基于STM32智能物流车模型的设计

作者 郭红壮，贾艳艳(长春理工大学 生命科学技术学院，吉林 长春 130022)

　　摘要：介绍了一种人性化、智能化物流车的设计，以STM32F103作为控制核心，具有红外循迹、工作模式可调、条形码检测、穿过特定地形、抓取货物并放入指定位置、语音播报、显示物流车工作信息等功能。本设计具有低功耗、低成本、精准度高、稳定性强等特点。

　　关键词：智能物流车;红外循迹;条码检测;蓝牙通信

　　0 引言

　　随着人们生活水平的提高，网购已经成为人们日常生活中不可缺少的部分。伴随网购和生产的发展，商品趋于“短小轻薄”，流通趋于小批量、多品种和准时制(Just-In-Time，简称JIT)，各类配送中心的货物分拣任务十分艰巨，分拣作业已成为一项重要的工作环节。我国目前多数配送中心和物流企业都是人工分拣。显然,随着分拣量的增加、分送点的增多、配货响应时间的缩短和服务质量的提高，单凭人工分拣将无法满足大规模配货配送的要求^[1]。虽然个别规模较大的物流公司已经采用了分拣系统，但由于分拣系统价格较为高昂，普遍规模较小的物流公司无法负担。为此，本文选用STM32位主控芯片，设计了一款安全稳定、价格低廉的智能物流车。

　　1 工作流程

　　实物展示图如图1所示，智能物流车的工作流程如图2所示。

　　(1)物流车由起点引导线出发并语音播报^[2]“驶离起点”，利用红外反射管循迹前进直至引导线。

　　(2)到达第一条引导线，开始上桥(上坡角度20°，垂直高度10 cm)，并播报“开始上桥”。

　　(3)到达第二条引导线，完成上桥动作，到达桥面。缓慢前进并持续扫描货物上的条形码。当检测到目标货物时，停止前进，开始装货(有2种工作模式，模式1为手动设置条形码数值，模式2为按顺序装货)。

　　(4)装货结束后，语音播报“装载成功”，并缓慢前进(避免下桥时由于速度过快降低安全性与稳定性)开始下桥。

　　(5)到达减速带引导线，语音播报“驶入减速带”，并在无循迹线的状态下通过减速带。在通过减速带之后适当提速，继续沿着循迹线前进。

　　到达卸货区引导线，根据之前装货的条形码向前移动一定距离，将货物卸载到制定区域(根据条码数值，移动距离或大或小，如此反复实现货物分拣)。卸货成功后，语音播报“卸货成功”并回到终点进行下一轮分拣。

　　2 硬件设计

　　硬件由一片STM32F103、1个A4988、1个微型滑台、1个L298N、4个直流电机、4个红外反射管、1个条码扫描器、1个机械爪^[3]和1个蓝牙模块构成，如图3所示。

　　本设计有2种工作模式，可通过智能手机App^[4]设定物流车的工作模式，模式1为手动控制模式。在该模式下，可通过手机指定目标货物的条形码，物流车将目标货物运送到指定位置后，回到终点并停止，等待下次目标货物条码或更改工作模式。模式2为自动模式，物流车按照货物的摆放顺序，依次将货物运送到卸货区，并根据货物的条码将货物卸载到不同区域，实现货物分拣。直至装货取没有货物后回到终点停止。

　　当循迹模块检测到黑线时，输出高电平。反之，输出低电平。STM32F103(以下称主控板)根据循迹模块的信号通过改变电机正转、反转、停三个状态来实现循迹。在循迹过程中记录引导线个数，用以确定小车所处阶段，并在特定位置语音播报对应内容。

　　本设计采用丝杆滑台配合机械手来实现货物的“取/放”动作，小车在平时运行状态下，通过控制丝杆滑台将机械手收缩到车体内，尽可能的减小小车的体积，避免在运行过程中机械手触碰到其他物品。只有当小车行驶到上货区域检测到目标货物后小车停止，依次执行张开机械手—伸出机械臂—闭合机械手(抓取货物)—缩回机械臂—返回到行驶状态。卸货过程与之大体相同，这里不再赘述。

　　3 软件设计

　　3.1 软件总体流程图

　　程序开始阶段定义了一个全局变量LineCount，用于记录小车经过引导线的个数，程序可根据经过引导线的个数来确定小车当前所处的阶段。例如：当LineCount = 0时，小车处于终点线与起始线之间，当小车行驶经过起始线时，LineCount计数加1，LineCount = 1，可知小车处于起始线与上桥引导线之间。在主函数中只需要采用循环扫面的方式检测LineCount的数值，就可判断小车当前是在哪一段路程区间。从而进行分支处理相应的动作并将小车的当前状态实时更新到LCD液晶显示屏上。如图3所示。

　　3.2 红外循迹流程图

　　黑线检测原理^[5]是红外发射管发射光线到路面，红外光遇到地面则被反射，接收管接收到反射光，经过比较器整形后为低电平;而当红外光遇到黑线(本设计采用绝缘黑胶带)时，红外光被黑线吸收，接收管无法接收到反射光，经比较器整形后输出高电平。控制板通过检测对应I/O的输入状态来识别路径信息。

　　在主函数初始化时，初始化一个20 Hz的硬件定时中断，在该中断服务函数中，读取DIO_8、DIO_9两个IO引脚状态，并将DIO_8左移一位后与DIO_9进行相与运算的结果赋值给全局变量State。当State = 0时，说明左右两侧没有检测到黑线，小车执行前进动作;State = 1时，说明左侧红外循迹模块检测到黑线，小车执行右转动作，直到State的值发生变化;State = 2时与上同理;State = 3时，左右两侧同时检测到黑线(这里的黑线应为横向引导线)，说明小车经过一条引导线，LineCount数值加1。如图4所示。

　　4 结论与展望

　　本文介绍了一种基于STM32 MCU的低功耗智能物流车的制作，实现了小车循迹、语音播报、蓝牙通信、货物分流等功能。实际测试过程中仍存在很多可以改进的部分，例如，在循迹控制过程中可以利用PID控制，使小车的行驶可以更加的平缓;可以搭建一定规模的物流平台计算小车的行驶轨迹，使小车以最短的行驶轨迹到达终点，提高效率。

　　通过自制本设计，既可以学习STM32的应用与设计，在制作过程中锻炼实践能力，又能制作一台具有功能丰富的物流车。值得广大电子爱好者一试。

　　参考文献

　　[1]陈斌.现代物流仓储智能系统设计及应用分析[J].网络安全技术与应用,2018(09):122+94.

　　[2]郭克友,陈雪洁,纪彬.基于SYN6288的车速语音播报系统设计[J].实验技术与管理,2014,31,(01):87-90.

　　[3]王红超,马家峰.搬运与装配机器人的设计和制作[J].周口师范学院学报,2017,34(05):50-53.

　　[4]周燕.实用的蓝牙智能小车APP的设计[J].福建电脑,2018,34(07):140-141.

　　[5]朱春华,顾雪亮.基于红外反射式传感器TCRT5000的循迹小车设计[J].现代电子技术,2018(18):143-146.

本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第2期第61页，欢迎您写论文时引用，并注明出处