沈治 （1977-）
男，常州人，講師，江蘇大學(xué)在讀碩士，主要研究領(lǐng)域?yàn)榭刂评碚摷白詣?dòng)化控制工程。

摘要：AGV是一種無(wú)人駕駛的激光導(dǎo)引運(yùn)輸車(chē)，A G V小車(chē)系統(tǒng)涉及機(jī)械、電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化現(xiàn)代物流系統(tǒng)中。本文重點(diǎn)描述了以 44B0XAGV為核心的AGV控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)以及AGV小車(chē)與計(jì)算機(jī)的通訊協(xié)議。在已經(jīng)投入使用中的AGV小車(chē)的良好性能證明了其控制方案的合理性和先進(jìn)性。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代物流；自動(dòng)導(dǎo)引；通訊

Abstract: With the rise of modern logistics and the development of automatic storage
 technology, the automatic guided vehicles (AGV) are applied more and more. The paper 
describes the front control function, characteristics in the system of AGV, and the 
solution to some problems in AGV. At the same time, the paper describes the hardware 
and software design in the control system which considers 44BOXAGV as a core, as well 
as the communication protocol between the AGV and control computer. Now the AGV have 
been widely put into use,  and had good performance, which proves the control function
 reasonable and advanced.

Key words: Modern Logistics; Automatic Guide; Communication

    自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)AGV(Automated Guided Vehicle)是一種自動(dòng)化物料搬運(yùn)設(shè)備,它具有自動(dòng)化程度高、應(yīng)用靈活、安全可靠、無(wú)人操作、施工簡(jiǎn)單及維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)、煙草行業(yè)、工程機(jī)械行業(yè)、機(jī)場(chǎng)等物資運(yùn)輸場(chǎng)所。AGV同時(shí)也廣泛應(yīng)用于柔性生產(chǎn)系統(tǒng)（FMS）、柔性搬運(yùn)系統(tǒng)和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中。AGV是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它對(duì)于提高生產(chǎn)自動(dòng)化程度和提高生產(chǎn)效率有著重要意義。

1 AGV系統(tǒng)構(gòu)成

    自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)AGVS）是無(wú)人控制的自動(dòng)化系統(tǒng)，主要由自動(dòng)導(dǎo)車(chē)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)AGV）、地面管理系統(tǒng)（VSM）導(dǎo)引系統(tǒng)、地址編碼系統(tǒng)、通讀系統(tǒng)、停車(chē)站、充電站和周邊設(shè)備等基本單元組成。其中AGV是自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)系統(tǒng)的主要部分之一。AGV的優(yōu)點(diǎn)是：能實(shí)現(xiàn)柔性運(yùn)輸、使用靈活、運(yùn)輸效率高、節(jié)能、系統(tǒng)工作可靠、無(wú)公害可以改善工作環(huán)境。

2 AGV小車(chē)控制系統(tǒng)概述

    AGV控制系統(tǒng)是AGV的直接控制中樞，它將電機(jī)系統(tǒng)、傳感器信號(hào)處理、驅(qū)動(dòng)器控制、AGV的定位算法、電子地圖及無(wú)線通訊等功能整合在一起。其完成的主要功能是通過(guò)無(wú)線通訊系統(tǒng)接收主控機(jī)或AGV車(chē)載控制機(jī)或AGV操作面板上操作按鈕下達(dá)的任務(wù)完成AGV運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制，以及AGV運(yùn)動(dòng)過(guò)程中障礙物的探測(cè)，安全報(bào)警及狀態(tài)指示，同時(shí)通過(guò)無(wú)線通訊系統(tǒng)向主控機(jī)報(bào)告AGV自身的狀態(tài)（如AGV的目前位置、當(dāng)前工作狀態(tài)、當(dāng)前速度及方向等）。

2.1 AGV小車(chē)控制系統(tǒng)硬件框圖

    AGV小車(chē)控制系統(tǒng)采用三星公司ARM7內(nèi)核芯片 44B0X來(lái)實(shí)現(xiàn)核心控制，附帶各種外圍擴(kuò)展模塊，實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)的對(duì)小車(chē)控制，與計(jì)算機(jī)控制軟件通信。

    S3C44B0X提供了豐富的內(nèi)部器件，包括：8K字節(jié)的CACHE，內(nèi)部SRAM，LCD控制器，自動(dòng)握手的兩通道UART，4通道DMA，代用PWM功能的5通道定時(shí)器，豐富的I/O端口，RTC，8通道10位ADC，IIS，IIC，同步SIO接口等。

    芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示：

                                   圖1   芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

    本控制系統(tǒng)采用S3C44B0X作為核心處理的CPU，并且在板上帶了2M字節(jié)的FLASH，8字節(jié)的SDRAM構(gòu)成最小系統(tǒng)。帶有10/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡芯片，USB接口芯片，IIC存儲(chǔ)芯片構(gòu)成完整的應(yīng)用系統(tǒng)。

    為了更適用于AGV小車(chē)控制系統(tǒng)領(lǐng)域，本控制系統(tǒng)除了核心控制板之外，還帶有一塊LCD，鍵盤(pán)擴(kuò)展控制板。LCD為松下256色彩屏，8寸640×480象素，更直觀的將小車(chē)狀態(tài)實(shí)時(shí)表現(xiàn)；20個(gè)鍵組成的鍵盤(pán)陣列能讓操作者更方便的輸入各種配置信息和路徑信息。擴(kuò)展板上帶有豐富的狀態(tài)表示發(fā)光管，所有發(fā)光管可根據(jù)用戶(hù)的要求編程，除了已經(jīng)應(yīng)用于當(dāng)前小車(chē)的A/D，D/A，還留有足夠的備用A/D，D/A接口，方便用戶(hù)自己擴(kuò)展功能。

    小車(chē)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2如下：

                                   圖2   硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.2 小車(chē)控制軟件介紹

    小車(chē)控制軟件主要功能為小車(chē)配置，小車(chē)路徑輸入，小車(chē)行走狀態(tài)表示等。小車(chē)配置能配置小車(chē)的各種參數(shù)，包括小車(chē)地址，小車(chē)各檔速度，小車(chē)控制方式等，并且能預(yù)覽小車(chē)行走地圖，減少錯(cuò)誤的路徑信息。小車(chē)行走狀態(tài)圖能顯示當(dāng)前小車(chē)的所有狀態(tài)，比如地址，控制方式，運(yùn)行方向，障礙信息，當(dāng)前路徑的ID號(hào)，當(dāng)前遵循的導(dǎo)引線號(hào)，停車(chē)倒計(jì)時(shí)等信息。小車(chē)路徑表能在小車(chē)上輸入或者顯示計(jì)算機(jī)傳送的路徑信息，共可預(yù)設(shè)27條路徑信息.其主要流程圖如圖3所示。

                                   圖3   車(chē)載機(jī)控制軟件流程圖

2.3 AGV小車(chē)計(jì)算機(jī)通訊協(xié)議

    在無(wú)線通信的設(shè)計(jì)中，筆者制定了簡(jiǎn)單有效的通信協(xié)議來(lái)進(jìn)行通信，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

    通信方式：異步半雙工，1位起始位＋8位數(shù)據(jù)位＋1位停止位，無(wú)奇偶位，無(wú)流控；

    波特率：9600 bps；

    協(xié)議格式：協(xié)議頭為AAH + BBH ； 

    小車(chē)地址：00H-07H，由于本系統(tǒng)只有一臺(tái)小車(chē)，所以小車(chē)地址默認(rèn)為00H。

    功能號(hào)：01H—計(jì)算機(jī)輪訊小車(chē)是否在線；

            02H—小車(chē)應(yīng)答計(jì)算機(jī)的輪訊；

            03H—計(jì)算機(jī)發(fā)送路徑信息；

            04H—小車(chē)應(yīng)答路徑信息，接收成功并請(qǐng)求下條路徑；

            05H—計(jì)算機(jī)要求小車(chē)開(kāi)始運(yùn)行；

            06H—小車(chē)應(yīng)答啟動(dòng)指令，開(kāi)始運(yùn)行 ；

            07H—小車(chē)完成當(dāng)前路徑；

            08H—小車(chē)完成當(dāng)前路徑表內(nèi)所有路徑，到達(dá)永久停車(chē)站

            09H—小車(chē)被人為中斷執(zhí)行路徑，非正常停車(chē)。

    協(xié)議尾： 0DH + 0AH；

    具體格式如下：AAH + BBH  + 小車(chē)地址 + 功能號(hào) + 0DH + 0AH。

    （1）計(jì)算機(jī)輪訊小車(chē)是否在線：

    AAH + BBH  + 00H + 01H + 0DH + 0AH，

    （2）小車(chē)應(yīng)答計(jì)算機(jī)的輪訊：

    AAH + BBH  + 00H + 02H + 0DH + 0AH，

    （3）計(jì)算機(jī)發(fā)送路徑信息：

    AAH + BBH  + 00H + 03H + 路徑編號(hào) + 導(dǎo)引線號(hào) + 小車(chē)速度 + 小車(chē)方向 + 目的地址卡號(hào) + 停車(chē)時(shí)間分 + 停車(chē)時(shí)間秒 + 滾筒閥動(dòng)作 + 0DH + 0AH，

    路徑編號(hào)從 0-27，最大只能輸入28條路徑來(lái)組成完成的路徑表；

    導(dǎo)引線號(hào)從 0-2，一共只有3條導(dǎo)引線，小車(chē)總是在三條線路上不斷切換，實(shí)現(xiàn)各種行走方向；

    小車(chē)速度從 0-4，分別代表一個(gè)速度檔位，0為靜止，4位最高速；

    小車(chē)方向從0-1，0為正向前進(jìn)，1為反向前進(jìn)；

    目的地址卡號(hào)：小車(chē)進(jìn)行路徑切換是通過(guò)讀取地面上的RF射頻卡來(lái)實(shí)現(xiàn)，地址卡號(hào)為射頻卡的編號(hào)。

    停車(chē)時(shí)間分從0-59 代表0分鐘-59分鐘；

    停車(chē)時(shí)間秒從0-59 代表 0秒鐘-59秒鐘；

    兩者結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)停車(chē) 59分59秒，當(dāng)停車(chē)時(shí)間分和停車(chē)時(shí)間秒為 88分88秒，代表小車(chē)永久停車(chē)，當(dāng)前路徑為整個(gè)路徑表的最后一條路徑。

    滾筒閥動(dòng)作00代表不動(dòng)作，01 代表正轉(zhuǎn)，02 代表反轉(zhuǎn)，滾筒閥動(dòng)作只能在小車(chē)臨時(shí)停車(chē)時(shí)才能有效，所謂臨時(shí)停車(chē)就是有時(shí)間限制的停車(chē)。

    （4）小車(chē)應(yīng)答路徑信息，接收成功并請(qǐng)求下條路徑：

    AAH + BBH  + 00H + 04H + 0DH + 0AH

    （5）計(jì)算機(jī)要求小車(chē)開(kāi)始運(yùn)行：

    AAH + BBH  + 00H + 05H + 0DH + 0AH

    （6）小車(chē)應(yīng)答啟動(dòng)指令，開(kāi)始運(yùn)行：

    AAH + BBH  + 00H + 06H + 0DH + 0AH

    （7）小車(chē)完成當(dāng)前路徑：

    AAH + BBH  + 00H + 07H + 0DH + 0AH

    （8）小車(chē)完成當(dāng)前路徑表內(nèi)所有路徑，到達(dá)永久停車(chē)站：

    AAH + BBH  + 00H + 08H + 0DH + 0AH

    （9）小車(chē)被人為中斷執(zhí)行路徑，非正常停車(chē)：

    AAH + BBH  + 00H + 09H + 0DH + 0AH

3 結(jié)束語(yǔ)

    AGV的研發(fā)是一項(xiàng)綜合多學(xué)科、具有多種先進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用項(xiàng)目，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。按照本文所述的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法而研制的AGV滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期的效果，并且已成功地應(yīng)用于多個(gè)現(xiàn)代物流實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中。

其他作者：朱麗霞（1977-），女，常州人，講師，江蘇大學(xué)在讀碩士，主要研究領(lǐng)域?yàn)榍度胧较到y(tǒng)技術(shù)。


參考文獻(xiàn)

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