù)掃描貨物上的條形碼。當檢測到目標貨物時，停止前進，開始裝貨(有2種工作模式，模式1為手動設置條形碼數值，模式2為按順序裝貨)。

　　(4)裝貨結束后，語音播報“裝載成功”，并緩慢前進(避免下橋時由于速度過快降低安全性與穩(wěn)定性)開始下橋。

　　(5)到達減速帶引導線，語音播報“駛入減速帶”，并在無循跡線的狀態(tài)下通過減速帶。在通過減速帶之后適當提速，繼續(xù)沿著循跡線前進。

　　到達卸貨區(qū)引導線，根據之前裝貨的條形碼向前移動一定距離，將貨物卸載到制定區(qū)域(根據條碼數值，移動距離或大或小，如此反復實現貨物分揀)。卸貨成功后，語音播報“卸貨成功”并回到終點進行下一輪分揀。

　　2 硬件設計

　　硬件由一片STM32F103、1個A4988、1個微型滑臺、1個L298N、4個直流電機、4個紅外反射管、1個條碼掃描器、1個機械爪^[3]和1個藍牙模塊構成，如圖3所示。

　　本設計有2種工作模式，可通過智能手機App^[4]設定物流車的工作模式，模式1為手動控制模式。在該模式下，可通過手機指定目標貨物的條形碼，物流車將目標貨物運送到指定位置后，回到終點并停止，等待下次目標貨物條碼或更改工作模式。模式2為自動模式，物流車按照貨物的擺放順序，依次將貨物運送到卸貨區(qū)，并根據貨物的條碼將貨物卸載到不同區(qū)域，實現貨物分揀。直至裝貨取沒有貨物后回到終點停止。

　　當循跡模塊檢測到黑線時，輸出高電平。反之，輸出低電平。STM32F103(以下稱主控板)根據循跡模塊的信號通過改變電機正轉、反轉、停三個狀態(tài)來實現循跡。在循跡過程中記錄引導線個數，用以確定小車所處階段，并在特定位置語音播報對應內容。

　　本設計采用絲桿滑臺配合機械手來實現貨物的“取/放”動作，小車在平時運行狀態(tài)下，通過控制絲桿滑臺將機械手收縮到車體內，盡可能的減小小車的體積，避免在運行過程中機械手觸碰到其他物品。只有當小車行駛到上貨區(qū)域檢測到目標貨物后小車停止，依次執(zhí)行張開機械手—伸出機械臂—閉合機械手(抓取貨物)—縮回機械臂—返回到行駛狀態(tài)。卸貨過程與之大體相同，這里不再贅述。

　　3 軟件設計

　　3.1 軟件總體流程圖

　　程序開始階段定義了一個全局變量LineCount，用于記錄小車經過引導線的個數，程序可根據經過引導線的個數來確定小車當前所處的階段。例如：當LineCount = 0時，小車處于終點線與起始線之間，當小車行駛經過起始線時，LineCount計數加1，LineCount = 1，可知小車處于起始線與上橋引導線之間。在主函數中只需要采用循環(huán)掃面的方式檢測LineCount的數值，就可判斷小車當前是在哪一段路程區(qū)間。從而進行分支處理相應的動作并將小車的當前狀態(tài)實時更新到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，經過比較器整形后為低電平;而當紅外光遇到黑線(本設計采用絕緣黑膠帶)時，紅外光被黑線吸收，接收管無法接收到反射光，經比較器整形后輸出高電平。控制板通過檢測對應I/O的輸入狀態(tài)來識別路徑信息。

　　在主函數初始化時，初始化一個20 Hz的硬件定時中斷，在該中斷服務函數中，讀取DIO_8、DIO_9兩個IO引腳狀態(tài)，并將DIO_8左移一位后與DIO_9進行相與運算的結果賦值給全局變量State。當State = 0時，說明左右兩側沒有檢測到黑線，小車執(zhí)行前進動作;State = 1時，說明左側紅外循跡模塊檢測到黑線，小車執(zhí)行右轉動作，直到State的值發(fā)生變化;State = 2時與上同理;State = 3時，左右兩側同時檢測到黑線(這里的黑線應為橫向引導線)，說明小車經過一條引導線，LineCount數值加1。如圖4所示。

　　4 結論與展望

　　本文介紹了一種基于STM32 MCU的低功耗智能物流車的制作，實現了小車循跡、語音播報、藍牙通信、貨物分流等功能。實際測試過程中仍存在很多可以改進的部分，例如，在循跡控制過程中可以利用PID控制，使小車的行駛可以更加的平緩;可以搭建一定規(guī)模的物流平臺計算小車的行駛軌跡，使小車以最短的行駛軌跡到達終點，提高效率。

　　通過自制本設計，既可以學習STM32的應用與設計，在制作過程中鍛煉實踐能力，又能制作一臺具有功能豐富的物流車。值得廣大電子愛好者一試。

　　參考文獻

　　[1]陳斌.現代物流倉儲智能系統(tǒng)設計及應用分析[J].網絡安全技術與應用,2018(09):122+94.

　　[2]郭克友,陳雪潔,紀彬.基于SYN6288的車速語音播報系統(tǒng)設計[J].實驗技術與管理,2014,31,(01):87-90.

　　[3]王紅超,馬家峰.搬運與裝配機器人的設計和制作[J].周口師范學院學報,2017,34(05):50-53.

　　[4]周燕.實用的藍牙智能小車APP的設計[J].福建電腦,2018,34(07):140-141.

　　[5]朱春華,顧雪亮.基于紅外反射式傳感器TCRT5000的循跡小車設計[J].現代電子技術,2018(18):143-146.

本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第2期第61頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處