薛 哲，張功學(xué)，何 凱，徐耀輝，崔 聰

(1.陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安 710021；2.中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，廣東 深圳 518055)

現(xiàn)在AGV導(dǎo)引技術(shù)正在迅速發(fā)展，很多行業(yè)已經(jīng)開始采用AGV導(dǎo)引技術(shù)[1]。但是部分AGV小車的控制方式為觸摸屏控制，需要人工近距離操作，步驟繁瑣。并且在復(fù)雜實(shí)驗(yàn)環(huán)境下或者AGV小車行駛過程中操作時(shí)，存在一定的安全隱患。因此，為了提高AGV小車操控的安全性與方便性，本文使用C#編程語言，結(jié)合Socket通信與串口轉(zhuǎn)WIFI技術(shù)，設(shè)計(jì)出一款適用于AGV小車的上位機(jī)控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)可使人在較遠(yuǎn)距離使用電腦控制AGV小車，即使在復(fù)雜實(shí)驗(yàn)環(huán)境下也可以很方便的操控AGV小車并且保證了人員的安全。

AGV通訊系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)AGV與地面控制站及地面監(jiān)控設(shè)備之間的信息交換[2]。在本文中AGV的通訊系統(tǒng)采用一問一答式，上位機(jī)發(fā)送詢問數(shù)據(jù)，AGV控制板在接收到數(shù)據(jù)之后，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行回應(yīng)或者不回應(yīng)，通過詢問數(shù)據(jù)對(duì)AGV小車進(jìn)行控制。

1 Socket通信原理

Socket作為進(jìn)程通信機(jī)制，是2個(gè)程序之間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通訊端點(diǎn)，用一個(gè)地址和一個(gè)端口號(hào)標(biāo)識(shí)[3]。Socket通常也稱作“套接字”，用于描述IP地址和端口。

1.1 服務(wù)器端和客戶端

在通信過程中，客戶端主動(dòng)打開連接，服務(wù)器端是被動(dòng)的[4]。當(dāng)客戶端和服務(wù)端彼此交換數(shù)據(jù)前，必須先在雙方之間建立一個(gè)TCP連接之后才能傳輸數(shù)據(jù)[5]。

服務(wù)器端的Socket至少需要兩個(gè)，一個(gè)負(fù)責(zé)接收客戶端的連接請(qǐng)求，但是不負(fù)責(zé)與客戶端的通信；當(dāng)服務(wù)端接收到客戶端的連接后便會(huì)在服務(wù)端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)責(zé)通信的Socket，這個(gè)Socket是在收到客戶端的連接時(shí)創(chuàng)建。

客戶端的Socket必須指定要連接的服務(wù)端的IP地址和端口；通過創(chuàng)建一個(gè)Socket對(duì)象來初始化一個(gè)到服務(wù)端的TCP連接。

1.2 Socket通信基本流程

服務(wù)端先初始化Socket，通過bind函數(shù)與端口綁定，調(diào)用listen函數(shù)對(duì)端口進(jìn)行監(jiān)聽，再調(diào)用accept函數(shù)等待客戶端的連接。當(dāng)有客戶端初始化一個(gè)Socket后，調(diào)用connect函數(shù)與服務(wù)端進(jìn)行連接，服務(wù)端接收到客戶端的連接請(qǐng)求并連接成功后，這時(shí)客戶端就可以發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，服務(wù)端接收并處理請(qǐng)求，然后把回應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，客戶端讀取數(shù)據(jù)，一次服務(wù)端與客戶端的交互結(jié)束。

圖1 AGV小車控制系統(tǒng)通信流程圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 服務(wù)端設(shè)計(jì)

當(dāng)打開服務(wù)端軟件后，先是服務(wù)端開始監(jiān)聽并且接受AGV小車發(fā)來的連接請(qǐng)求，連接成功后便可以向AGV小車核心板發(fā)送數(shù)據(jù)，如果AGV小車成功接收到數(shù)據(jù)并作出相應(yīng)指令，會(huì)向服務(wù)端回應(yīng)信息，顯示在相應(yīng)區(qū)域，回應(yīng)信息分為AGV當(dāng)前實(shí)時(shí)狀態(tài)和每條詢問指令成功接收的應(yīng)答信息。

2.2 服務(wù)端功能實(shí)現(xiàn)

2.2.1 創(chuàng)建一個(gè)負(fù)責(zé)監(jiān)聽的Socket

部分代碼如下：

Socket SocketWatch = new Socket(AddressFamily.InterNetwork，SocketType.Stream，ProtocolType.Tcp);

IPAddress ip = IPAddress.Any;

IPEndPoint point = new IPEndPoint(ip，Convert.ToInt32(txtPort.Text));

SocketWatch.Bind(point);

ShowMsg("監(jiān)聽成功/r/n");

SocketWatch.Listen(10);

首先新實(shí)例初始化Socket類使用指定的地址族、流式套接字和TCP協(xié)議；

接下來提供Internet協(xié)議(IP)地址，并偵聽所有網(wǎng)絡(luò)接口上的客戶端活動(dòng)的IP地址；

然后新實(shí)例初始化IPEndPoint類具有指定的地址和端口號(hào)；

使用Bind()函數(shù)將IP地址、端口號(hào)與負(fù)責(zé)監(jiān)聽的Socket相關(guān)聯(lián)；

使用SocketWatch對(duì)象的Listen()函數(shù)使監(jiān)聽的Socket處于偵聽狀態(tài)；

最后當(dāng)打開服務(wù)端軟件時(shí)在ShowMsg對(duì)話框顯示監(jiān)聽成功。

2.2.2 創(chuàng)建一個(gè)負(fù)責(zé)通信的Socket

部分代碼如下：

Socket socketsend = SocketWatch.Accept();

ShowMsg(socketsend.RemoteEndPoint.ToString() + ":" + "連接成功" + "/r/n");

為了接收來自客戶端的連接請(qǐng)求，使用Socket類中的Accept()函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)新的Socket用于與客戶端進(jìn)行通信；當(dāng)連接成功后則會(huì)在ShowMsg對(duì)話框顯示連接成功。

2.2.3 接收和發(fā)送消息

int r=socketsend.Receive(buffer);

ShowMsg(socketsend.RemoteEndPoint.ToString() + ":" + str + "/r/n");

使用Socketsend對(duì)象中的Receive()函數(shù)接收客戶端發(fā)來的消息并存儲(chǔ)到接收緩沖區(qū)中，最后將其顯示在ShowMsg對(duì)話框中。

socketsend.Send(buffer);

使用Socketsend對(duì)象中的Send()函數(shù)向客戶端發(fā)送消息。

在本控制系統(tǒng)中，上位機(jī)向AGV核心板發(fā)送的為十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，共14個(gè)字節(jié)。其中起始碼占1個(gè)字節(jié)，為通信開始標(biāo)志位；功能碼占1個(gè)字節(jié)，代表詢問指令功能；數(shù)據(jù)碼占5個(gè)字節(jié)，代表對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)碼含義；預(yù)留5個(gè)字節(jié)，為無效數(shù)據(jù)位；結(jié)束碼占1個(gè)字節(jié)，為通信結(jié)束標(biāo)志位；校驗(yàn)碼占1個(gè)字節(jié)，為前邊所有碼相加除以256的余數(shù)。例如AA C1 00 03 E8 03 E8 00 00 00 00 00 BB 11為14個(gè)字節(jié)，其所代表的含義為AGV小車向前運(yùn)行，左右電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000 rpm/min。

因?yàn)橐?jì)算校驗(yàn)碼，所以需要將前邊所有編碼提取出來轉(zhuǎn)化為int類型相加除以256求余，求出來的余數(shù)為校驗(yàn)碼，再將所有的編碼轉(zhuǎn)換成string類型進(jìn)行相加；由于只能發(fā)送Byte類型的數(shù)據(jù)，最后將相加的string類型編碼轉(zhuǎn)換成Byte類型則為最終要發(fā)送的編碼。

部分代碼如下：

int[] suma = new int[8];

suma[0] = Convert.ToInt32(str[0]，16);

將所有編碼轉(zhuǎn)化成int類型。

int sum=new int();

for (int i=0;i

{

sum+=suma[i];

}

int check=sum%256;

使用for循環(huán)將所有轉(zhuǎn)化成int類型的編碼相加，最后再求余得出校驗(yàn)碼。

2.3 服務(wù)端界面設(shè)計(jì)

圖2 界面設(shè)計(jì)

如圖2所示，TextBox1為服務(wù)端IP地址，TextBox2為端口號(hào)，TextBox3顯示AGV小車的返回信息，TextBox4和5可以調(diào)節(jié)AGV小車左右電機(jī)的轉(zhuǎn)速，TextBox 6和7可以控制AGV小車升降平臺(tái)的升降高度和速度。當(dāng)AGV小車啟動(dòng)后，PC端連接WIFI，輸入IP地址和端口號(hào)再點(diǎn)擊連接按鈕，就會(huì)收到AGV小車的連接請(qǐng)求，連接成功后會(huì)在TextBox 3顯示連接成功，如果AGV小車行進(jìn)或升降過程中出現(xiàn)異常情況，可以立即點(diǎn)擊停止按鈕就會(huì)停止設(shè)備，界面中其他按鈕則實(shí)現(xiàn)其相對(duì)應(yīng)的功能。

2.4 客戶端模塊

由于AGV核心控制板只預(yù)留了RS232接口，RS232接口支持全雙工、不間斷通信；再使用WIFI串口服務(wù)器將RS232接口轉(zhuǎn)換成WIFI，然后安裝好WIFI天線，就能夠使用筆記本電腦等設(shè)備進(jìn)行連接。

AGV 與上位機(jī)采用一問一答式通信，每當(dāng)上位機(jī)發(fā)送的指令被AGV成功接收到后會(huì)進(jìn)行回應(yīng)；每條詢問指令成功接收的應(yīng)答信息共14個(gè)字節(jié)。其中起始碼、功能碼、結(jié)束碼和校驗(yàn)碼各占1個(gè)字節(jié)；數(shù)據(jù)碼占2個(gè)字節(jié)，01代表設(shè)置成功，00代表設(shè)置失敗；預(yù)留8個(gè)字節(jié)。

3 實(shí)際測(cè)試

完成所有設(shè)計(jì)后，開始進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)。為AGV小車設(shè)計(jì)L型路徑，分別進(jìn)行前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和上升、下降操作，再進(jìn)行停止升降和停止移動(dòng)操作，最后點(diǎn)擊查詢狀態(tài)按鈕查詢AGV當(dāng)前狀態(tài)。進(jìn)行操作時(shí)AGV的應(yīng)答信息如表1所示。

表1 操作時(shí)AGV應(yīng)答信息

由應(yīng)答信息可知，所有操作的數(shù)據(jù)碼為01，即證明設(shè)置成功；由查詢狀態(tài)按鈕返回的信息可知當(dāng)前升降板處在720 mm的高度。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，上位機(jī)控制系統(tǒng)操作AGV小車更加方便，保證了小車行駛過程中人員的安全。在實(shí)驗(yàn)過程中，上位機(jī)與AGV小車通信良好，AGV小車能夠?qū)ι衔粰C(jī)所發(fā)出的指令迅速做出反應(yīng)，Socket服務(wù)端界面中的所有功能均運(yùn)行正常。AGV小車如圖3所示。

圖3 AGV小車實(shí)際圖

4 結(jié)束語

基于Socket通信的AGV小車上位機(jī)控制系統(tǒng)，其主要優(yōu)點(diǎn)有：在復(fù)雜實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，使用Socket無線控制AGV小車，便于操作人員在遠(yuǎn)距離條件下對(duì)AGV小車的控制，提高了實(shí)驗(yàn)效率，保證了在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下操作人員的安全。