基于STM32的磁导式AGV设计

本文从实际应用以及价格角度考虑出发，研制一款性价比高的AGV小车。从成本方面出发，选用以磁条为引导介质的磁导航系统。为了提高导航系统的定位精度和灵活性，我们在磁导航系统的基础上增加了RFID卡。从技术层面考虑，引进无线射频技术，既能实现小车能够在分叉路径行驶，而且能提高其站点停位精准度。在无线射频技术中，多张RFID卡的同时使用，可以实现AGV多路线行驶。在导航系统的避障功能设计部分，由超声波与红外传感器配合使用，来降低只使用超声波的避障盲区。AGV核心控制芯片选择高性价比的STM32，该芯片的性能能满足AGV的设计需要。

1 课题的研究意义

近年来，工厂物流自动化技术及自动化设备集成制造系统技术日渐成熟、工厂生产的自动化设备也快速发展起来，并且随着工厂立体仓库、柔性生产系统的普遍应用，AGV作为联系及调度分散型物流系统，保证其工作连续性的必要工具，对他的研究含有重要的意义。现在AGV从其性能和价格相比较而言，国内生产的性能低，价格也低，而更多的高端产品较多的依赖于进口。由于进口的AGV价格很昂贵，导致了我国现有的小型以及私有企业没有能力去承担其昂贵的价格，这就限制了导航系统的发展以及AGV在企业的发展。

本文从实际应用以及价格角度考虑出发，并结合某电子企业生产线物料搬运技术改进项目，设计出基于STM32的磁导式AGV控制系统。

2 系统方案设计

本课题的核心控制系统是STM32F103RDT6单片机，其功能是收集和处理由传感器检测到的信号，并发送信号到AGV小车的电机，控制其移动，停止，提升、下降或转向。

本文的系统总体设计框图如图1所示。

图1 系统总体设计框图• 148 •

惠州市技师学院 刘 娟

惠州市金山电子有限公司 李晓贤

系统外部信号由3部分得到：路线跟踪模块、避障模块和RFID路线站点检测模块。

导航路径跟踪模块是通过霍尔传感器检测磁条路线来收集信号，STM32F103RDT6单片机处理传感器收集的高低电平变化信号，通过控制电机驱动模块控制小车的移动状态和移动方向。

导航避障模块传感器的探测方向应为小车行进的正方向，检测到前方预设距离中出现目标时，STM32F103RDT6单片机通过控制电机驱动模块，控制小车停止行走并驱动声光报警电路，小车报警灯亮起，蜂鸣器鸣叫，以提示工人把障碍物移走，待前方障碍物移走后，小车再重启，向前行走。

导航路径站点检测模块中传感器读取预先铺设好的RFID卡的数据并通过RS485传送回STM32F103RDT6单片机，STM-32F103RDT6单片机通过传送回来的数据，对AGV小车进行顶升、放下物料，加速减速，站点停靠，分叉路线选择等功能操作。

7寸Wince平板通过RS232接口与STM32F103RDT6单片机连接。其主要实现平板电脑对单片机进行命令控制调试，即在平板电脑上编辑取放物料信息、站点信息、转弯信息、加减速信息等运行路线信息，平板电脑可以存储多条路径，需要运行的路径信息通过RS232传送的单片机上，单片机就会按照路径信息运行路线。

按键开关直接通讯单片机，控制小车完成前进、后退、急停动

作。

3 系统硬件电路设计

3.1 单片机最小系统

STM32F103RDT6单片机是整个控制系统的核心，STM-32F103RDT6单片机在小车运行时持续采集传感器数据并将数据运算处理，从而控制小车运行方式，如小车前进、后退、转弯及停止等，涉及的传感器有超声波传感器、霍尔传感器、红外传感器、RFID传感器。

3.2 导航路径跟踪模块设计

本设计的AGV小车可以双向行驶，共使用14个高灵敏度线性霍尔磁传感器来检测运行道路上的磁条信号，单片机接收霍尔传感器的信号并处理，之后通过小车电机来控制小车运行。以此实现路径跟踪。霍尔传感器典型电路如图2所示。

图2 霍尔传感器工作电路

ELECTRONICS WORLD・技术交流随着小车的不断行驶，在遇到转弯处或发生轨迹偏移时，其接口电平会发生变化，其运动方式也因由程序控制而不断改变。3.3 导航路径站点检测模块设计

本课题设计中我们选用RFID标签作为工位站点、分叉左转、分叉右转、加速、减速、停止等功能的识别标志。站点识别方案采用RFID标签+RFID传感器的方式。

本课题根据需要选用的RFID传感器是北京芯拓科技生产的CCF-RFID-13M型号。在使用RFID读卡器时需要对RFID读卡器进行RS485地址设置，本设计RS485的地址为0X01，本设计使用它的默认波特率：9600bps。

本设计中我们使用了读取RFID数据。RFID卡数据如表1所示。

表1 RFID卡数据

AGV小车执行的RFID卡数据RFID卡数据AGV小车执行的动作

动作0X01往前直走0X06往后左转弯0X02往前左转弯0X07往后右转弯0X03往前右转弯OXO8往后高速直走

0X04往前高速直走0X19停止

0X05

往后直走

其它站点数据

工作站点RFID卡数据

3.4 避障模块设计

本文避障检测模块使用红外传感器及超声波传感器实现避障模块功能。避障模块采用前后各3个红外避障传感器和两个超声波传感器，安装于小车正前方及正后方，可以检测运行正方向前方是否有障碍物。当相对应传感器检测到预设范围内有目标时，单片机检测到信号后进行信号处理，随之输出信号控制小车电机动作。3.4.1 红外传感器选择及设计

本文红外避障传感器模块选用的是北京亿学通电子公司推出的E18-D80NK型。它的检测范围大概为3~80cm。对预计检测距离的设置只需简单地旋转其后部的调节旋钮就可以了。

当E18-D80NK的预设检测距离内有物体时，其输出低电平；其余情况其输出高电平。根据上表可知传感器输出端口是黄线。于是我们将黄线连结至单片机PB口。这样就能使传感器与单片机建立起基本的信号传输通道了。E18-D80NK工作电路如图3所示。

图3 E18-D80NK工作电路

3.4.2 超声波传感器选择及设计

超声波测距避障模块和我们汽车上使用的倒车雷达一样，开机自动探测障碍物；超声波测距避障模块特点：受环境影响小，在环境恶劣如黑夜雨天时有明显优势；探头选用嵌入式安装方式，安装便捷，感应器小巧；多种通信模式RS485(可设RS232)/NPN OC 门

输出；其中使用IO输出时可以通过拨码开关设置感应距离，四路探头报警输出距离可自由设置，每路有四种报警范围任意设置，工作电压宽，工作电压10~40V；检测距离可达2.5M，但是其存在这一定的盲区，当小于10CM时，它可能检测不到，所以需要通过三路红外传感器作为一个补充，用于在盲区的检测。每路探头均有报警指示灯提示，方便安装调试。3.5 系统通讯电路设计

1)STM32与WINCE平板通讯电路

在本系统通信功能中，STM32与WINCE平板连接是通过RS-232通讯的，电路中，MAX232是电平转换芯片，MAX232是由TI（德州仪器）公司推出的兼容RS232标准的芯片，是电荷泵芯片，可以完成两路TTL/RS-232电平的转换，它的9、10、11、12引脚是TTL电平端，用来连接单片机的。

2)STM32与RFID、电机驱动器通讯电路

在本系统通信功能中，STM32与RFID读卡器、电机驱动器连接都是通过RS-485通讯的，因此电路设计上通信接口电路采用RS-485总线接口电路。

4 系统软件电路设计

主程序由小车驱动子程序与循环子程序组成。主程序经过系统初始化，等上位机把路径信息传送到STM32，之后才能通过检测按键状态来选择判断模式，最后控制小车。主程序流程图如图4所示。图4 主程序流程图

5 总结

本文设计的基于STM32的磁导式AGV小车，经过性能测试，该AGV小车的导航性能好，而且该系统简易，安装简单，使用方便，价格低于同类产品，应用领域广泛，具有很好的市场前景。

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