防疫物資智能投送車的設(shè)計

東南大學成賢學院 徐思儀 莊宇辰 陳 驍 于海洋

在目前的大形勢下，新冠肺炎依然成為整個世界的一個難題，人與人之間的互動也因此減少了很多，對于防疫物資的需求也加大了。此時我們產(chǎn)生了想法，將物流轉(zhuǎn)變?yōu)槿伺c智能設(shè)備的互動，這樣不僅能夠簡化防疫的一部分難度，也能更加系統(tǒng)化地解決疫情防控期間近距離物資流動的需要，于是防疫物資智能投送車的想法便應(yīng)運而生了。

1 智能投送車總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)流程設(shè)計

項目整體流程如圖1所示：包括平臺接單，運輸過程，取件過程。微信平臺接單，當物資放置好后，智能車會沿著路線到達該層指定的位置，客戶出示微信小程序生成的二維碼，智能車內(nèi)置的二維碼掃描模塊會校驗二維碼是否正確。檢測正確則電機轉(zhuǎn)動打開智能箱后蓋。箱底內(nèi)置傳感器，檢測到貨物取走后一段時間重新起步，沿著路線回到起點。如果打開后不及時取走物資，電機會重新鎖定，必須重新掃碼后才打開。至此，整體流程完成。

圖1 系統(tǒng)流程設(shè)計

1.2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

防疫物資投送車以STM32F103C8T6作為主控，實現(xiàn)的功能有循跡，智能避障，二維碼開箱，檢測物資是否被拿走，定點停車與起步，并且設(shè)計了一個專屬微信下單小程序與智能車配套，如圖2所示。

圖2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2 智能投送車硬件設(shè)計

2.1 主控芯片

STM32F103C8T6由ST公司出品，屬于32位ARM微控制器，內(nèi)核為Cortex-M3，最高72MHZ的工作頻率，程序存儲器容量64KB。出了低功耗的特點外，芯片還具有2個A/D轉(zhuǎn)換器，7通道DMA控制器，大量快速I/O口，所有I/O可以映射到16個外部中斷，多達7個定時器，多達9個通信接口。

相比于別其他的型號的單片機，STM32F103C8T6的封裝足夠小，滿足項目各部分需求。

2.2 紅外循跡模塊

該模塊選取的是TCRT5000紅外反射傳感器。上電以后，紅外發(fā)光二極管會發(fā)射紅外線。紅外線對不同的物體的反射情況不同，從而使模塊輸出不同的電平。主控芯片識別接收高低電平的變化，來判斷是否檢測到黑線，從而達到循跡功能。

本項目在車頭處安裝了五個紅外反射傳感器，使在智能車能夠更加準確的檢測到黑線。將5路紅外傳感器的電平值組成5位二進制數(shù)據(jù)，主控會根據(jù)二進制數(shù)的值調(diào)整偏差值error，從而控制直流電機讓小車旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，使得小車始終沿著黑線行駛。

2.3 超聲波避障模塊

避障功能是由超聲波測距模塊US-100實現(xiàn)。通過檢測與前方障礙物的距離，來判斷是否執(zhí)行避障程序。給模塊上電以后便可發(fā)出超聲波脈沖，定時器開始計時，計算超聲波從發(fā)射到接收的時間。聲波的傳播速度為340m/s，因此智能車與障礙的距離即為：(高電平持續(xù)時間×聲波速度)/2。

US-100模塊自帶溫度補償，在檢測回波信號后會先對其進行矯正再輸出距離值，因此無需在考慮環(huán)境溫度對于聲波速度的影響，始終都是340m/s。

2.4 智能箱模塊

該模塊由XR1500二維碼識別模塊和ULN2003步進電機構(gòu)成。在微信小程序下單后，客戶會收到平臺自動生成的取件二維碼。模塊上的攝像頭成功識別到二維碼后進行解碼，并與主控程序中設(shè)定的密碼進行對比，如果正確則會驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動從而開啟箱子。考慮到貨物的安全問題，如果一段時間沒有取走貨物，電機會自動閉合鎖定，只有重新掃碼才能開啟箱子。

2.5 定點停車與起步

該模塊由四個按鍵和兩個紅外傳感器組成。考慮到智能車出發(fā)后要能在指定的位置停下，我們在智能車的側(cè)面額外安裝了一個紅外傳感器YX55692。與循跡模塊中所用的紅外傳感器不同的是，該模塊對于環(huán)境光線的適應(yīng)力更強。在軌道的側(cè)面貼上垂直于軌道的黑線，當智能車行駛至垂直黑線時，側(cè)面的紅外傳感器會檢測到電平的變化，使得小車在指定位置停下。

另一個紅外傳感器安裝在小車后側(cè)智能箱的底部。當?shù)诌_指定地點后，客戶掃碼開箱取走貨物時，主控會檢測到電平變化，判斷是否起步。考慮到客戶取件與小車起步的時間間隔問題，在貨物取走后，小車會延時一段時間，等待箱子合上后才會起步。

按鍵的作用是選擇智能車停下的位置，在兩個紅外模塊與按鍵的配合下可以實現(xiàn)定點停車與起步的功能。

3 防疫物資智能投送車的建模

3.1 小車底盤設(shè)計

底盤采用四輪結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)向靈活，馬力充足等特點，并且底盤相對夠大，易于外部電路擴展。

3.2 小車外形設(shè)計

小車的外形設(shè)計主要分為前后兩個區(qū)塊。前半段用于放置各種電路，循跡，超聲波測距模塊等都位于前部；后半段是智能箱部分，由步進電機，內(nèi)置紅外與和后蓋構(gòu)成。

外置兩個開關(guān)，分別控制小車與智能箱的供電。

小車底盤建模如圖3所示。

圖3 小車底盤建模

4 微信小程序開發(fā)

4.1 開發(fā)平臺與編程語言JavaScript

微信小程序的設(shè)計使用“微信公眾平臺”中的“微信開發(fā)者工具”，通過在“微信開發(fā)者工具”實現(xiàn)編輯JavaScript語言，代碼的測試，以及版本的上傳，再由“微信公眾平臺”進行審核與發(fā)布。

4.2 微信小程序的設(shè)計

在小程序設(shè)計中，為小程序配置了底部欄，頁面的設(shè)計主要通過動態(tài)路徑，以及采用修飾函數(shù)對文本函數(shù)進行修飾，通過函數(shù)跳轉(zhuǎn)到別的子頁面中，實現(xiàn)頁面的可讀性和豐富度，加入了“滑塊視圖容器”實現(xiàn)了顯示面板的部分設(shè)計，通過定義計算型函數(shù)以實現(xiàn)用戶所需物資數(shù)目的計算，實現(xiàn)了獲取智能小車開箱二維碼的功能，設(shè)計的特點在于使用了微信配套函數(shù)來獲取客戶的信息，實現(xiàn)物資投送時的準確性。通過此微信小程序，客戶可以了解防疫物資投送車的相關(guān)功能，設(shè)計原因，防疫物資種類，開箱指導，以及選擇防疫物資來實現(xiàn)通過防疫物資智能投送車獲取所需的防疫物資。

結(jié)語：本文介紹了一種防疫物資智能投送車，主要使用于單樓層中的防疫物資運輸，主要通過定點投送和規(guī)避路障來為客戶提供所需的防疫物資，在車內(nèi)置有防疫物資倉庫，實現(xiàn)防疫物資的存儲、運送。客戶可以通過微信二維碼掃碼進入智能投送車配套微信小程序中，即可選取自己所需的防疫物資的種類和數(shù)目，下單可獲取開箱二維碼，等待防疫物資智能投送車的到達，即可憑此二維碼開啟防疫物資倉庫，獲得所需的防疫物資。