RFID定位技術在自動引導小車（AGV）中的應用

熊超 唐偉 許兆榮 蔣一琦

南京工程學院工程實驗與訓練中心，江蘇 南京 211167

RFID定位技術在自動引導小車（AGV）中的應用

熊超 唐偉 許兆榮 蔣一琦

南京工程學院工程實驗與訓練中心，江蘇 南京 211167

AGV小車指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車。作為一種無人駕駛工業搬運車輛，高速高效、準確定位對于AGV小車運輸系統十分重要。RFID具有非接觸、非視距等優點。利用RFID控制AGV小車定位，相對于其他定位方式（慣性定位、超聲波定位）不僅結構簡單，成本低，而且更容易實現，能準確定位。

AGV小車；RFID；定位

引言

自動化、信息化、智能化已經成為時代發展的需求，進入21世紀以來，無限技術、計算機技術繼續不斷深入發展，物聯網行業蒸蒸日上。RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。本文主要介紹利用AGV小車上讀取的標簽的不同，確定AGV小車所在區域，實現自身定位停車。

AGV小車一般作用于室內，且為無軌運輸系統。AGV小車系統相對于有軌系統主要解決的問題是運輸平臺的定位問題。目前AGV小車系統定位技術主要有超聲波技術、Wi-Fi技術、RFID等。

超聲波定位技術定位精度較高，結構也比較簡單，但超聲波受多徑效應和非視距傳播影響很大，同時底層硬件設施投資成本也很高。

Wi-Fi定位也是當前較為流行的一種定位技術，由于收發器功率較小，只能覆蓋半徑90米以內的區域，而且受其他信號的干擾較大，從而影響其精度，所以只適用小范圍內的室內定位，定位能耗也比較高。而且使用者必須要確定用戶接入Wi-Fi網絡中的接入點。

UWB（超寬帶）技術是一種全新的、與傳統通信技術有極大差異的通信新技術。但理論研究和市場應用都還不夠成熟，有一定技術風險，此外成本也比較高。

RFID（射頻識別）技術利用射頻方式進行非接觸式雙向通信交換數據以達到識別和定位的目的。RFID標簽具有體積小，壽命長，容量大，可以重復使用等特點，可以支持快速讀寫、非可視識別、移動識別、多目標識別。這種技術作用距離短，成本低，如果電子標簽鋪設密度大，可實現厘米級定位。

綜上所述，將RFID技術應用到AGV小車系統，研究基于RFID定位的AGV小車系統，并實現規劃路徑的自動導航。

1 總體架構

完整的RFID系統都是由電子標簽應答器（Tag）與閱讀器（Reader）以及應用軟件系統組成。電子標簽（Tag）可以分為無源電子標簽（Passive tag）、有源電子標簽（Active tag）和半有源標簽（semi-active tages）。無源電子標簽沒有內置電池，僅僅在工作時依靠讀寫器發射的RF信號對其激活，因此讀寫距離也較近；有源電子標簽有內置電池，無需讀寫器提供能量，因此成本較高，讀寫距離也較遠；半有源射頻標簽內的電池供電僅對標簽內要求供電維持數據的電路或者標簽芯片工作所需電壓的輔助支持，本身耗電很少的標簽電路供電。此標簽未進入工作狀態前，一直處于休眠狀態，相當于無源標簽，標簽內部電池能量消耗很少，因而電池可維持幾年，甚至長達10年有效；當標簽進入閱讀器的讀出區域時，受到閱讀器發出的射頻信號激勵，進入工作狀態時，標簽與閱讀器之間信息交換的能量支持以閱讀器供應的射頻能量為主(反射調制方式)，標簽內部電池的作用主要在于彌補標簽所處位置的射頻場強不足，標簽內部電池的能量并不轉換為射頻能量。

因此，RFID定位方式可以分有源和無源定位。有源定位依靠有源RFID標簽基于接受信號強度（RSS）的測量方式來確定用戶的位置。無源定位在地面鋪設一定密度的無源標簽依靠讀不同位置的標簽實現定位。

本課題基于無源定位給出了具體的解決方案。

該定位系統結構圖如圖1所示，采用PC做為監控端，PC機上接有ZigBee模塊，通過編寫上位機程序與受控端進行通信。定位端是由帶有RFID讀寫器的AGV小車系統。AGV小車系統通過RFID讀寫器讀到的TAG信息來確定位置。主控制器收到信號之后再根據設置要求是否停車。

系統布局圖如圖2所示。在定位之前給每個標簽值賦予一定的位置信息，當車體經過的時候，車上攜帶的RFID讀寫器就會讀到相應的位置信息，上位機先設定好AGV小車停車定位點，在AGV小車走過規劃路徑過程中，RFID讀卡器讀取每個位置節點，并且在上位機上面顯示。此時就可以知道車體的位置以實現車體的定位。

圖1 運輸平臺總體結構圖

圖2 系統布局圖

2 系統硬件設計

AGV小車車體的主控制器是Cortex-M3內核的ARM-STM32F103VET6芯片，主頻為72MHz，片內512KB Flash，內置多個USART控制器，分別與Zigbee模塊和RFID讀寫器連接，實現數據的交換和受控信號的接收。車體控制板設計如圖3所示。

圖3 車體控制板硬件圖

主控板由JTAG口進行程序的調試和下載，通過USART1從ZigBee模塊得到受控端的受控信號，USART2與RFID讀寫器相連，當讀寫器讀取到地面上鋪設的電子標簽時，可以實時傳輸給主控芯片以便處理。主控芯片處理過后把位置信息通過ZigBee模塊實時發送給監控端。主控芯片與車體驅動器相連，收到受控信號后經過處理驅動車體到預設停車位置。

3 系統軟件總體設計

AGV小車系統運輸平臺軟件設計如圖4所示。

圖4 系統軟件總體設計圖

3.1 監控端軟件設計

監控端軟件由PC上通過桌面程序設計軟件C#編寫，由于需要ZigBee通信，故采用現成的USB轉ZigBee模塊，實現與運輸平臺的通信。

3.2 車體軟件設計

車體軟件流程圖如圖5所示，車體初始化完成后等待監控端發來的命令，收到命令后，確定所需停車定位點，車體根據AGV導引線行走。車體開始行走的時候實時讀取當前的位置信息，反饋給監控端和車體主控制器，到讀取到的位置信息是設定停車定位點時，車體停車裝貨，裝貨完畢根據規劃路徑返回。

圖5 軟件流程圖

4 結語

通過多次設計與樣機驗證，此基于RFID定位的AGV小車能在室內實現預設位置準確停車。相對于其他定位方式，RFID定位更簡單、廉價。隨著運輸和信息產業的不斷發展，智能化運輸越來越多，基于RFID技術的AGV小車在智能化運輸中會得到越來越多的應用。

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RFID location technology Automatic Guided Vehicles (AGV)

Xiong Chao Tang Wei Xu Zhaorong Jiang Yiqi
Engineering Experiments and Training Center, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167，China

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.17.045

Abstractthe AGV car equipped with automatic guidance devices such as electromagnetic or optical.Can be guided along the prescribed path of travel, with security and a variety of truck shift the upload function.As an unmanned industrial handling vehicles, high speed and efficiency, accurate positioning of the car transport system is very important for the AGV.RFID has the advantage of non-contact, non line of sight.Using RFID to control AGV car positioning, relative to other means of locating the (inertial positioning, ultrasonic positioning) is not only simple, low cost, and easier to achieve accurate positioning.

KeywordsAGV car；RFID；positioning