基于STM32自動引導小車（AGV）射頻天線精準導航研究

陳飛

摘 要 基于STM32模塊的AGV自動導航系統，能夠保證小車按照特定的路線行走。綜合考慮小車在路口與軌道線路的相關信息，對電機參數進行最優調整，保證自動導航小車能按照特定路線前進也能選擇相應的路口行進。一旦AGV前進路線和地磁線路出現偏差，能及時糾正和檢測到相應的路口信息并按照正確的路線選擇。此導航系統簡單，安裝方便，操作難度低，成本較低，使用普遍，具有較強的優勢，有較為寬廣的市場前景。

關鍵詞 STM32;AGV;精準導航;射頻天線

引言

（1） AGV 導航系統的概述

AGV（Automated Guided Vehicle）是自動導航小車的英文縮寫，是一種自主操縱、無人駕駛、以蓄電池為能源的自動化運送設備，裝載有電磁等不接觸自動導向設備和獨立的尋址系統。根據設定的路線獨立自主地沿著設定的導引路徑行進，穩靠到達終點，實現搬運裝載的全過程。它已經發展成為對物流自動化倉儲系統、柔性生產線、裝配線具有重要意義的設備。

AGV自動導航小車導航系統的核心硬件模塊是STM模塊。磁感電阻運動使采集模塊產生電壓信號，由電路放大模塊放大采集的電壓信號，然后將電壓信號經AD模數轉換后傳遞到STM32模塊，再做進一步的對比。由包含射頻卡片的指令模塊采集到相關指令信息后，先傳送到STM32模塊，再經STM32模塊給電機傳輸出對應的信號[1]。

（2） AGV研究的重點

AGV被廣泛使用到各個生產和倉庫管理中，倉庫的規模化致使線路需要有交叉，需要有不同的選擇，也就出現了選擇路線的難題。在現實的生產輸送中AGV會涉及以下幾個問題：

①AGV怎么按照特定的路線穩定前進，不會偏離既定軌道：

②AGV在行進途中出現道路選擇的狀況時，是否會出現抖動抑或選擇錯誤，嚴重偏離路線的問題;

③在停車時出現停車不及時不精準，出現跑過停車位置抑或提前停車的情況，出現偏差。

所以為了能更好解決AGV前進、轉彎、停車中出現的問題，我們有必要對磁導航系統硬件模塊及射頻天線進行研究設計以實現精準停車的需求。

1磁導航系統硬件模塊設計

1.1 磁導航系統的要求及硬件選取

設計AGV導航的系統，主要目的是檢測地面提前鋪設置好的磁帶所發射出來的磁感應線，同時要求要能輸出小車所在位置的信號[2]。它所有的功能應該包括下面幾個方面：

（1）要可以檢測出磁感線所在，并能依據檢測到的信號而得到空間中每個點磁場強度的相對大小值。

（2）要可以保證AGV能沿地磁條的線路指引，還可以比較AGV和路線的相對位置。

（3）要能精準的識別小車所在的地方，達到小車可以選擇正確的路線和在設計的地方停止。

（4）要有進行安全保護的裝置，可以不遇到障礙物或是遇到人的時候可以及時自主停車。

（5）要保證小車的成本低，方便維護。

AGV在生產線中的運作極大程度上的減輕了工人的生產壓力。其工作環境如圖1。

隨著嵌入式系統的不斷發展，實時內核不斷發展，直至當今多任務的操作系統，并且不斷變成一個可安裝別的程序之軟件平臺。

嵌入式系統當前都采用著哈弗體系結構，這個結構是包括數據總線、存儲器還有中央處理單元（CPU）組成。

市場里的控制器產品里是以Cortex-M3作為內核的，最典型的系列便是STM32。為適應市場的多樣化應用相關需求以及低成本相關需求，在產品的設計和規劃上遵循著合理供給不同選項、配置豐富以及靈活多樣的原則。

綜合考慮不同情況，本文選擇 STM32 這個系列里增強型里STM32F103系列，它的頻率甚至可以到72MHz，這在STM32產品里功耗是最低的，頻率是最高的。

1.2 AGV導航系統磁傳感器的設計

AGV 這個導航系統傳感器芯片重點由十四個HMC1052 組合而成。加上每個磁敏傳感電路其對應是處理芯片和差分放大電路。AGV 這個導航系統磁敏傳感器不是均勻地分布于 AGV 這個導航系統之上，而是依照磁感線兩邊稀疏、中間緊密這個分布情況來設計的。正中間這6個芯片其之間距離為0.7cm，在兩邊各有著4個芯片，其之間距離增加至 1.4cm，這依據模擬著橡膠軟磁條磁感線不均勻分布所設計的，離橡膠軟磁條距離愈遠，磁感線越少。所以中間這6個 HMC1052 于 AGV 正常行駛這個過程里可以及時靈敏地檢測出來磁條位置，而在兩邊位置磁敏電阻傳感器檢測其磁感線值的確較小。

HMC1052有10個引腳芯片，其中包括2對磁敏電阻，在無磁場環境里，磁敏電阻和普通電阻的阻值是一樣的，這代表輸出電壓是相等的。當芯片于磁場里經過的時候，磁敏電阻其電阻值產生變化，電路形成一個下拉和上拉電路，這導致著輸出電壓值存在電壓差。接著 HMC1052為電壓放大電路。其旨在放大兩個電壓100倍，如此電壓差值倍亦放大了100倍，因為差分放大這個電路其上限為3.3V，故而無論輸出值為多大，可直接輸入至 STM32里[3]。

2射頻天線導航流程

射頻識別卡技術在導航技術上主要是發揮幫助磁引導小車校準、定位的功能。傳統的磁條難以做到精準的定位，在實際運行中，AGV 會出現選擇錯誤路線的情形，因此我們將采取射頻識別卡的技術來改進。

射頻識別技術中，讀卡器在AGV運行過程中持續發送無線電信號以激活電子卡片（電子卡片放置于AGV行駛路線中的關鍵位置）進行信息讀取，并對電子標簽中信息進行處理和驗證，驗證通過后，系統將信號發送給控制器，這樣來達到射頻識別技術的定位功能[4]。

3結束語

本文主要是從價格較低，安裝方便，更改簡單，循跡容易方面，為 AGV 挑選了地磁條導航系統研究，在定位方面，為了使 AGV 的定位更加精確，在其關鍵點位選擇射頻技術。

參考文獻

[1] 師利君.現代物流系統技術的研究現狀及發展趨勢[J].魅力中國，2017，（11）：293.

[2] 張正義.自動導引車系統及其應用——AGV技術發展綜述[J].物流技術與應用，2005，10（7）：66-73.

[3] 周馳東.磁導航自動導向小車（AGV）關鍵技術與應用研究[D].南京：南京航空航天大學，2012.

[4] 耿牛牛.單舵輪AGV路徑跟蹤方法的研究[J].制造業自動化，2011，33（7）：81-82.