基于ZigBee的AGV小车无线通信系统的设计

鲁哲　秦实宏

摘要：AGV（Automated Guided Vehicle）小车在诸多领域都得到了高频次的运用，譬如物流配送、自动化生产线等。在部分境况之下，任务的完成通常需要数台小车一起发挥功用，故而有效地达成对多台AGV小车协作的良好控制就显得十分关键。近年来，在网络技术快速精进的大背景下，诸多学者已经将探究的方向锁定为借助网络来达成AGV智能小车的无线通信方面。本文介绍了一种基于ZigBee的多台AGV智能小车无线通信控制系统设计的方法。通过建立基于ZigBee的无线通信网络平台，可以实现多台AGV小车之间或者AGV智能小车与计算机之间的无线通信功能。实验结果表明，运用ZigBee技术，可以通过计算机有效控制单台小车的速度与方向，并使得多车协调编队控制得以达成。

关键词：ZigBee；无线通信网络；AGV

中图分类号：TP272 文献标志码：A 文章编号：1009-3044（2018）19-0261-03

Abstract： AGV（Automated Guided Vehicle）has been used at a high frequency in many fields， such as logistics distribution and automated production lines. In some circumstances， the completion of the task usually requires several AGVs to work together. Therefore， it is crucial to effectively achieve good control over the collaboration of multiple AGVs. In recent years， many scholars have locked the direction of inquiry into the use of networks to achieve wireless communication of AGVs under the background of rapid advancement of network technology.This paper describes the design method for a wireless communication control system based on AGV with ZigBee. Wireless communication network platform based on ZigBee has realized a wireless communication function between AGVs，or between AGVs and computers.The experimental results clearly demonstrate that the speed and direction of a single vehicle can be effectively controlled by the computer， and the coordination of multiple vehicles can be achieved by using ZigBee technology.

Key words： ZigBee； wireless communication network； AGV

AGV 是自动导航小车的英文缩写，是一种自主驾驶、无人操纵、以电池为动力的自动化运输设备，装有电磁或者光学等非接触自动导向装置和独立寻址系统[1]。AGV小车在诸多领域中均得到了较高频次的运用，譬如智能仓储管理等。在部分境况之下，任务的完成通常需要数台小车一起发挥功用，故而有效地达成对多台AGV小车协作的良好控制就显得十分关键。近年来，在网络技术快速精进的大背景下，诸多学者已经将探究的方向锁定为借助网络来达成AGV智能小车的无线通信方面。远程通信网络发展的前提与根基为计算机网络、自动控制技术，其在交通及环境监测、工业自动化、智能家居系统等方面的运用相对较多，可以对有关的信息进行实时的监测，譬如现场参数波动等[2]。将其与无线通信技术紧密地融合在一起，能够使其互相补充对方的欠缺之处，在前者的作用之下，后者所覆盖的范畴大大增加；而后者的出现及运用，也使得前者的有线传输有了全新的途径。伴随后者的持续快步发展，ZigBee无线通信技术成为公众所瞩目的关键，它具有双向性，而且间距小、造价少、繁杂度低、功耗小、数据速率偏小[3]。它所创设的传感器网络随处可见，在远程监控、自动控制等领域中的运用频率相对较高，且在易于装配运用、通信数据量不是过高、排布范畴偏小的境况下尤为适合使用[4]。其监控具有制约性，主要是由于无线网络排布范畴的约束而造成，若想将切切实实的远程监控实现，就必须从Internet处借力。Internet的快步发展，有力地促成了控制领域对远程监控网络技术的大范围运用，从而使相应的监控覆盖面大大提升，而且表现出了更加强劲的实时性，不管在确保系统处于平稳高效的工作状态、集中监控方面，还是在将极大的便利供应给相应的系统控制管理活动方面，抑或是资源节约方面，都表现出了自己独有的关键价值[5]。在智能小车技术当中融入无线通信网络，有效地使对于前者的控制更加高效，不再因为网络而受到各种制约。对Internet远程监控的良好运用，使得智能小车的监控系统不再被困于监控室之内，在开放性方面有了突破性的改变[6]。仅需与Internet相连就能够监测系统，而于时间及所处的位置都不存在丝毫的关联性。借助对平台的远程监控，能够使工作者顺应AGV智能小车所面对的繁雜度持续上涨的应用环境，从而及早摆脱风险，以防生命健康受到威胁。对成熟软、硬件条件的合理运用，发挥其较佳的交互性，广泛的共同分享特性，能够在更多的领域内高效地运用AGV小车的远程无线通信控制，譬如远程医疗等，发展的前景十分可观。故而，针对此方面展开深度探究，颇具现实价值[7]。

1 系统整体设计

基于ZigBee的AGV小车远程无线通信系统的设计由AGV智能小车、监控软件、通信网络及协作控制四个部分所共同组成。此系统要求：

（1） 无线远程通信。借助无线网络，可以使上位机和多台AGV智能小车相互间的双向通信得以达成；

（2） 上位机监测。借助与其相对应的监控软件，能够对多台AGV智能小车的工作状况、里程、即时速度、各个小车相互间的距离等数进行细致的查看；

（3） 上位机的协调控制。其监控系统能够有效地控制数台AGV智能小车，并且能够对编队行驶等任务进行良好地完成；

（4） 有关数据的储存。系统可以平稳地完成对数据的有效传送，并使其得以储存；

（5） 远程监测。远程客户端可以监测到现场多台AGV智能小车的运行状况；

（6） 较低的成本。

对AGV小车的控制共有两种，即集中式与分布式。其中，前者是一种规划和决策的由上至下式的层次控制构造，所有的信息都汇聚于一个主智能体之中，展开整体规划，并使系统中的全体AGV智能小车一起将任务完成，此方式具有较强的直观性，且十分明了，协调性甚佳。而后者当中不存在集中控制部分，所有的小车都是平等的，都可以借助和其余小车之间展开信息互动来使自身的行为得到合理的调整，且其在自治能力方面的表现都处于较佳的状态，规划和决策都是由自己来完成。本文把上位机视为主智能体，对AGV小车的控制系统选择使用上述的前者。

对于基站，可以用ZigBee无线模块、上位机来充当，可以对AGV小车的速度、位置等参数进行实时监督及控制，并使数台AGV小车可以基于相应的要求来达成协作控制。以无线网络来达成上位机和小车相互间的有效通信，从而使数据上传及控制命令下发的目标得以实现。基于ZigBee的AGV小车通信系统的示意图如图1所示。

2 基于ZigBee无线通信网络设计

2.1 无线模块

无线网络是一种通信网络系统，是由无线电射频（RF）或红外线（IR）等无线传输媒体及技术所共同组成的。当前，认可度较高的无线通信数据共有物类，即无线局域网（WIFI）、超宽带通信（UWB）、蓝牙（Bluetooth）、红外线数据通信（IrDA）和ZigBee[8]。他们主要的性能参数如下表1所示。通过表1中对几种短距离无线通信比较，以及本文的实验条件能够获悉，在传输速率、网络节点数、传输距离，电池寿命等方面，较其余的无线通信技术而言，都更适合多台AGV智能小车监控系统网络的通信途径。

2.2 无线通信网络的建立

ZigBee网络基于IEEE802.15.4国际标准、上层协议为ZigBee协议栈，可详见图2，其优势十分突出，在小数据率监控的所有领域当中都具有较高的运用频率。不但可信赖度极高、网络路由功能十分强劲，而且速率及做功损耗较小，同时还具甚佳的自恢复和冗余性能等，能够达成点对点等通信。 ZICM2410模块是单片ZigBee芯片，用以对CPU加以集成，内嵌8051内核的微控制器、硬连线的MAC及1个具有基带modem的射频收发器共同构成了其内核芯片，按照运用的经验，对使用较多的片内外设进行选取，诸多通用I/O引脚、SPI、UART等都涵盖在其中，能够使多数的无线应用得到满足[9]。

对于AGV智能小车来说，其点对点的无线网络通信的达成可借助车上的ZigBee模块来完成，另外，上位机借助此模块对任意的无线节点进行监控和控制，均是双向通信。

仅凭一个智能体通常无法独立地完成诸多繁杂度较高的任务，故而需要多个一起完成。为了使AGV智能小车通过相互间的有效合作而顺利地完成上述任务，就必须将通信和协作视为重中之重。究其根本，主要是由于对于单个小车来说，因为自身原本就存在智能特性，所以可以对局部问题进行良好的处理；另外，在和其余小车一起运行的时候，或许会由于信息存在一定的约束性而导致全局问题难以得到有效的化解。此类小车相互间的通信能够基于ZigBee无线网络，按照事前设立的通信协议进行互动，从而使多其相互间的通信控制得以达成。应用层的数据包格式可详见图3。

3 计算机控制系统的建立

基于图4，控制系统来对AGV智能小车展开运动控制。基于AGV小车监控系统设计中，每辆AGV智能小车和上位机控制平台都分别装有无线模块，借助对相应的通信网络的创设来使二者的无线远程通信得以达成。上位机经由接口连于通信模块，并且借助无线通信网络和小车展开数据互动，以确保自身可以将后者所传输的所有运动状态数据资料顺利地接收到，实现对AGV小车的监视，借助处理这些资料来对控制命令进行发出。由计算机发送采集数据包，在将后者传送的资料接收到之后，对控制数据包进行传输，通过对小车的左、右2个直流电动机速度的控制，来达成对方向及速度的实时管控。

4 结语

本文设计了AGV小车的无线通信系统，运用ZigBee技术使多台AGV智能小车和计算机成为无线通信网络内的节点。根据通信协议，计算机将数台AGV小车的实时运动状态数据资料获取，在剖析及处理之后，将运动控制命令发出。基于对计算机有效控制单台小车的速度与方向，使得多车协调编队控制得以达成，从而使车队的开启、速度变更、停车均受控，并且始终使小车的运行间距处于安全的范围之内，创造了较佳的实验及通信平台，这对于后期繁杂度更高的数台AGV智能小车的合作控制的成功实现打下了可靠的根基。

参考文献：

[1]冯锋.AGV自动引导小车[D] .镇江：江苏科技大学，2008， 1-2.

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[4]高守玮，吴灿阳，杨超等.技术实践教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[5]冯华山.基于的远程控制机器人系统[D].西安：西北工业大学，2004.

[6]王建新，杨世凤，史永江，等.远程监控技术的发展现状和趋势[J].国外电子测量技术，2005（4）：9-14.

[7]Balaguer，Carlos.The MATS robot[J].IEEE Robotics and Automation Magazine March，2000.

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