基于Socket通信的AGV上位機控制系統

薛 哲，張功學，何 凱，徐耀輝，崔 聰

(1.陜西科技大學機電工程學院，陜西 西安 710021；2.中國科學院深圳先進技術研究院，廣東 深圳 518055)

現在AGV導引技術正在迅速發展，很多行業已經開始采用AGV導引技術[1]。但是部分AGV小車的控制方式為觸摸屏控制，需要人工近距離操作，步驟繁瑣。并且在復雜實驗環境下或者AGV小車行駛過程中操作時，存在一定的安全隱患。因此，為了提高AGV小車操控的安全性與方便性，本文使用C#編程語言，結合Socket通信與串口轉WIFI技術，設計出一款適用于AGV小車的上位機控制系統，此系統可使人在較遠距離使用電腦控制AGV小車，即使在復雜實驗環境下也可以很方便的操控AGV小車并且保證了人員的安全。

AGV通訊系統用于實現AGV與地面控制站及地面監控設備之間的信息交換[2]。在本文中AGV的通訊系統采用一問一答式，上位機發送詢問數據，AGV控制板在接收到數據之后，根據接收到的數據進行回應或者不回應，通過詢問數據對AGV小車進行控制。

1 Socket通信原理

Socket作為進程通信機制，是2個程序之間進行雙向數據傳輸的網絡通訊端點，用一個地址和一個端口號標識[3]。Socket通常也稱作“套接字”，用于描述IP地址和端口。

1.1 服務器端和客戶端

在通信過程中，客戶端主動打開連接，服務器端是被動的[4]。當客戶端和服務端彼此交換數據前，必須先在雙方之間建立一個TCP連接之后才能傳輸數據[5]。

服務器端的Socket至少需要兩個，一個負責接收客戶端的連接請求，但是不負責與客戶端的通信；當服務端接收到客戶端的連接后便會在服務端產生一個負責通信的Socket，這個Socket是在收到客戶端的連接時創建。

客戶端的Socket必須指定要連接的服務端的IP地址和端口；通過創建一個Socket對象來初始化一個到服務端的TCP連接。

1.2 Socket通信基本流程

服務端先初始化Socket，通過bind函數與端口綁定，調用listen函數對端口進行監聽，再調用accept函數等待客戶端的連接。當有客戶端初始化一個Socket后，調用connect函數與服務端進行連接，服務端接收到客戶端的連接請求并連接成功后，這時客戶端就可以發送數據請求，服務端接收并處理請求，然后把回應數據發送給客戶端，客戶端讀取數據，一次服務端與客戶端的交互結束。

圖1 AGV小車控制系統通信流程圖

2 系統設計

2.1 服務端設計

當打開服務端軟件后，先是服務端開始監聽并且接受AGV小車發來的連接請求，連接成功后便可以向AGV小車核心板發送數據，如果AGV小車成功接收到數據并作出相應指令，會向服務端回應信息，顯示在相應區域，回應信息分為AGV當前實時狀態和每條詢問指令成功接收的應答信息。

2.2 服務端功能實現

2.2.1 創建一個負責監聽的Socket

部分代碼如下：

Socket SocketWatch = new Socket(AddressFamily.InterNetwork，SocketType.Stream，ProtocolType.Tcp);

IPAddress ip = IPAddress.Any;

IPEndPoint point = new IPEndPoint(ip，Convert.ToInt32(txtPort.Text));

SocketWatch.Bind(point);

ShowMsg("監聽成功/r/n");

SocketWatch.Listen(10);

首先新實例初始化Socket類使用指定的地址族、流式套接字和TCP協議；

接下來提供Internet協議(IP)地址，并偵聽所有網絡接口上的客戶端活動的IP地址；

然后新實例初始化IPEndPoint類具有指定的地址和端口號；

使用Bind()函數將IP地址、端口號與負責監聽的Socket相關聯；

使用SocketWatch對象的Listen()函數使監聽的Socket處于偵聽狀態；

最后當打開服務端軟件時在ShowMsg對話框顯示監聽成功。

2.2.2 創建一個負責通信的Socket

部分代碼如下：

Socket socketsend = SocketWatch.Accept();

ShowMsg(socketsend.RemoteEndPoint.ToString() + ":" + "連接成功" + "/r/n");

為了接收來自客戶端的連接請求，使用Socket類中的Accept()函數創建一個新的Socket用于與客戶端進行通信；當連接成功后則會在ShowMsg對話框顯示連接成功。

2.2.3 接收和發送消息

int r=socketsend.Receive(buffer);

ShowMsg(socketsend.RemoteEndPoint.ToString() + ":" + str + "/r/n");

使用Socketsend對象中的Receive()函數接收客戶端發來的消息并存儲到接收緩沖區中，最后將其顯示在ShowMsg對話框中。

socketsend.Send(buffer);

使用Socketsend對象中的Send()函數向客戶端發送消息。

在本控制系統中，上位機向AGV核心板發送的為十六進制數據，共14個字節。其中起始碼占1個字節，為通信開始標志位；功能碼占1個字節，代表詢問指令功能；數據碼占5個字節，代表對應的數據碼含義；預留5個字節，為無效數據位；結束碼占1個字節，為通信結束標志位；校驗碼占1個字節，為前邊所有碼相加除以256的余數。例如AA C1 00 03 E8 03 E8 00 00 00 00 00 BB 11為14個字節，其所代表的含義為AGV小車向前運行，左右電機轉速為1000 rpm/min。

因為要計算校驗碼，所以需要將前邊所有編碼提取出來轉化為int類型相加除以256求余，求出來的余數為校驗碼，再將所有的編碼轉換成string類型進行相加；由于只能發送Byte類型的數據，最后將相加的string類型編碼轉換成Byte類型則為最終要發送的編碼。

部分代碼如下：

int[] suma = new int[8];

suma[0] = Convert.ToInt32(str[0]，16);

將所有編碼轉化成int類型。

int sum=new int();

for (int i=0;i

{

sum+=suma[i];

}

int check=sum%256;

使用for循環將所有轉化成int類型的編碼相加，最后再求余得出校驗碼。

2.3 服務端界面設計

圖2 界面設計

如圖2所示，TextBox1為服務端IP地址，TextBox2為端口號，TextBox3顯示AGV小車的返回信息，TextBox4和5可以調節AGV小車左右電機的轉速，TextBox 6和7可以控制AGV小車升降平臺的升降高度和速度。當AGV小車啟動后，PC端連接WIFI，輸入IP地址和端口號再點擊連接按鈕，就會收到AGV小車的連接請求，連接成功后會在TextBox 3顯示連接成功，如果AGV小車行進或升降過程中出現異常情況，可以立即點擊停止按鈕就會停止設備，界面中其他按鈕則實現其相對應的功能。

2.4 客戶端模塊

由于AGV核心控制板只預留了RS232接口，RS232接口支持全雙工、不間斷通信；再使用WIFI串口服務器將RS232接口轉換成WIFI，然后安裝好WIFI天線，就能夠使用筆記本電腦等設備進行連接。

AGV 與上位機采用一問一答式通信，每當上位機發送的指令被AGV成功接收到后會進行回應；每條詢問指令成功接收的應答信息共14個字節。其中起始碼、功能碼、結束碼和校驗碼各占1個字節；數據碼占2個字節，01代表設置成功，00代表設置失?。活A留8個字節。

3 實際測試

完成所有設計后，開始進行實際實驗。為AGV小車設計L型路徑，分別進行前進、后退、左轉、右轉和上升、下降操作，再進行停止升降和停止移動操作，最后點擊查詢狀態按鈕查詢AGV當前狀態。進行操作時AGV的應答信息如表1所示。

表1 操作時AGV應答信息

由應答信息可知，所有操作的數據碼為01，即證明設置成功；由查詢狀態按鈕返回的信息可知當前升降板處在720 mm的高度。

從實驗結果看，上位機控制系統操作AGV小車更加方便，保證了小車行駛過程中人員的安全。在實驗過程中，上位機與AGV小車通信良好，AGV小車能夠對上位機所發出的指令迅速做出反應，Socket服務端界面中的所有功能均運行正常。AGV小車如圖3所示。

圖3 AGV小車實際圖

4 結束語

基于Socket通信的AGV小車上位機控制系統，其主要優點有：在復雜實驗環境下，使用Socket無線控制AGV小車，便于操作人員在遠距離條件下對AGV小車的控制，提高了實驗效率，保證了在實驗環境下操作人員的安全。