(北京物資學院 北京 101149)

一、引言

物流導引小車的主要導航模式包括電磁式導航[1]、激光導航[2]、慣性導航[3]、視覺導引式導航[4]。而本文設計的導航模式可以不依賴外部導航方式，依靠物流導引小車的自身的程序即可導航，降低了技術難度。這為無線通信技術提供了一種新的方法，同時也對將來AGV發(fā)展趨勢和現(xiàn)代智能家居的設計提供了參考價值[5]。

本設計的思路是基于以下幾個方面：以利用手機APP實現(xiàn)小車的任意路徑規(guī)劃，設計符合要求的手APP與控制程序。小車的控制程序主要通過Wi-Fi進行信號的傳輸與反饋軟件基于Eclipse框架結構[6]，使用Java語言進行開發(fā)。

首先，實現(xiàn)基本的物流導引小車的移動控制。之后，讓小車完成正方形的路徑，確保小車可以按照要求完成常規(guī)路徑。最后實現(xiàn)在手機APP上可以畫圖控制物流導引小車路徑，AGV能夠按照給定的路徑進行移動，就完成了設計目標。

二、控制端與物流導引小車的信號交流格式

Wi-Fi無線網絡是由無線網卡和網絡橋接器AP(Access Point)所組成的，對裝有無線網卡的終端進入Wi-Fi覆蓋區(qū)域能由AP來接入Internet，Wi-Fi接入技術具有高速傳輸和無線接入的優(yōu)點，最高速度可達54Mbps[7]。同時Wi-Fi技術布網簡單，成本低廉，速度快，定位精確，傳輸不失真。其控制代碼格式如表1所示。

表1 控制代碼格式

其控制代碼主要分為4部分，包頭包尾均為ff，首兩位主要區(qū)分不同類型的功能，次兩位分別同樣部分的不同命令，最后兩位主要區(qū)分同樣指令不同的數(shù)據位。

三、物流導引小車的控制端設計

在物流導引小車的控制端(手機APP)，具有的功能包括：

物流導引小車可以按照固定的路徑進行移動?？梢园凑帐謾CAPP畫出的路徑進行移動，實時改變路徑，攝像頭可以傳輸畫面。

(一)物流導引小車路徑控制詳細設計

物流導引小車主要有三塊主板(Arduino2560主板、PWR電源板、Wi-Fi模塊)，插入攝像頭上電源后由Wi-Fi模塊建立無線熱點，手機可直接連接此熱點進行視頻和控制。

1.手機APP的顯示設計

利用Arduino進行硬件平臺開發(fā)，首先，先確認我們使用的是Eclipse的ADT工具進行開發(fā)，同時其還提供了模擬器，可以在軟件中模擬進程。

Android系統(tǒng)的總體架構主要分為4部分，分別為：核心操作系統(tǒng)底層、系統(tǒng)支持庫層、Android應用框架層和應用、小部件層。

首先需要先搭建環(huán)境。在安裝完成JDK后，再設置環(huán)境變量即可完成。建立一個開始界面，在設計界面的過程中，采用了線性布局，分別是主界面是垂直布局，次級界面是水平布局。垂直布局的主要代碼為android：orientation=“horizontal”與android：orientation=“verticaltal”。采用的是xml。

手機控制AGV，需要有固定的程序，主要通過Activity實現(xiàn)，即按一下按鍵，就實現(xiàn)相應的功能。同時因為包含了發(fā)送自定義的功能，所以我們還需要用Edit Text，收集你所輸入的內容。

2.手機APP端控制設計

按鍵前進來控制物流導引小車前行。不進行操作時物流導引小車停止。按鍵左轉可以控制物流導引小車左轉。按鍵右轉可以控制物流導引小車右轉。按鍵后退可以控制物流導引小車后退。

屏幕中間的按鍵CMD可以進入自定義的命令，按鍵長方形可以控制物流導引小車按照長方形路徑進行移動，按鍵圓形路與按鍵正方形同理。按鍵路徑規(guī)劃可以進入下一級控制系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 手機自定義命令的發(fā)送界面

圖2 路徑規(guī)劃初始界面

按路徑規(guī)劃鍵會彈出一張平面圖，可以在上邊畫出物流導引小車的理想移動路徑，點擊開始執(zhí)行就可以讓物流導引小車按照你所輸入的路徑進行移動，如圖2所示。

四、物流導引小車的驅動與路徑規(guī)劃

(一)電機的基本驅動

Arduino2560電源板集成了L298P。L298P是一款雙全橋電機專用芯片，內部包含4信道邏輯驅動電路，接收標準TTL邏輯準確信號，可驅動46V、2A以下的步進電機或直流電機，并透過電源來調節(jié)輸出電壓；此芯片可以直接由單片機的IO來提供模擬時序信號。

表2直觀的顯示出了電機轉動和其所需要的高低電平情況。

表2 電機轉動邏輯表

物流導引小車前進要求電機1反轉，電機2反轉。

物流導引小車后退要求電機1正轉，電機2正轉。

物流導引小車右轉要求電機1正轉，電機2反轉。

物流導引小車左轉要求電機1反轉，電機2正轉。

物流導引小車停止要求電機1與電機2均為0，及低電平。

其電機連線如圖3所示。

圖3 物流導引小車的電機接線圖

四個電機的接線圖主要就是相互靠近的電機相同的兩極相連，并共同連到Arduino相應的部分。相互靠近的兩個電機的正負極分別連接到同一M+與M-極。

首先，需要在Arduino中，將ENA、ENB、INPUT1、INPUT2、INPUT3、INPUT4都設置為輸出，即輸出屬性。

其次，確認物流導引小車的指令，在Arduino中收到手機APP的命令之后，分辨他屬于那種命令，驅動電機進行相對應的動作。0x01指令為前進，即電機1與電機2均反轉，0x02為后退指令，即電機1與電機2均正轉，以此類推。

之后，通過digitalWrite函數(shù)，作用是設置引腳的輸出電壓為高(低)電平，該函數(shù)無返回值，從而控制L298P驅動模塊，即電機驅動板上，控制電機的正轉與反轉。由上面分析的物流導引小車的基本移動需要的電機轉動方向。其流程如圖4所示。

圖4 電機驅動程序流程圖

首先將ENA、ENB、input1、input2、input3、input4設置為輸出，使其接電機時可以控制電機的正反轉。

正方形路徑步驟完全一樣，只是驅動電機的程序不一樣。將ENA、ENB設為高電平，使得物流導引小車可以按照設定固定完成路線，執(zhí)行前進指令，前進，即回到了原點。物流導引小車就可完成了一個固定的正方形路徑。

(二)物流導引小車的路徑規(guī)劃

AGVs在制造業(yè)中主要作用是物料運輸、裝配和加工制造等，尤其物料運輸方面的應用更為廣泛。對于現(xiàn)代制造業(yè)來講，提高AGV系統(tǒng)的工作效率，使AGVs能快速、準確、高效地將物料運送目的地上是非常重要的。為了滿足以上要求，AGV必須擁有流暢的行駛路徑，因此，對AGV進行路徑規(guī)劃具有實際意義。物流導引小車的路徑規(guī)劃就是物流導引小車處于一個環(huán)境中，給定起點與終點或者給定路徑，控制物流導引小車的能按照路徑進行移動[8-11]。

如手機APP端控制設計，將物流導引小車的路徑規(guī)劃基礎界面。當我們在手機上畫出一個路徑時，手機會把路徑分為節(jié)點，近似的分為直線運動，當越彎的路徑需要的節(jié)點數(shù)越多，在路徑上遇到問題時，可以通過清空畫布按鍵，停止小車，如果路徑沒有問題，你還可以讓小車重復執(zhí)行路徑。

在畫布上的程序，通過Wi-Fi模塊與一定的規(guī)則，將相應的命令傳輸給物流導引小車。

首先，在畫布上的路徑被分為了若干節(jié)點，完成路徑主要分為兩部分，直行與轉彎。其中轉彎主要分為兩個變量，轉角與時間。

判斷執(zhí)行的命令，如果RevStatu==1(RevStatus等于1)，那么判斷物流導引小車進行左轉的命令，其轉角時間等于TurnAngle的數(shù)值乘以6，單位為毫秒。之后進行直走命令，時間為Golength的數(shù)值乘以10，單位為毫秒。達到下一節(jié)點，繼續(xù)此流程。右轉指令以此類推。具體流程如圖5所示。

圖5 路徑規(guī)劃程序的流程圖

在手機畫布上的路徑與實際路徑比例大約為1：100，即畫布上1厘米，實際物流導引小車行進大概1米，方向與畫布方向一致，即上方對應前進，下方對應后退，左側代表左轉，右側代表右轉。

五、結語

本文通過Wi-Fi進行信號的傳輸與反饋，APP的設計基于Eclipse框架結構，使用Java語言進行開發(fā)。經過多次試和修改代碼，成功實現(xiàn)了Wi-Fi小車預設的功能，在Wi-Fi輻射范圍內通信穩(wěn)定，控制可靠靈活。經過不斷優(yōu)化代碼最終實現(xiàn)“無障礙”通信、控制。

首先，實現(xiàn)了通過手機APP實時控制小車的運行狀態(tài)。之后，通過預設，小車可以按照指定路徑循環(huán)行走。最后，實現(xiàn)了小車按照已經畫好的路徑行走，并且可以實時更改行走線路。

設計的意義在于將單片機電子技術，Wi-Fi通信技術和智能終端設備有效結合，深化物聯(lián)網的概念，本方案可推廣到智能家居等領域。