多用途智能送货机器人控制系统设计

傅忠云，李红霞，朱海霞

（南京航空航天大学金城学院，江苏 南京 211156）

0 引言

快递业的最后一公里物流实现的是按时按需的“门到门”送货服务，是快递配送的最后一个环节。而智能送货机器人通常不需要很强的机动性，也不需要与人进行复杂的沟通，用于在小范围区域，通过程序设定的路线，为用户提供方便的短途物流配送。本文设计的智能送货机器人就是针对“最后一公里”问题，利用智能送货车实现快递最后环节的配送。

1 硬件电路的设计

1.1 智能循迹车部分设计

本系统以STC12C5A60S2为主控芯片，与9 g的塑料齿轮舵机结合构成系统主体硬件部分。循迹模块以TR5000红外光电传感器为循迹传感器，用来检测传感器下方地面上的运行轨道。避障光电传感器采用E18－D80NK红外光电传感器。电机驱动模块采用的是L298N，小车两边各装有一个直流电动机作为小车的动力，可以方便地控制小车的前进、转向、停止［1－3］。

1.2 显示与记录部分设计

单片机选用的是LQFP64封装的STC15W4K48S4。短信GPRS模块采用安信可A6 GPRS模块。显示屏选用的是3.2寸TFT液晶显示屏，其驱动芯片为ILI9341，因为单片机本身速度较慢，所以采用16位数据线，可提高传输速度。触摸控制器采用XPT2046，XPT2046能通过执行两次A/D转换检测出触摸屏幕的位置。SD卡采用一张2 GB的SD卡作为储存卡，采用SPI方式与单片机进行通信，SD卡使用3.3 V供电。由于单片机为5 V的单片机，所以在SD卡的输入信号线上分别串联一个1 K的电阻作为限流电阻，经过实验，单片机与SD卡能够进行正常通信。OV7670图像传感器体积小，功耗低。摄像头采用12 MHz的有源晶振作为时钟。由于摄像头频率高，单片机无法直接采集数据，所以在摄像头与单片机之间加入一片AL422B FIFO芯片做缓冲。无线传输模块包含两个部分，一是74HC57为数据选择器，用来选择输入HC－12中的数据；二是HC－12 433 MHz无线串口通信数传模块［4］。

上位机端也采用HC－12数传模块，通过一个USB转串口芯片CH340G连接到电脑，从而实现智能送货机器人与上位机之间的通信。NEO－6M为定位模块的GPS芯片AT24C32为I2C接口的EEPROM，用来记录GPS的串口波特率、发送的数据内容、发送数据的频率等设置信息，可以在重新上电后直接执行之前的设置。

2 软件的设计

2.1 上位机软件设计

智能送货机器人利用LabVIEW上位机软件实现了送货、读取送货记录、读取记录的照片，同时也能在地图上显示智能送货机器人的位置，而且具有显示经纬度、时间及送货状态等功能。

上位机对送货车的控制通过串口来实现，可实现读取记录、读取照片、送货3个功能，主要利用VISA串口函数来完成相关的数据传输。读取照片程序又分为3部分，分别是数据读取、数据转换、颜色合成。地图程序用于将接收到的GPS数据显示在地图上，分为数据读取、数据分离、数据处理、调用地图4个程序。送货状态检测程序用于显示目前所在的地址，并且能够显示智能送货机器人前方遇见障碍物或者货箱门被意外打开时的状态。

2.2 下位机软件设计

电机驱动部分采用PWM控制小车左右两个轮子的转速，以达到控制小车直行、转向、停止的目的［5－6］。

循迹程序通过5个红外光电传感器检测到信号，再通过改变左右两边小车车轮驱动的占空比控制小轮转速，从而达到循迹的目的。避障部分利用红外光电传感器实现，如果检测到避障红外光电传感器输出高电平，则说明前方没有障碍物，可以继续运行；如果检测到传感器输出低电平，则说明前方有障碍物，循迹车停车并使用LED和蜂鸣器发出声光报警，提示前方有障碍物，等到障碍物移除后，循迹车又开始继续运行。货箱门检测也是用一个红外光电传感器来实现，当货箱门关上的时候，门能够反射回红外光电传感器发出的红外光到红外接收管，红外光电传感器输出低电平；当红外光电传感器的红外接收管接收不到红外光时，说明货箱门已经打开，红外光电传感器输出高电平。经实验，能够让舵机把货箱门锁上的高电平数值为5，即高电平时间0.2 ms×5＝1 ms。货箱门解锁的高电平数值为7，即高电平时间为0.2 ms×7＝1.4 ms。货箱门是在送货时和返回时上锁，在到达指定地址但是还没有输入正确密码时也是上锁的，货箱门在起点时和输入正确密码后是解锁状态。

短信模块通过单片机发送的AT命令进行控制，短信模块采用A6模块，用于在送货车到达指定地址后向收货人手机发送货箱密码，通知收件人来取货。触摸部分采用XPT2046，该芯片为12位A/D转换器，通过SPI与单片机通信。无线传输模块使用HC－12数传模块，内部参数已经提前设定好，使用时只需要向该模块用串口发送相应数据即可。GPS模块使用的是UBLOX 6M GPS，事先已经通过上位机软件u-center进行了相关参数设定，并保存在EEPROM中，上电后会自动执行设置的参数，串口波特率为了方便通过HC－12传输设置为57 600，每5 s发送一次定位信息。无线传输与GPS模块软件流程如图1所示。

图1 无线传输与GPS模块软件流程

3 功能实现

在LabVIEW前面板首页点击送货功能后，进入送货页面，输入收件人手机、货箱密码以及地址。选择好串口号后，在右上方的送货信息处填写收件人手机号、密码、地址，点击开始送货。如果在运行中出现问题，需要停止上位机程序时，可以点击串口号选择右边的停止按钮，此时上位机停止运行，并且“运行状态”变为红色并显示已停止，表示上位机已经被停止运行。在上位机运行状态为“等待操作”，并且循迹车在起始地点待命时，可以执行照片记录命令。

在读取照片左边的“序号”输入框输入想要读取第几张照片，输入0表示读取最后一张记录的照片，读取的序号应该根据左边的记录表格中的记录来填写，如果填写的序号大于已有记录的照片数量，将接收不到照片。最终LabVIEW前面板显示效果如图2所示。

图2 LabVIEW前面板最终显示效果

4 结语

智能送货机器人采用智能化模块与LabVIEW上位机软件相结合的方式，兼顾了读取记录、读取照片、进行送货和送货状态监测的功能，具有较好的用户体验，可以单独使用，也可通过上位机控制。系统控制简单、适用性强、成本低、交互性强，但仍存在一些不足，有待提高和完善。未来，智能送货将为用户带来更多的便捷。