基于STM32智能物流車(chē)模型的設計

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

　　摘要：介紹了一種人性化、智能化物流車(chē)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(guò)特定地形、抓取貨物并放入指定位置、語(yǔ)音播報、顯示物流車(chē)工作信息等功能。本設計具有低功耗、低成本、精準度高、穩定性強等特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：智能物流車(chē);紅外循跡;條碼檢測;藍牙通信

　　0 引言

　　隨著(zhù)人們生活水平的提高，網(wǎng)購已經(jīng)成為人們日常生活中不可缺少的部分。伴隨網(wǎng)購和生產(chǎn)的發(fā)展，商品趨于“短小輕薄”，流通趨于小批量、多品種和準時(shí)制(Just-In-Time，簡(jiǎn)稱(chēng)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)已成為一項重要的工作環(huán)節。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(zhù)分揀量的增加、分送點(diǎn)的增多、配貨響應時(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(mǎn)足大規模配貨配送的要求^[1]。雖然個(gè)別規模較大的物流公司已經(jīng)采用了分揀系統，但由于分揀系統價(jià)格較為高昂，普遍規模較小的物流公司無(wú)法負擔。為此，本文選用STM32位主控芯片，設計了一款安全穩定、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)引導線(xiàn)出發(fā)并語(yǔ)音播報^[2]“駛離起點(diǎn)”，利用紅外反射管循跡前進(jìn)直至引導線(xiàn)。

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

　　(3)到達第二條引導線(xiàn)，完成上橋動(dòng)作，到達橋面。緩慢前進(jìn)并持續掃描貨物上的條形碼。當檢測到目標貨物時(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)設置條形碼數值，模式2為按順序裝貨)。

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

　　(5)到達減速帶引導線(xiàn)，語(yǔ)音播報“駛入減速帶”，并在無(wú)循跡線(xiàn)的狀態(tài)下通過(guò)減速帶。在通過(guò)減速帶之后適當提速，繼續沿著(zhù)循跡線(xiàn)前進(jìn)。

　　到達卸貨區引導線(xiàn)，根據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域(根據條碼數值，移動(dòng)距離或大或小，如此反復實(shí)現貨物分揀)。卸貨成功后，語(yǔ)音播報“卸貨成功”并回到終點(diǎn)進(jìn)行下一輪分揀。

　　2 硬件設計

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

　　本設計有2種工作模式，可通過(guò)智能手機App^[4]設定物流車(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)手機指定目標貨物的條形碼，物流車(chē)將目標貨物運送到指定位置后，回到終點(diǎn)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(dòng)模式，物流車(chē)按照貨物的擺放順序，依次將貨物運送到卸貨區，并根據貨物的條碼將貨物卸載到不同區域，實(shí)現貨物分揀。直至裝貨取沒(méi)有貨物后回到終點(diǎn)停止。

　　當循跡模塊檢測到黑線(xiàn)時(shí)，輸出高電平。反之，輸出低電平。STM32F103(以下稱(chēng)主控板)根據循跡模塊的信號通過(guò)改變電機正轉、反轉、停三個(gè)狀態(tài)來(lái)實(shí)現循跡。在循跡過(guò)程中記錄引導線(xiàn)個(gè)數，用以確定小車(chē)所處階段，并在特定位置語(yǔ)音播報對應內容。

　　本設計采用絲桿滑臺配合機械手來(lái)實(shí)現貨物的“取/放”動(dòng)作，小車(chē)在平時(shí)運行狀態(tài)下，通過(guò)控制絲桿滑臺將機械手收縮到車(chē)體內，盡可能的減小小車(chē)的體積，避免在運行過(guò)程中機械手觸碰到其他物品。只有當小車(chē)行駛到上貨區域檢測到目標貨物后小車(chē)停止，依次執行張開(kāi)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(guò)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(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)引導線(xiàn)的個(gè)數，程序可根據經(jīng)過(guò)引導線(xiàn)的個(gè)數來(lái)確定小車(chē)當前所處的階段。例如：當LineCount = 0時(shí)，小車(chē)處于終點(diǎn)線(xiàn)與起始線(xiàn)之間，當小車(chē)行駛經(jīng)過(guò)起始線(xiàn)時(shí)，LineCount計數加1，LineCount = 1，可知小車(chē)處于起始線(xiàn)與上橋引導線(xiàn)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(chē)當前是在哪一段路程區間。從而進(jìn)行分支處理相應的動(dòng)作并將小車(chē)的當前狀態(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(xiàn)檢測原理^[5]是紅外發(fā)射管發(fā)射光線(xiàn)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;而當紅外光遇到黑線(xiàn)(本設計采用絕緣黑膠帶)時(shí)，紅外光被黑線(xiàn)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?？刂瓢逋ㄟ^(guò)檢測對應I/O的輸入狀態(tài)來(lái)識別路徑信息。

　　在主函數初始化時(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)行相與運算的結果賦值給全局變量State。當State = 0時(shí)，說(shuō)明左右兩側沒(méi)有檢測到黑線(xiàn)，小車(chē)執行前進(jìn)動(dòng)作;State = 1時(shí)，說(shuō)明左側紅外循跡模塊檢測到黑線(xiàn)，小車(chē)執行右轉動(dòng)作，直到State的值發(fā)生變化;State = 2時(shí)與上同理;State = 3時(shí)，左右兩側同時(shí)檢測到黑線(xiàn)(這里的黑線(xiàn)應為橫向引導線(xiàn))，說(shuō)明小車(chē)經(jīng)過(guò)一條引導線(xiàn)，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(chē)的制作，實(shí)現了小車(chē)循跡、語(yǔ)音播報、藍牙通信、貨物分流等功能。實(shí)際測試過(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;可以搭建一定規模的物流平臺計算小車(chē)的行駛軌跡，使小車(chē)以最短的行駛軌跡到達終點(diǎn)，提高效率。

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

　　參考文獻

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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