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基于嵌入式系统的基于嵌入式系统的AGV车载控制器设计车载控制器设计
该车载控制器采用主控板和底层驱动板的总体架构,结合软件程序的编写,实现了与上位机的无线通信、状态
信息在触摸屏上的显示、对外围设备数据的采集以及控制等功能,达到了对AGV的自动控制和远程控制的目
的。经过现场的试验,该设计合理,可满足其功能要求。
引言
AGV系统是当今柔性制造系统(FMS)和自动化仓储系统中物流运输的主要手段。AGV具有适应性好、柔性程度高、可靠性
好、可实现生产和搬运功能的集成化和自动化等优点[1]。AGV车载控制器是AGV控制系统的核心,其性能和可靠性直接影响
AGV产品的性能和可靠性。
对于国内应用的 AGV 来说,大多采用基于单片机[25]、可编程控制器(PLC)[69]、嵌入式工控机[1012]等方案。采用PLC作
为控制器系统存在扩展不便、功能简单、难以实现复杂的调度算法等问题[3];而采用工业计算机控制方案则存在成本过高、
系统稳定性不佳等不足,而且由于AGV的不断振动等原因导致硬盘读取数据不稳定,造成整个AGV系统的宕机[13]。针对以上
问题,本文设计的AGV车载控制器基于嵌入式系统,该车载控制器功能齐全、具有扩展方便、配置灵活的特点。
1 车载控制器总体设计
车载控制器开发中采用双CPU主从结构,基于ARM11(S3C6410)的开发板平台作为主控板,基于STM32的扩展板作为底层
驱动板。主控板负责复杂的逻辑运算、网络通信和人机交互;底层驱动板板负责外围设备驱动,包括数字量的输入/输出、驱动
电机控制、RFID读卡器数据采集和磁导航传感器信号的测量等功能。主控板通过与上位机调度系统的无线通信确定需要完成
的规定动作,并分解成各底层驱动板需要的执行的功能,然后通过串口下发给各底层驱动板运动控制指令,底层驱动板完成相
应的动作并反馈自身状态,并在上位机上显示。车载控制器通用功能框图见图1。
车载控制器的STM32底层驱动板通过磁导航传感器采集磁条信息,并对采集的信号进行处理,然后通过DAC模块(控制电机
的转速大小)、继电器输出DO模块(控制电机的正反转)控制驱动电机,高速计数器模块(电机脉冲采集)实现AGV的行走
和转向;并将自动/手动、急停、磁导航传感器的门位信号、AGV行走的速度等数据信息通过串口通信发送至主控板,并在触
摸屏上显示;同时,通过无线通信将上述数据信息发送至上位机,实现上位机对AGV状态的监测。另一方面,上位机可将自
动/手动及行走/转向(前进、后退、左转、右转)指令发送至控制器,实现对AGV的远程控制。
图1 车载控制器通用功能框图
2 车载控制器硬件设计
根据功能要求,AGV车载控制器主要有以下模块:触摸屏显示模块、无线通信模块、CAN总线通信模块、串口通信模块、电
源管理模块、ADC模块、DAC模块、计数器模块、DI/DO模块。其中,触摸屏显示模块、无线通信模块在主控板上,其余模块
在底层驱动板上。另外,主控板与底层驱动板之间采用串口通信或者CAN总线通信。
车载控制器硬件分为两部分:①S3C6410主控板设计,带有无线模块以及触摸屏显示;②STM32底层驱动板设计,带有外设
接口,用于外围设备信号的输入/输出。
2.1 S3C6410主控板设计
车载控制器的主控板处理器采用Samsung公司的ARM处理器S3C6410。该微处理器采用ARM1176JZFS内核,其稳定主频为
533 MHz,最高主频可达667 MHz,具有低成本、低功耗、高性能的特点。S3C6410具有双总线架构,一路用于内存总线,
另一路用于Flash总线DDR内存控制器;支持Nor Flash和Nand Flash两种Flash;支持多种启动方式:主要包括SD、Nand
Flash、Nor Flash等设备启动;集成了许多外设接口,如TFT24位真彩色LCD控制器、电源系统管理、4通道UART、32通道
DMA、4通道定时器、通用I/O端口、I2S/I2C总线接口、USB Host、USB OTG(480 Mbps)、3通道SD/MMC Host控制器及时
钟生成PLL等。
为加快进度,主控板采用已有的核心板进行开发。该核心板为飞凌嵌入式公司生产,集成S3C6410处理器、256 MB SDRAM
以及4 GB Nand Flash、2 MB Nor Flash并带有JTAG接口,在此基础上进行开发可大大缩短开发周期,降低开发风险。该主
控板上主要实现无线通信功能以及触摸屏显示功能。
2.2 STM32底层驱动板设计
车载控制器的底层驱动板处理器系统采用意法半导体推出的STM32F103,是基于CortexM3内核的32位ARM芯片系列,片内
Flash为512 KB,片内SRAM为64 KB,主频72 MHz,具备26位地址线和16位数据宽度。内部ADC模块是12位逐次逼近型,
有16通道,采样率最高1 Msps。2路DAC,11个Timer,5路USART,I/O端口资源丰富,可满足多个数字量输入/输出的需
求,并具有CAN总线接口和RS232接口。
车载控制器主要功能接口图略——编者注。
2.2.1 电源管理模块
AGV采用多级电池串联供电,在运行过程中,随着电量的减少,电压也会发生变化,并且为适应一系列车型供电电压的不
同,需要仪表能够承受较宽的输入电压范围。为满足车载控制器上不同芯片的供电需求,采用宽输入电压DC/DC模块,将变
化范围在18~36 V的输入电压转换为合适的输出电压。另外,在STM32底层驱动板上设计了为S3C6410主控板供电的电源模













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