摘要

摘要：文中设计了一套应用于物联网的轻量级AGV小车的系统,主控使用STM32F103单片机,结合NFC芯片实现循迹以及路径定位的功能,并将信息由SIM7600LTE芯片通过MQTT协议传递到服务器。同时设计了移动端APP,实现轻量级的AGV实时监控与调度管理系统。相对于传统的MES系统,所提系统使用模块化的设计理念,具有更友好的UI界面和更灵活的功能。

0 引 言

随着物流系统迅速发展，AGV（Automated Guided Vehicle）应用领域也在不断扩展。AGV是一种自动导引车，一般都是在工厂车间内使用，需要搭配特定的制造企业生产过程执行管理系统（Manufacture Execute System，MES）[1]。这套系统一般由专业公司针对大企业用户成套销售，对于普通用户成本过于昂贵，定制难度大，实用性不高。

本文的目的是研究轻量级的AGV小车系统，使其能适用于更多的场景。为了在更多的场景下对AGV的调度，使用模块化的设计理念，设计了一个服务端程序用于与下位机进行数据交互处理的架构，同时设计移动端 APP 用于用户交互。

1 系统整体设计

设计的 AGV 物流小车整体系统框图如图 1 所示。

图 1 系统整体设计框图

相较于传统的AGV小车系统，本设计出发点在于如何改善相对于复杂与高成本的 AGV 系统的灵活性，扩大使用范围。
AGV小车系统主要分为三部分 ：小车端，服务器端和用户端。初次开启小车端时，会进入自检然后上报车辆信息到服务器端，通过LTE使用MQTT协议进行传输，服务器端接收然后更新vehicle数据库，车辆和地图信息再通过APP发送给用户，小车在起点等候接收服务器信息反馈，然后开始工作。
当小车扫码检测到包裹条码时，上报位置标签信息和包裹信息，服务器端接收到后比对查询数据库，并计算返回最优路径信息到小车端。小车接收到信息后进行下一步动作，服务器同步更新信息后反馈给用户端。用户端可以随时通过APP查询小车状态，对小车进行控制操作，形成闭环监控。

2 硬件路设计

2.1 硬件电路总体设计

图 2 为 AGV 小车系统的硬件系统框架。AGV 小车主控使用的是ST公司Cortex-M3内核的STM32F103ZET6，该芯片主频72 MHz，有多个UART。系统通过主控实现红外循迹和数据处理，通过串口，SPI等接口实现对NFC标签的识别定位，并实时通过LTE通信技术与服务器进行信息交互。

图 2 硬件系统框图

2.2 NFC定位与交互

在实际的环境中，货架多数是采用栅格的形式来规划放置，因此只需在合适的路径点上放上NFC芯片，就可以依靠NFC芯片实现准确的定位功能。
AGV小车的定位识别使用的技术是近场通信（Near Field Communication，NFC）[2]。NFC的识别过程不需要人为干预而且抗干扰能力强，可用于各种恶劣环境，适用于更多的场景。NFC比RFID更具有灵活性强的特点，操作方便只需要相应地点放置标签，NFC同时支持读写模式，卡模式，点对点（P2P）模式，可以控制AGV对标签进行读写操作。其也可在两台AGV小车之间进行通信，大大提升了各AGV之间的交互。用于定位的标签因为是无源的所以不需要额外的电源，使得功耗和维护成本大大降低，具有高的可移植性[3-4]。

RFID定位标签数据主要是当前标签的相对坐标位置信息，该坐标可以根据不同情况使用需求进行设置。综合考虑需求，本文选用NXP公司的PN532芯片。PN532是一个高度集成的非接触读写芯片，它包含80C51微控制器内核，集成了13.56MHz下的各种主动/被动式非接触通信方法和协议（串行UART，I2C，SPI）。经使用测试，在速度和精度上能满足要求。

2.3LTE通信

为了提高AGV系统移植灵活性，使AGV的实用场景不止局限于传统的车间工厂，因此对传输通信的灵活性要求很高，但是常规的AGV使用时候需要自己组网，组建和维护成本大大提升，可移植性不高，所以这里选用的通信技术是LTE（Long Term Evolution）。因为基站由移动运营商进行维护与建设，大大降低了使用与维护成本，可移植性得到了大大提高。截至2019年5月，中国建成了437万个4G基站，已经可以满足一般的使用场景的覆盖使用，而且相较于传统的GSM和WCDMA，它的传输速率更高。
AGV小车与服务器之间通信时使用MQTT协议。车辆发送给服务器时发送内容普通帧分为四部分：第一部分为车辆ID信息，一般为固定值，用户也可自行修改；第二部分为途径点识别的标签ID信息；第三部分为当前车辆运输的包裹信息，由起始时扫描二维码或抵达终点更新；第四部分为AGV当前动作，将当前车辆情况信息打包发送至服务器，然后服务器将会根据算法计算反馈回AGV小车下一个行动。