張琳 潘昊飛 凌應(yīng)花 葉周宇

【摘 要】基于Arduino的倉庫智能小車由上位機和下位機組成。上位機為移動設(shè)備。下位機主要包括Arduino及其擴展板，紅外避障傳感器，煙霧傳感器，溫濕度傳感器等，作用是完成自動避障、溫度、濕度和煙氣濃度數(shù)據(jù)采集功能。智能小車?yán)胊rduino leonardo完成信號控制，處理采集的數(shù)據(jù)并通過ESP8266將數(shù)據(jù)傳送到上位機顯示，供工作人員監(jiān)測。智能小車既可以自由行駛，也可以通過上位機控制小車的行駛路線，方便對小車的操控。

【關(guān)鍵詞】Arduino;智能小車;傳感器

中圖分類號： TP273 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）11-0026-003

【Abstract】The intelligent warehouse car based on Arduino is composed of upper computer and lower computer.The upper computer is a mobile device.The lower computer mainly includes Arduino and its expansion board，infrared obstacle avoidance sensor，smoke sensor，temperature and humidity sensor，etc.，which is used to complete the function of automatic obstacle avoidance，temperature，humidity and smoke concentration data collection.The intelligent car USES arduino leonardo to complete signal control，process the collected data and transmit the data to the upper computer through ESP8266 for staff monitoring.The intelligent car can not only drive freely，but also control the running route of the car through the upper computer，which is convenient for the control of the car.

【Key words】Arduino;Intelligent car;The sensor

0 引言

倉庫作為企業(yè)存放物資的地方，關(guān)系著公司職工的生命安全和公司的經(jīng)濟利益。每年，倉庫火災(zāi)造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡都是無數(shù)的。據(jù)統(tǒng)計，倉庫火災(zāi)數(shù)量占全年火災(zāi)總數(shù)的21.76%，造成重大人員傷亡和巨大經(jīng)濟損失。倉庫智能小車通過對倉庫中溫濕度，氣體濃度等數(shù)據(jù)進行采集，幫助倉庫管理人員提前做好防備，降低倉庫火災(zāi)發(fā)生的可能性。由于倉庫的面積較大，人工檢測的成本較高，且采集的數(shù)據(jù)不夠精確，利用倉庫智能小車對倉庫內(nèi)溫濕度，氣體濃度進行采集，既減少人力成本又提高數(shù)據(jù)的精確程度。本文利用Arduino及其擴展板研究設(shè)計一個可以完成檢測倉庫溫濕度，氣體濃度的倉庫智能小車。

1 硬件設(shè)計

1.1 倉庫智能小車硬件電路結(jié)構(gòu)

倉庫智能車配備Arduino及其擴展板，超聲波傳感器、煙霧傳感器和溫濕度傳感器，輪胎采用橡膠輪胎，并通過電機進行驅(qū)動，保證小車行駛的穩(wěn)定性和速度的可控性。倉庫智能小車硬件電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 避障模塊

為保障倉庫智能小車在無上位機控制時能夠自主行駛，本設(shè)計采用紅外傳感器實現(xiàn)自主避障。紅外避障傳感器有一對紅外發(fā)射管和接收管，發(fā)射管發(fā)出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測方向遇到障礙物（反射表面）時，紅外線被接收管反射回來并被接收管接收。GP2 D120 X的測量范圍為4～30cm，常被用于智能硬件領(lǐng)域的視覺系統(tǒng)中，因此，GP2 D120 X紅外傳感器可以幫助自主行駛小車更準(zhǔn)確地避開障礙物。

1.3 DHT11溫濕度模塊

為了確保倉庫智能車測量的溫度和濕度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使用DHT11溫度和濕度傳感器。DHT11溫濕度傳感器具有校準(zhǔn)數(shù)字信號的功能，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強，性價比高，它可以保證測量數(shù)據(jù)具有高可靠性和長期穩(wěn)定性，體積小、功耗低，便于攜帶。

1.4 MQ9煙霧傳感器模塊

采用MQ9煙霧傳感器測量倉庫內(nèi)的氣體濃度，MQ9煙霧傳感器對一氧化碳，甲烷和液化石油氣非常敏感，它采用了SnO2敏感材料，通過循環(huán)高低溫進行檢測，低溫時檢測CO，高溫時檢測甲烷，丙烷等可燃?xì)怏w，并且能夠自動清除低溫下吸附的其他氣體。

1.5 ESP8266無線模塊

為保證倉庫智能小車與上位機之間穩(wěn)定的通信，通過比較藍牙、紅外和WIFI控制的優(yōu)缺點，最終選用WIFI Bee-ESP8266芯片實現(xiàn)無線通信。WIFI Bee-ESP8266芯片可用于擴展Arduino，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸及遠(yuǎn)程控制，芯片的片上處理和存儲能力十分強大，內(nèi)置32位處理器和Lwip協(xié)議棧并支持AP+STA模式共存。采用XBEE造型設(shè)計的串口轉(zhuǎn)WIFI的設(shè)計模式，體積較小。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

倉庫智能小車使用RomeoV2開發(fā)板做為主控板，實現(xiàn)環(huán)境檢測系統(tǒng)、自動避障系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等各個模塊功能。系統(tǒng)總體設(shè)計流程圖如圖2所示。

2.2 環(huán)境檢測系統(tǒng)

倉庫智能小車環(huán)境檢測系統(tǒng)主要包括溫濕度檢測和氣體濃度檢測。

系統(tǒng)上電后，先判斷DHT11溫濕度傳感器是否工作正常，若不正常則返回錯誤信息，反之，則執(zhí)行指令返回所采集的溫濕度數(shù)據(jù)。氣體濃度檢測，采用MQ9煙霧傳感器模塊，可以將0到5V之間的輸入電壓轉(zhuǎn)換為0到1023之間的整數(shù)值，根據(jù)其返回的數(shù)據(jù)可以分析出空氣中一氧化碳等氣體的濃度。溫濕度檢測具體的代碼分析如下：

2.3 自動避障系統(tǒng)

自動避障系統(tǒng)主要采用GP2D120 X紅外傳感器實現(xiàn)，可探測前方4～30cm距離的物體。GP2D120 X紅外傳感器的舵機不停的以0～180°反復(fù)擺動，在檢測到前方大概6cm處有障礙物后，傳遞信息給Romeo V2主控芯片，控制小車自動轉(zhuǎn)向避障。具體的代碼分析如下：

2.4 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)，是為了實現(xiàn)倉庫智能小車與上位機之間的通信，采用ESP8266芯片，使其在AP模式下工作，利用上位機來連接ESP8266開啟的AP熱點，完成實現(xiàn)倉庫智能小車與上位機之間的通信。

利用ESP8266開啟一個AP（接入點），并創(chuàng)建一個服務(wù)器，當(dāng)有設(shè)備連接時，服務(wù)器發(fā)送握手成功信息給接入的設(shè)備，并將上位機發(fā)送的指令傳遞給Romeo V2控制器，由Romeo V2控制器來控制倉庫智能執(zhí)行相應(yīng)的動作。關(guān)鍵代碼分析如下：

2.5 上位機系統(tǒng)

為了能夠?qū)χ悄軅}庫小車行駛路線進行控制，在手機移動端，開發(fā)了基于Andriod平臺的“WIFI小車”APP。“WIFI小車”APP具有控制小車的移動和接收小車的環(huán)境數(shù)據(jù)的功能。主要代碼如下：

（1）發(fā)送控制指令模塊：

3 功能測試

完成倉庫智能小車的硬件連接與系統(tǒng)設(shè)計后，對倉庫智能小車進行功能測試，測試結(jié)果如下：

（1）上位機與倉庫智能小車的能否連接成功，測試結(jié)果如圖3：

（2）倉庫智能小車能否采集到溫濕度數(shù)據(jù)并檢測可燃?xì)怏w是否超標(biāo)，測試結(jié)果如圖4所示：

（3）倉庫智能小車在自動行駛模式遇到障礙物時能否避障行駛，避障測試結(jié)果如圖5所示：

經(jīng)檢測，倉庫智能小車在自動行駛模 式下能夠成功避開所有障礙物并正常行駛。在非自動行駛模式下，上位機可以控小車正常行駛并且準(zhǔn)確采集環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)和氣體濃度數(shù)據(jù)，同時判斷此時可燃?xì)怏w濃度是否超標(biāo)。因此，倉庫智能小車通信系統(tǒng)，自動避障系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，環(huán)境檢測系統(tǒng)均能正常工作，完成設(shè)計目標(biāo)。

4 總結(jié)與展望

將由紅外避障傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器和Arduino及其擴展板構(gòu)成的智能小車應(yīng)用到倉庫中，是智能機器人應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的一種體現(xiàn)。倉庫智能小車取代人工測量倉庫中環(huán)境數(shù)據(jù)，成本低且精確度高，控制過程簡單便于操作，同時可以加以改造應(yīng)用于其他工業(yè)智能作業(yè)領(lǐng)域中。當(dāng)然，倉庫智能小車還有些不足之處，比如當(dāng)檢測到可燃?xì)怏w超標(biāo)時能否準(zhǔn)確找到著火點，并將位置信息傳送給上位機，通知倉庫管理人員。

下一步將為倉庫智能小車設(shè)計一個GPS定位系統(tǒng)，實現(xiàn)對小車的實時定位，使倉庫管理人員在倉庫著火時，快速到達著火點進行撲火，減少經(jīng)濟損失，提高安全保障。同時研究多性能的小車針對存儲不同貨物的倉庫，綜合各種因素為倉庫提高更加自動化，實用化的倉庫智能小車。

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※基金項目：安徽省教育廳質(zhì)量工程項目（2015ckjh114）;安徽省教育廳質(zhì)量工程項目（AH201712216062）。

作者簡介：張琳（1999.01—），女，安徽六安人，主要研究方向：單片機開發(fā)、嵌入式。