汽車企業中多AGV通訊組網技術研究

王亮

摘? 要：AGV技術以其智能、高效、快捷等優勢在工業生產中得到了廣泛的應用，這在汽車制造業中體現得尤為明顯。隨著汽車企業中AGV數量的不斷增加，隨之而來的是多AGV的通訊組網問題，文章首先分析了Zigbee無線網絡的拓撲結構類型，然后采用Zigbee技術設計多AGV通訊系統，使得一臺工控機即可對多個AGV進行控制，提高了系統的靈活性。

關鍵詞：多AGV;無線通訊;Zigbee;拓撲網絡

中圖分類號：TP23? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）05-0137-02

1 概述

隨著制造業成本的提高和利潤率的下降，進行技術轉型以削減用工成本，是企業提高市場競爭力的關鍵措施之一[1]。在汽車制造企業中，需要進行大量的物料轉運，若采用人工搬運，不僅費時費力，而且容易帶來安全問題，不利于企業有序、高效生產。為此，采用AGV技術及其設備進行物料搬運是國內外汽車制造企業的共識。一般而言，AGV的導航方式包括磁釘導航、埋線導航、激光導航等[2]，隨著計算機視覺技術的發展，基于機器視覺技術的AGV導航越來越受到研究開發者的重視[3]。此外，AGV通常采用離線編程的方式進行路徑規劃與控制，而隨著企業AGV數量的快速增加以及柔性化生產的需求，當需要對AGV進行實時路徑規劃與調度時，其靈活性較差。因此，新型的無線通訊方式，如藍牙、Zigbee等技術在AGV小車中越來越多地得到應用[4，5]。本文即是在此背景下，基于Zigbee技術對汽車制造業中多AGV通訊組網系統進行研究。

2 Zigbee無線通訊技術概述

Zigbee無線通訊技術以IEEE 802.15.4無線通信標準為基礎[6]，具有多個通信頻段，一般單個Zigbee網絡可以控制數十個乃至上百臺設備，其網絡包含協調器、路由器、終端節點等三種設備，由這三種設備可組建成不同結構的Zigbee網絡，如星型、網狀、樹型等，如圖1所示。星型拓撲網絡組網簡單，便于維護和管理，但其協調器處于網絡的中央位置，一旦協調器出現故障，將導致整個網絡癱瘓而不可用。樹型結構網絡是在星型網絡結構基礎上的疊加，可大大增加終端節點的數目，但其與星型結構網絡具有同樣的缺陷。網狀拓撲型無線網絡結構，其通訊網絡不僅存在于協調器與路由器之間，而且兩兩路由器也可進行信息通信，因此，當協調器出現故障時并不影響整個網絡的功能。

采用Zigbee無線通訊技術來對多AGV進行實時調度，可極大提高系統的靈活性，而且也根據適應柔性化、個性化生產制造的發展趨勢。本文采用TI公司的CC2530控制器作為Zigbee系統的通訊模塊。該控制芯片最大能建立帶20個終端節點或者是14個終端節點加6個路由器的網絡結構，數據傳輸速度為250 Kbps，有效傳輸距離可達180米。因此，利用該芯片能夠完全滿足汽車制造企業中多AGV系統的要求。

基于CC2530芯片的Zigbee模塊電路如圖2所示，該電路中主要包含兩大電路：SCI異步通信串口電路和Debug電路。其中，Debug 電路用于接收上位機的數據信息，包括下載程序、在線程序仿真等，其數據傳輸速度可達230.4Kbps;SCI串口與AGV的微控制器相連，用于向微控制器發送指令。

3 通信網絡設計

將企業中的多個AGV進行通訊組網，若企業中需要進行組網的AGV數目為n，則無線通信網絡包含了一個協調器和n個終端節點，如有需要，還可對終端節點進行擴展，使其組建成更大規模的無線通信網絡。

在整個Zigbee網絡中，協調器和終端節點通過Short Addr進行相互識別和數據通信。網絡地址分配算法如下：

其中：Cskip為父節點的路由器節點之間的地址間隔;Lm為網絡最大深度;Cm為每個父節點所能擁有的最大子節點數;Rm為父節點所擁有的子節點中，路由器節點的個數;d為當前所計算的網絡深度。

根據上式計算出父節點的路由器節點之間的地址間隔Cskip后，可據此計算出子節點網絡短地址，其計算方法如下：

其中：n為子節點的序號;Aparant為子節點父設備的網絡短地址;A（n）為所求子節點的網絡短地址。

網絡地址分配時優先分配路由器，也就是說父節點設備優先分配路由子節點的網絡短地址，然后再分配終端子節點的網絡短地址，而且 Zigbee 網絡的地址分配是優先分配的方式，就是說哪個節點先入網，就優先給哪個節點分配地址。當路由器入網以后，就可以控制其下的子節點入網，同時也負責給通過其入網的子節點分配網絡地址。圖3所示為Zigbee組網流程圖。

Zigbee組網過程如圖3所示，當協調器允許子節點入網之后，會給子節點發送為其分配的網絡短地址，節點就可以使用網絡短地址進行數據通信。

Zigbee網絡通信采用CSMA-CA防碰撞競爭接入機制，所有節點在通信前自動進行空閑信道評估，只有信道空閑時才會進行通信，有效的防止了數據堵塞現象。數據通信采用一問一答形式，而且數據包帶有冗余校驗，具有出錯重傳機制，保證數據通信的安全性和穩定性。

4 結束語

AGV在汽車制造企業中的大規模應用有著十分重要的意義，可以減少人工成本、提高物料運輸效率，滿足智能化、柔性化生產的需要。將無線Zigbee技術與AGV結合，使得AGV的自動規劃與智能調度效率大大提高。

參考文獻：

[1]趙福全，劉宗巍，史天澤.中國制造2025與工業4.0對比解析及中國汽車產業應對策略[J].科技進步與對策，2017，34（14）：85-91.

[2]李鳳娥，牛王強.基于磁釘技術的集裝箱碼頭AGV定位精度分析[J].上海海事大學學報，2016，37（1）：38-41.

[3]何珍，樓佩煌，錢曉明，等.多目視覺與激光組合導航AGV精確定位技術研究[J].儀器儀表學報，2017（11）.

[4]樊銳，李茹，王績一.藍牙/ZigBee無線網絡傳輸系統的設計與實現[J].計算機技術與發展，2013（1）：209-213.

[5]丁龍剛.基于RFID、Wi-Fi、藍牙、ZigBee的物聯網電磁兼容和干擾協調研究[J].物聯網技術，2011（4）：59-61.

[6]付凱升，張樂年.ZigBee無線通信方案在多自由度機械手控制系統中的應用研究[J].機電工程，2018（5）.