基于單片機技術的立體倉庫模型設計

侯睿　李增睿　牟淑杰　張大偉

摘要：利用自動控制系統實現優化控制是立體倉庫的中不可缺少的倉儲技術，運用智能化設備完成虛擬控制已成為眾多高校的常用教學手段。本文基于STM32單片機技術將多種模塊進行集成來模擬現實立體倉庫功能，并對涉及流程進行簡要分析和設計。

關鍵詞：立體倉庫? 單片機? 仿真

貨架自動化倉庫是一種能夠利用相應的物料搬運設備進行貨物入庫和出庫作業的裝置，由于其能夠充分利用空間進行存儲貨物，故常被稱為“立體倉庫”。目前對立體倉庫的研發已經越來越智能化。自動化立體倉庫主要由力提貨架、有軌巷道堆垛機、輸送機系統及通訊和管理系統等組成，通過利用自動控制系統實現對輸運過程的智能檢測和管理，來實現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，極強的入出庫能力，便于控制管理等優點已成為物流和生產管理不可缺少的倉儲技術，越來越受到企業的重視。對于高校而言，運用合理的方式讓學生了解這一設計是非常必要的，盡早讓學生對這種智能化設備有進一步的了解和運用，這樣能夠更好地實現學校和企業的對接。考慮到單片機具有編程簡單，成本低廉的特點，因此我們提出了一個利用單片機技術來實現立體倉庫的模型設計方案。

1 框架設計

立體倉庫由單片機、指紋模塊、讀卡器、液晶屏和舵機這幾個方面組成。首先用戶要通過液晶屏來實現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現圖形化操作界面。例如：如果是注冊就輸入賬號密碼指紋和IC卡信息，單片機負責把用戶的數據從液晶屏的輸入上取出;然后進入下一步，選擇存還是取。若是取就會使電機轉動，我們這里使用一種叫絲桿的裝置來完成。只要電機轉動就能使載貨臺橫向移動，利用兩臺絲桿就可以實現在一個平面上運動。

2 操作流程

我們使用的是STM32單片機，之所以不使用51單片機的原因是這款32單片機有4個串口模塊可以同時控制，能夠利用串口通信協議的指紋模塊和讀卡器模塊。同時我們這次使用的液晶屏型號是ILI9341，它需要單片機產生8080時序來控制，而32單片機里的FSMC外設可以模擬這一時序。再有就是倉庫需要同時控制多路電機，需要單片機產生多路獨立的PWM波，具體操作為：

第一步 單片機產生8080時序給LCD發出指令（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，單片機會讓LCD輸出請輸入賬號、密碼的字樣;另一方面單片機會與指紋模塊（AS608）和讀卡器（RFID）模塊通信讀取指紋和IC卡數據，兩種模塊都是通過USTART串口與單片機通訊的，因為這兩個模塊擁有各自的指令集，只要輸入指令就可以控制。所有的數據會存儲在EEROM中這類永久性存儲器中，由于這類存儲器需要I2C協議進行通訊，而32單片機擁有這個單獨的外設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行貨物存儲。這時STM32會控制TIM定時器這個外設產生多股獨立的PWM波控制絲桿上的電機轉動，這個過程能利用算法來實現絲桿間的配合將貨物送到倉庫的每一個貨架單元。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

設計方案主要以STM32單片機為核心對系統進行控制，通過使用單片機與各設備進行通訊控制，利用USTART串口與IC讀寫卡模塊和指紋識別模塊通訊，使用內部的FSMC外設模擬8080時序從而與LCD通訊控制輸出文字圖像，使用內部的TIM外設產生PWM波型控制電機轉速和角度。就電機而言，當接受到取貨物時，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，則橫向電機和縱向電機同時轉動，假如電機轉動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波調速）假設貨架單元是10厘米的正方體那么橫向電機需要轉動8秒縱向電機移動4秒才能有效地移動到貨架單元將貨物取出。之后按照當前位置計算到出口的距離。運用這種軟件處理模式和適當的比例，完成現實物品轉移和分配的過程，達到預期放置的目的。

隨著科學技術的不斷發展，仿真軟件的功能和內容也不斷會被優化，運用單片機技術設計模型將會發展到一個新的高度。有效的利用仿真資源去模擬現實自動化設備是高校實踐教學的有力補充，這必將在提升學生創新能力方面起到一個有效的促進作用。

參考文獻

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[3]無線網絡通信技術在自動化立體倉庫的應用[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，營口理工學院電氣工程學院教師。張大偉（1983-），男，遼寧營口人，營口理工學院電氣工程學院教師。