基于單片機(jī)技術(shù)的立體倉庫模型設(shè)計(jì)

侯睿　李增睿　牟淑杰　張大偉

摘要：利用自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制是立體倉庫的中不可缺少的倉儲技術(shù)，運(yùn)用智能化設(shè)備完成虛擬控制已成為眾多高校的常用教學(xué)手段。本文基于STM32單片機(jī)技術(shù)將多種模塊進(jìn)行集成來模擬現(xiàn)實(shí)立體倉庫功能，并對涉及流程進(jìn)行簡要分析和設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：立體倉庫? 單片機(jī)? 仿真

貨架自動化倉庫是一種能夠利用相應(yīng)的物料搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物入庫和出庫作業(yè)的裝置，由于其能夠充分利用空間進(jìn)行存儲貨物，故常被稱為“立體倉庫”。目前對立體倉庫的研發(fā)已經(jīng)越來越智能化。自動化立體倉庫主要由力提貨架、有軌巷道堆垛機(jī)、輸送機(jī)系統(tǒng)及通訊和管理系統(tǒng)等組成，通過利用自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對輸運(yùn)過程的智能檢測和管理，來實(shí)現(xiàn)對于倉庫空間的合理利用。立體倉庫具有很高的空間利用率，極強(qiáng)的入出庫能力，便于控制管理等優(yōu)點(diǎn)已成為物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。對于高校而言，運(yùn)用合理的方式讓學(xué)生了解這一設(shè)計(jì)是非常必要的，盡早讓學(xué)生對這種智能化設(shè)備有進(jìn)一步的了解和運(yùn)用，這樣能夠更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)校和企業(yè)的對接。考慮到單片機(jī)具有編程簡單，成本低廉的特點(diǎn)，因此我們提出了一個(gè)利用單片機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)立體倉庫的模型設(shè)計(jì)方案。

1 框架設(shè)計(jì)

立體倉庫由單片機(jī)、指紋模塊、讀卡器、液晶屏和舵機(jī)這幾個(gè)方面組成。首先用戶要通過液晶屏來實(shí)現(xiàn)登錄立體倉庫的前端用戶的操作，用戶可以使用液晶屏來實(shí)現(xiàn)圖形化操作界面。例如：如果是注冊就輸入賬號密碼指紋和IC卡信息，單片機(jī)負(fù)責(zé)把用戶的數(shù)據(jù)從液晶屏的輸入上取出;然后進(jìn)入下一步，選擇存還是取。若是取就會使電機(jī)轉(zhuǎn)動，我們這里使用一種叫絲桿的裝置來完成。只要電機(jī)轉(zhuǎn)動就能使載貨臺橫向移動，利用兩臺絲桿就可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)平面上運(yùn)動。

2 操作流程

我們使用的是STM32單片機(jī)，之所以不使用51單片機(jī)的原因是這款32單片機(jī)有4個(gè)串口模塊可以同時(shí)控制，能夠利用串口通信協(xié)議的指紋模塊和讀卡器模塊。同時(shí)我們這次使用的液晶屏型號是ILI9341，它需要單片機(jī)產(chǎn)生8080時(shí)序來控制，而32單片機(jī)里的FSMC外設(shè)可以模擬這一時(shí)序。再有就是倉庫需要同時(shí)控制多路電機(jī)，需要單片機(jī)產(chǎn)生多路獨(dú)立的PWM波，具體操作為：

第一步 單片機(jī)產(chǎn)生8080時(shí)序給LCD發(fā)出指令（這里的指令是ILI9341模塊自帶的指令集）讓LCD顯示出登錄或者注冊的信息。由于液晶屏模塊自帶觸控功能，可以讓這個(gè)功能模擬按鍵，用戶可以選擇注冊或者登錄。在注冊情況下，單片機(jī)會讓LCD輸出請輸入賬號、密碼的字樣;另一方面單片機(jī)會與指紋模塊（AS608）和讀卡器（RFID）模塊通信讀取指紋和IC卡數(shù)據(jù)，兩種模塊都是通過USTART串口與單片機(jī)通訊的，因?yàn)檫@兩個(gè)模塊擁有各自的指令集，只要輸入指令就可以控制。所有的數(shù)據(jù)會存儲在EEROM中這類永久性存儲器中，由于這類存儲器需要I2C協(xié)議進(jìn)行通訊，而32單片機(jī)擁有這個(gè)單獨(dú)的外設(shè)可以不用模擬這種通訊模式直接與之通信。

第二步 選擇登錄同樣由LCD顯示出請輸入賬號密碼等相關(guān)信息，這里同上用STM32接受輸入的指紋、賬號信息。將IC卡的信息與存儲庫中的信息比較，若是有相同則通過。之后會顯示是存還是取，若是存則單片機(jī)去存儲器中查看剩余的倉庫。物理意義上的空位如果沒有則提示不能取返回賬戶的主頁，若是有空位則可以進(jìn)行貨物存儲。這時(shí)STM32會控制TIM定時(shí)器這個(gè)外設(shè)產(chǎn)生多股獨(dú)立的PWM波控制絲桿上的電機(jī)轉(zhuǎn)動，這個(gè)過程能利用算法來實(shí)現(xiàn)絲桿間的配合將貨物送到倉庫的每一個(gè)貨架單元。若是取物品同樣先檢測庫里是否有該貨物，然后同如上方法一樣將貨物取出。

3 模擬功能

設(shè)計(jì)方案主要以STM32單片機(jī)為核心對系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過使用單片機(jī)與各設(shè)備進(jìn)行通訊控制，利用USTART串口與IC讀寫卡模塊和指紋識別模塊通訊，使用內(nèi)部的FSMC外設(shè)模擬8080時(shí)序從而與LCD通訊控制輸出文字圖像，使用內(nèi)部的TIM外設(shè)產(chǎn)生PWM波型控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和角度。就電機(jī)而言，當(dāng)接受到取貨物時(shí)，首先將貨物位置鎖定即記錄上次放置的位置。例如上次存在了第3行第5列，則橫向電機(jī)和縱向電機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動，假如電機(jī)轉(zhuǎn)動1秒可以使載物臺移動5厘米（這里的速度按平均速度并且可以由PWM波調(diào)速）假設(shè)貨架單元是10厘米的正方體那么橫向電機(jī)需要轉(zhuǎn)動8秒縱向電機(jī)移動4秒才能有效地移動到貨架單元將貨物取出。之后按照當(dāng)前位置計(jì)算到出口的距離。運(yùn)用這種軟件處理模式和適當(dāng)?shù)谋壤瓿涩F(xiàn)實(shí)物品轉(zhuǎn)移和分配的過程，達(dá)到預(yù)期放置的目的。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，仿真軟件的功能和內(nèi)容也不斷會被優(yōu)化，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)模型將會發(fā)展到一個(gè)新的高度。有效的利用仿真資源去模擬現(xiàn)實(shí)自動化設(shè)備是高校實(shí)踐教學(xué)的有力補(bǔ)充，這必將在提升學(xué)生創(chuàng)新能力方面起到一個(gè)有效的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]單片機(jī)典型外圍器件及應(yīng)用實(shí)例[M].人民郵電出版社，求是科技，2006.

[2]MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，李華主編，1993.

[3]無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在自動化立體倉庫的應(yīng)用[J].自動化與儀器表，張力， 2015 （10）.

作者簡介

牟淑杰（1975-），女，遼寧營口人，營口理工學(xué)院電氣工程學(xué)院教師。張大偉（1983-），男，遼寧營口人，營口理工學(xué)院電氣工程學(xué)院教師。