CN104125284A - 基于物联网的agv车载控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于物联网的AGV车载控制器。本发明中基于物联网的车载控制器使用车载24V电源，利用车载P1接口供电，通过车载电源接口模块实现稳压减压供电，STM32W108处理器模块与无线通信模块实现数据通信，然后利用LED1和LED2显示模块进行显示系统状态，LED1为系统工作状态，LED2为电源状态，如果电能不足LED2就会变化。P6提供USB接口和STM32W108处理器编程接口，利用数据线连接USB和车载控制器可以对STM32W108处理器在线编程。本发明采用了物联网技术的无线Zigbee，每辆自动导引车是一个Zigbee网络中的路由节点，可以进行数据通信、参数设置和数据转发。

Description

基于物联网的AGV车载控制器
技术领域
本发明属于物联网无线控制技术领域，具体涉及一种是基于无线网络的用于自动导引车的控制装置。
背景技术
随着工厂自动化、计算机集成制造系统技术的逐步发展以及柔性制造系统、自动化立体仓库的广泛应用，AGV(Automated Guided Vehicle)即自动导引车作为联系和调节离散型物流系统以使其作业连续化的必要的自动化搬运装卸手段，其应用范围和技术水平得到了迅猛的发展。AGV是以微控制器为控制核心、物联网技术为支持、蓄电池为动力、装有非接触导引装置的无人驾驶自动导引运载车，其自动作业的基本功能是导向行驶、认址停准和移交载荷。作为当代物流处理自动化的有效手段和柔性制造系统的关键设备，AGV已经得到了越来越广泛的应用。 
目前AGV的导引方式可分为两大类：车外固定路径导引方式和自由路径导引方式。车外固定路径导引方式指在行驶的路径上设置导引用的信息媒介物，AGV通过检测出它的信息来得到导引，如电磁导引、光学导引、磁带导引等；自由路径导引方式是AGV上储存着系统布局上的尺寸坐标，通过识别车体当前方位，自主地决定行驶路径，这类导引方式也称为车上软件—编程路径方式。其中车外固定路径导引方式为常用方式。
AGV系统应用中主要有设备有四种，分别是车载控制器、站点呼叫器、集中协调器和信息显示器。AGV的控制指令一般是由站点呼叫器提出，经集中协调器发出，AGV的状态也通过通信系统送回集中协调器，通信系统有两种：连续方式和分散方式。连续通信系统允许AGV在任何时候和相对地面控制器的任何位置使用射频方法或使用在导引路径内的通信电缆收发信息。如采用无线电、红外激光的通信方法。分散式系统只是在预定的地点如AGV呼叫站点、车载控制器、信息显示器等，在特定的AGV设备与集中协调器之间提供通信。一般来说，这种通信是通过无线网络技术的方法来实现的，分散式通信方式的优点是价格较便宜、通信可靠稳定。
AGV系统中车载控制器的主要功能是安装在自动导引车辆上车辆控制器，车载控制器的作用主要是控制车辆按规定的路由表行驶，当工位上需要材料运入或有做好的货物需要运出时，操作人员可以通过按站点呼叫器的按键，利用Zigbee无线网络将按键的需求传输到集中协调器，集中协调器根据当时车库中车的情况，派送一种工位的站点呼叫器要求的车类型，优化路径，规定目的站点和沿路各道口的行为，并将这些信息通过Zigbee无线网络发给站点呼叫器、车载控制器和信息显示器等AGV其他设备，集中协调器将路径需要的站点行为告诉自动导引车的车载控制器，在整个车辆自动行驶过程中车载控制器实时上报车辆状态和简单的故障处理，同时保证数据可靠传输和集中协调器的命令正确执行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于自动导引车辆系统中的核心控制器之一车载控制器。车载控制器采用Zigbee无线通信、行走控制、故障报警、状态显示、命令发送等功能，这种车载控制器利用车载物联网技术实现自动导引车辆、集中协调器和信息显示器之间的信息传输。
本发明涉及的基于物联网的车载控制器包括车载电源接口模块、STM32W108处理器模块、无线处理模块、LED显示模块、RS485通信模块和程序下载接口模块。
所述的车载电源接口采用通用的6芯航空接头连接，将车载24V直流电源转换成VDD33接口电压对整体系统进行供电，包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一电阻R1、第一电阻R2、第一二极管D1、第一电感L1。二极管D1的阴极接电压转换芯片IC665的第8引脚（PH）和第三电容C3的一端，电压转换芯片IC665的第1引脚（BOOT）与第三电容C3的一端相连。第一电容C1、第二电容C2和第四电容C4的一端接地，另一端与电压转换芯片IC665的第7引脚（VIN）相连。电压转换芯片IC1的第6引脚接地，电压转换芯片IC665的第4引脚与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端接地。第一电感L1的一端与电压转换芯片IC665的第8引脚（PH）相连，另一端连接第五电容C5、第六电容C6和第一电阻R1的一端。第一电阻R1的另一端与电压转换芯片IC665的第4引脚（BOOT）相连。第五电容C5和第六电容C6的另一端接地。
所述的STM32W108处理器和无线处理模块包括处理器芯片IC32、天线ANT_SMT；处理器芯片IC32的第1、2引脚接VDD33电压V3.3，处理器芯片IC32的第30、31、32引脚接地，处理器芯片IC32的第37引脚接天线ANT_SMT。
所述的RS485通信模块包括芯片IC348、4芯插座P1。芯片IC348的第8引脚接VDD33电压V3.3，第5引脚接地。芯片IC348的第1引脚UART_RXD接处理器芯片IC32的第19引脚，芯片IC348的第4引脚UART_TXD接处理器芯片IC2的第20引脚，芯片IC348的第2、3引脚接处理器芯片IC32的第12引脚，第十三电阻R13连接芯片IC348的第8引脚，另一端接芯片IC348的第6引脚，第十五电阻R15的一端连接芯片IC348的第7引脚，另一端接地；第十四电阻R14的两端分别连接芯片IC348的第6、7引脚。芯片IC348的第6引脚连接P1的第3脚，芯片IC348的第7引脚连接P1的第4脚。
所述的LED显示模块包括两个LED1、LED2、第十一电阻R11、第十二电阻R12。第十一电阻R12的一端连接地，另一端LED2的阴极。LED2的阳极连接输入电源VCC_24V。第十二电阻R11的一端连接VDD33电压V3.3，另一端连接LED1的阳极，LED1的阴极连接处理器芯片IC32的第11引脚（PA1）。
所述的程序下载接口模块包括芯片IC232、第一个三极管VT1、第二个三极管VT2、第六电阻R6、第九电阻R9、第十电阻R10、第七电阻R7、第八电阻R8、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、4芯插座P6。第十电阻R10的一端接芯片IC232的第23脚，第十电阻R10的另一端接第二个三极管VT2的基极，第九电阻R9的一端接芯片IC232的第13脚，第九电阻R9的另一端接第一个三极管VT1的基极，第六电阻R6的一端接VDD33电压3.3V，第六电阻R6的另一端接第一个三极管VT1的集电极和芯片IC32的第7引脚，第一个三极管VT1的发射极接地，第二个三极管VT2的集电极接芯片IC32的第15引脚，第二个三极管VT2的发射极接地，第七电阻R7的一端接VDD33电压3.3V，第七电阻R7的另一端接芯片IC232的第1引脚和芯片IC32的第18引脚，第八电阻R8的一端接VDD33电压3.3V，第八电阻R8的另一端接芯片IC232的第5引脚和芯片IC32的第19引脚，第十七电容C17的一端接地，第十七电容C17的另一端接芯片IC232的第1引脚，第十八电容C18的一端接地，第十八电容C18的另一端接芯片IC232的第5引脚，第十九电容C19的一端接地，第十九电容C19的另一端接芯片IC232的第17引脚，芯片IC232的第26、7、18、21、25接地，芯片IC232的第17脚输出VDD33电压3.3V，芯片IC232的第16脚连接P6的第3脚，芯片IC232的第15脚连接P6的第2脚，芯片IC232的第20脚连接P6的第1脚，芯片IC232的其他引脚都为悬空。
与背景技术相比，本发明采用了物联网技术的无线Zigbee通信设计方案，每辆自动导引车是一个Zigbee网络中的路由节点，可以进行数据通信、参数设置和数据转发等功能，利用Zigbee的安全特性将自动导引车辆组成一个安全、专用网络，实时管理、上报自动导引车辆的信息，单节点可以传输距离可达500米，传输数据速度可达250KBPS，上层协议数据报文传输速度可达100f/ms，完全满足工厂自动导引车辆的车载器要求。
附图说明
图1为本发明的整体电路结构示意图；
图2为图1中的车载电源接口模块示意图；
图3为图1中的RS485通信模块示意图；
图4为图1中的RS485接口模块示意图；
图5为图1中的LED显示模块示意图；
图6为图1中的STM32W108处理器模块示意图；
图7为图1中的程序下载接口模块示意图；
图8为图1中的程序下载接口电平转换电路示意图；
图9为本发明的软件流程图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种适用于AGV系统中自动导引车的车载控制器，当自动导引车处于行走情况下，如果车碰到十字路口或三叉路口时，车辆需要知道前进的行为，提供车辆行走的路由表。本发明采用了物联网技术的无线Zigbee通信设计方案，每辆自动导引车是一个Zigbee网络中的路由节点，可以进行数据通信、参数设置和数据转发等功能，利用Zigbee的安全特性将自动导引车辆组成一个安全、专用网络，实时管理、上报自动导引车辆的信息，单节点可以传输距离可达500米，传输数据速度可达250KBPS，上层协议数据报文传输速度可达100f/ms，下行协议数据传输速度可达50f/ms，具有命令重发机制，车载控制器可以保证可测本车与命令的正确执行。
如图1所示，本发明涉及的基于物联网的车载控制器包括车载电源接口模块3、STM32W108处理器模块1、无线处理模块5、LED显示模块4、RS485通信模块6和程序下载接口模块2。基于物联网的车载控制器使用车载24V电源，利用车载P1接口供电，通过车载电源接口模块实现稳压减压供电，STM32W108处理器模块与无线通信模块实现数据通信，然后利用LED1和LED2显示模块进行显示系统状态，LED1为系统工作状态，LED2为电源状态，如果电能不足LED2就会变化。P6提供USB接口和STM32W108处理器编程接口，利用数据线连接USB和车载控制器可以对STM32W108处理器在线编程。
如图2所示，本发明所述的车载电源接口采用通用的6芯航空接头连接，将车载24V直流电源转换成VDD33接口电压对整体系统进行供电，包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一电阻R1、第一电阻R2、第一二极管D1、第一电感L1。二极管D1的阴极接电压转换芯片IC665的第8引脚（PH）和第三电容C3的一端，电压转换芯片IC665的第1引脚（BOOT）与第三电容C3的另一端相连。第一电容C1、第二电容C2和第四电容C4的一端接地，另一端与电压转换芯片IC665的第7引脚（VIN）相连。电压转换芯片IC1的第6引脚接地，电压转换芯片IC665的第4引脚与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端接地。第一电感L1的一端与电压转换芯片IC665的第8引脚（PH）相连，另一端连接第五电容C5、第六电容C6和第一电阻R1的一端。第一电阻R1的另一端与电压转换芯片IC665的第4引脚（BOOT）相连。第五电容C5和第六电容C6的另一端接地。
如图6所示，本发明所述的STM32W108处理器和无线处理模块包括处理器芯片IC32、天线ANT_SMT。处理器芯片IC32的第1、2引脚接VDD33电压V3.3，处理器芯片IC32的第30、31、32引脚接地。处理器芯片IC32的第7引脚接/RESET，处理器芯片IC32的第15引脚接BOOT，/RESET和BOOT通过程序下载接口模块的CBUS2、CBUS0和VT1、VT2相连。处理器芯片IC32的11引脚接LED1的阴极；处理器芯片IC32的18、19引脚分别接芯片IC232的TXD、RXD的两个引脚；处理器芯片IC32的37引脚接天线ANT_SMT，处理器芯片IC32的其他引脚悬空。
如图3、4所示，本发明所述的RS485通信模块包括芯片IC348、4芯插座P1。芯片IC348的第8引脚接VDD33电压V3.3，第5引脚接地。芯片IC348的第1引脚UART_RXD接处理器芯片IC32的第19引脚，芯片IC348的第4引脚UART_TXD接处理器芯片IC2的第20引脚，芯片IC348的第2、3引脚接处理器芯片IC32的第12引脚，第十三电阻R13连接芯片IC348的第8引脚，另一端接芯片IC348的第6引脚，第十五电阻R15的一端连接芯片IC348的第7引脚，另一端接地；第十四电阻R14的两端分别连接芯片IC348的第6、7引脚。芯片IC348的第6引脚连接P1的第3脚，芯片IC348的第7引脚连接P1的第4脚。
如图5所示，本发明所述的LED显示模块包括两个LED1、LED2、第十一电阻R11、第十二电阻R12。第十一电阻R12的一端连接地，另一端LED2的阴极。LED2的阳极连接输入电源VCC_24V。第十二电阻R11的一端连接VDD33电压V3.3，另一端连接处理器芯片IC32的第11引脚（PA1）。
如图7、8所示，本发明所述的程序下载接口模块包括芯片IC232、第一个三极管VT1、第二个三极管VT2、第六电阻R6、第九电阻R9、第十电阻R10、第七电阻R7、第八电阻R8、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、4芯插座P6。第十电阻R10的一端接芯片IC232的第23脚，第十电阻R10的另一端接第二个三极管VT2的基极，第九电阻R9的一端接芯片IC232的第13脚，第九电阻R9的另一端接第一个三极管VT1的基极，第六电阻R6的一端接VDD33电压3.3V，第六电阻R6的另一端接第一个三极管VT1的集电极和芯片IC32的第7引脚，第一个三极管VT1的发射极接地，第二个三极管VT2的集电极一端接芯片IC32的第15引脚，第二个三极管VT2的发射极接地，第七电阻R7的一端接VDD33电压3.3V，第七电阻R7的另一端接芯片IC232的第1引脚和芯片IC32的第18引脚，第八电阻R8的一端接VDD33电压3.3V，第八电阻R8的另一端接芯片IC232的第5引脚和芯片IC32的第19引脚，第十七电容C17的一端接地，第十七电容C17的另一端接芯片IC232的第1引脚，第十八电容C18的一端接地，第十八电容C18的另一端接芯片IC232的第5引脚，第十九电容C19的一端接地，第十九电容C19的另一端接芯片IC232的第17引脚，芯片IC232的第26、7、18、21、25接地，芯片IC232的第17脚输出VDD33电压3.3V，芯片IC232的第16脚连接P6的第3脚，芯片IC232的第15脚连接P6的第2脚，芯片IC232的第20脚连接P6的第1脚，芯片IC232的其他引脚都为悬空 。
本发明所采用的电压转换芯片IC665、处理器芯片IC32、芯片IC232、芯片IC348均采用成熟产品，电压转换芯片IC665采用TI公司的TPS5430，处理器芯片IC32采用ST公司的STM32W108，芯片IC348采用MAX公司的MAX3485CSA。P1的485接口、P6的USB接口接插件都采用成熟的接插件，芯片IC323采用FTDI公司的FT232R，三极管VT1、VT2采用较为常用的2N3904，二极管D1选用1N5408。
本发明的软件流程如图9所示，每个车载控制器都具有唯一的ID值，通过Zigbee无线网络建立通信，可以快速获取自动导引车的信息状态，根据车辆上报的状态管理中心能发送命令给自动导引车；自动导引车沿磁带导引行驶，当碰到十字路口时，车辆按上位机给定的路由表信息执行动作，并将变化的状态实时报给协调器。由于采用了车载物联网的通信协议，所以能够实现本车、协调器与多辆邻居车辆之间的多点通信，也可以采用广播的形式给所有车辆发布通知，为了保证所有命令得到正确执行，上、下层协议设计了可靠性传输的机制。

Claims (1)

1. 基于物联网的AGV车载控制器，包括车载电源接口模块、STM32W108处理器模块、无线处理模块、LED显示模块、RS485通信模块和程序下载接口模块，其特征在于：
所述的STM32W108处理器和无线处理模块包括处理器芯片IC32、天线ANT_SMT；处理器芯片IC32的第1、2引脚接VDD33电压V3.3，处理器芯片IC32的第30、31、32引脚接地，处理器芯片IC32的第37引脚接天线ANT_SMT；
所述的车载电源接口采用通用的6芯航空接头连接，将车载24V直流电源转换成VDD33接口电压对整体系统进行供电，包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一电阻R1、第一电阻R2、第一二极管D1、第一电感L1；二极管D1的阴极接电压转换芯片IC665的第8引脚和第三电容C3的一端，电压转换芯片IC665的第1引脚与第三电容C3的另一端相连；第一电容C1、第二电容C2和第四电容C4的一端接地，另一端与电压转换芯片IC665的第7引脚相连；电压转换芯片IC1的第6引脚接地，电压转换芯片IC665的第4引脚与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端接地；第一电感L1的一端与电压转换芯片IC665的第8引脚相连，另一端连接第五电容C5、第六电容C6和第一电阻R1的一端；第一电阻R1的另一端与电压转换芯片IC665的第4引脚相连；第五电容C5和第六电容C6的另一端接地；
所述的RS485通信模块包括芯片IC348、4芯插座P1；芯片IC348的第8引脚接VDD33电压V3.3，第5引脚接地；芯片IC348的第1引脚UART_RXD接处理器芯片IC32的第19引脚，芯片IC348的第4引脚UART_TXD接处理器芯片IC2的第20引脚，芯片IC348的第2、3引脚接处理器芯片IC32的第12引脚，第十三电阻R13连接芯片IC348的第8引脚，另一端接芯片IC348的第6引脚，第十五电阻R15一端连接芯片IC348的第7引脚，另一端接地；第十四电阻R14的两端分别连接芯片IC348的第6、7引脚；芯片IC348的第6引脚连接插座P1的第3脚，芯片IC348的第7引脚连接插座P1的第4脚；
所述的LED显示模块包括两个LED1、LED2、第十一电阻R11、第十二电阻R12；第十一电阻R12的一端连接地，另一端接LED2的阴极；LED2的阳极连接输入电源VCC_24V；第十二电阻R11的一端连接VDD33电压V3.3，另一端连接LED1的阳极，LED1的阴极连接处理器芯片IC32的第11引脚；
所述的程序下载接口模块包括芯片IC232、第一个三极管VT1、第二个三极管VT2、第六电阻R6、第九电阻R9、第十电阻R10、第七电阻R7、第八电阻R8、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、4芯插座P6；第十电阻R10的一端接芯片IC232的第23脚，第十电阻R10的另一端接第二个三极管VT2的基极，第九电阻R9的一端接芯片IC232的第13脚，第九电阻R9的另一端接第一个三极管VT1的基极，第六电阻R6的一端接VDD33电压3.3V，第六电阻R6的另一端接第一个三极管VT1的集电极和芯片IC32的第7引脚，第一个三极管VT1的发射极接地，第二个三极管VT2的集电极接芯片IC32的第15引脚，第二个三极管VT2的发射极接地，第七电阻R7的一端接VDD33电压3.3V，第七电阻R7的另一端接芯片IC232的第1引脚和芯片IC32的第18引脚，第八电阻R8的一端接VDD33电压3.3V，第八电阻R8的另一端接芯片IC232的第5引脚和芯片IC32的第19引脚，第十七电容C17的一端接地，第十七电容C17的另一端接芯片IC232的第1引脚，第十八电容C18的一端接地，第十八电容C18的另一端接芯片IC232的第5引脚，第十九电容C19的一端接地，第十九电容C19的另一端接芯片IC232的第17引脚，芯片IC232的第26、7、18、21、25接地，芯片IC232的第17脚输出VDD33电压3.3V，芯片IC232的第16脚连接插座P6的第3脚，芯片IC232的第15脚连接插座P6的第2脚，芯片IC232的第20脚连接插座P6的第1脚，芯片IC232的其他引脚都为悬空；
所述的电压转换芯片IC665采用TI公司的TPS5430，处理器芯片IC32采用ST公司的STM32W108，芯片IC348采用MAX公司的MAX3485CSA，芯片IC323采用FTDI公司的FT232R。
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