樹莓派智能物流小車設(shè)計

李佳珂，曾清清

（1.海南大學旅游學院，海口 570208；2.聊城大學計算機學院，聊城 252059）

0 引言

2012年3月，英國劍橋大學開發(fā)并上市的樹莓派（Raspberry Pi），是一種基于Linux操作系統(tǒng)的微型電腦電路板。這種電路板具備的優(yōu)點有：①卡片非常小，具有電腦的大部分基本功能；②以SD/MicroSD卡位內(nèi)存兼硬盤；③卡片主板有多個USB接口和一個以太網(wǎng)接口，可以連接鍵盤、鼠標、網(wǎng)線、顯示器等外圍部件；④支持Python、C、Scratch等多種編程語言。

近年來，樹莓派開發(fā)板得到了廣泛研究和推廣，圖1展示了近10年來相關(guān)研究發(fā)表論文數(shù)量趨勢，由圖1可見，特別是近三年來，樹莓派得到了廣泛關(guān)注，譬如2022年相關(guān)論文就達到了320篇左右。圖2給出了樹莓派相關(guān)論文主題分布圖，由圖2可見，樹莓派相關(guān)主題主要包括物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、系統(tǒng)設(shè)計、人臉識別、深度學習、機器視覺、監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、無人機等相關(guān)熱點領(lǐng)域。樹莓派相關(guān)論文學科分布見圖3，由圖3可見，樹莓派研發(fā)主要圍繞計算機軟件、自動化技術(shù)、電信技術(shù)、建筑科學與工程等相關(guān)學科。圖4則給出了相關(guān)論文的發(fā)表機構(gòu)分布情況。

圖1 樹莓派論文發(fā)文趨勢

圖2 樹莓派相關(guān)論文主題分布

圖3 樹莓派相關(guān)論文學科分布

圖4 樹莓派相關(guān)論文發(fā)表機構(gòu)分布

1 樹莓派智能物流小車設(shè)計與實現(xiàn)

樹莓派GPIO（General Purpose I/O Ports），即通用輸入/輸出端口，用戶可以通過GPIO口進行硬件控制，如輸出高/低電平，讀取硬件狀態(tài)（如讀入超聲波狀態(tài)）等。

1.1 智能小車針腳模式設(shè)置

樹莓派GPIO有兩種引腳標號設(shè)置模式，一種是BCM模式，一種是BOARD模式，兩種模式下針腳的編號不同。設(shè)置語句是GPIO.setmode（GPIO.BCM）和GPIO.setmode（GPIO.BOARD）。每個項目只能設(shè)置一種模式。

GPIO引腳設(shè)置編號模式后，通過以下語句設(shè)置該引腳為輸入模式或輸出模式：（1）設(shè)置輸入模式：GPIO.setup（channel,GPIO.IN）；（2）設(shè)置輸出模式：GPIO.setup（channel,GPIO.OUT）。

1.2 智能物流小車引腳

本文所設(shè)計的智能物流小車相關(guān)引腳如表1所示。

表1 智能物流小車的引腳25右27左

1.3 智能物流小車超聲波模塊

超聲波模塊用于測試智能小車和障礙物之間的距離，該模塊有4個引腳，如圖5所示，Trig引腳作為控制端，用于控制發(fā)出超聲波信號；Echo引腳作為接收端，用于接收反射回來的超聲波信號；Vcc引腳連接5 V電源；GND引腳用于接地。超聲波模塊的工作流程如下：

圖5 超聲波連線圖

（1）GPIO向Trig引腳發(fā)出高電平信號，用于發(fā)出測距信號；

（2）超聲波模塊自動發(fā)出8個40 kHz的方波，并自動檢測是否有信號返回；

（3）若Echo端有信號返回，則采用公式（1）計算距離：

1.4 智能物流小車部分函數(shù)代碼

圖6給出了智能小車效果圖，具體模塊設(shè)計如下：

圖6 智能小車效果圖

1.4.1 智能物流小車前進模塊

1.4.2 智能物流小車后退模塊

1.4.3 智能物流小車停止模塊

1.4.4 智能物流小車左轉(zhuǎn)模塊

1.4.5 智能物流小車啟動模塊

1.4.6 智能物流超聲波計算障礙物距離模塊

1.5 智能物流小車主代碼

智能物流小車程序流程圖如圖7所示。

圖7 智能物流小車程序流程圖

主代碼如下：

2 結(jié)語

樹莓派開發(fā)板具備極強的可擴性，本文圍繞樹莓派開發(fā)板，并結(jié)合超聲波探測、蜂鳴器等核心模塊，采用Python編程語言，實現(xiàn)了一種靈活的智能物流無人配送系統(tǒng)平臺。未來的研究工作主要圍繞以下兩點：①結(jié)合人臉識別模塊，構(gòu)建更加智能的物流小車系統(tǒng)；②結(jié)合深度學習等最新算法，實現(xiàn)精準的物流配送系統(tǒng)。