摘 要：文中詳細地說明了智能小車的控制原理，介紹了智能小車的創(chuàng)新點和應(yīng)用價值。所設(shè)計的智能倉庫自動搬運系統(tǒng)通過路由器接入云平臺，實現(xiàn)近端電腦或手機客戶端對系統(tǒng)的遠程控制和監(jiān)控。平臺發(fā)送小車巡航路線數(shù)據(jù)到遠端的WiFi芯片中，再通過串口發(fā)送給小車上的MCU控制芯片，控制小車的運動路徑。系統(tǒng)配備反饋系統(tǒng)，遇到障礙物時可自動重新規(guī)劃路線。通過集成智能控制和自主規(guī)劃算法，該系統(tǒng)能夠高效、準(zhǔn)確地完成搬運任務(wù)，提高了倉庫操作的智能化程度。

關(guān)鍵詞：TC264芯片；智能小車；WiFi；云控制；藍牙定位；嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號：TP332.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）03-0-03

0 引 言

隨著電商和物流行業(yè)的迅速發(fā)展，物流運營成為企業(yè)競爭的重要組成部分，而倉儲物流作為整個物流運營中的重要環(huán)節(jié)，對物流效率和成本控制有著至關(guān)重要的影響。然而，傳統(tǒng)的人工搬運操作存在人力投入大、效率低、易出錯等問題，不能滿足現(xiàn)代物流運營的需求。

自動化搬運技術(shù)可以提高效率、降低成本，同時還能夠提高工作環(huán)境的安全性和可靠性。因此，自動化搬運技術(shù)在倉庫物流行業(yè)中將得到越來越多的應(yīng)用。為此，本文將云平臺、WiFi通信、藍牙定位等專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計出更安全、便捷、更適用于倉庫貨物搬運的智能車系統(tǒng)。

1 控制系統(tǒng)原理構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)主控芯片選擇

本文使用英飛凌半導(dǎo)體公司推出的一款高性能的嵌入式微控制器芯片TC264作為MCU[1]。該器件采用了TriCore?架構(gòu)，融合了32位的RISC、DSP和特定的協(xié)處理器單元。這種架構(gòu)使得TC264能夠同時處理實時控制任務(wù)和復(fù)雜的信號處理任務(wù)，能靈活控制各個模塊進行協(xié)作，實現(xiàn)相應(yīng)的功能及設(shè)計要求。

1.2 WiFi模塊選擇

WiFi模塊選擇了Espressif Systems推出的低成本、高性能的ESP8266，如圖1所示，它集成了802.11 b/g/n WiFi功能，可以用于遠程控制和監(jiān)控應(yīng)用[2]，例如遠程傳感器數(shù)據(jù)采集、遠程設(shè)備控制等；同時可作為便捷的無線通信解決方案，適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和無線連接的項目，如智能家居系統(tǒng)、傳感器節(jié)點等，可以很好地實現(xiàn)本項目中連接云平臺的功能。

1.3 定位模塊選擇

從實際需求及成本等角度考慮，選用藍牙Beacon信標(biāo)[3]進行定位。相較于對基礎(chǔ)設(shè)施有較高要求的UWB（超寬帶）[4]、有源RFID[5]以及WiFi技術(shù)，藍牙無線通信技術(shù)的成本優(yōu)勢較突出。藍牙Beacon信標(biāo)是一種利用藍牙低功耗技術(shù)進行定位和位置感知的無線設(shè)備，它通過定期廣播包含唯一標(biāo)識符（UUID、Major、Minor）的信號，在零售、導(dǎo)航、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在選擇Beacon時，本文綜合考慮了功耗、傳輸范圍、協(xié)議支持等因素，最終選擇了EFR32BG22A3模塊作為總的藍牙接收端，它支持藍牙5.4串口透傳功能，具備較高的接收靈敏度（最高-96.2 dBm）和理論上較遠的通信距離（最遠105 m），能夠很好地滿足本系統(tǒng)的需求。功能原理如圖2所示。

1.4 麥克納姆輪原理

麥克納姆輪[6-8]（也稱為“麥克納姆全向輪”）是一種可實現(xiàn)全方位移動的輪子設(shè)計。它由輪轂和圍繞輪轂的輥子組成，這些輥子的軸線與輪轂軸線夾角為45°。在輪轂的輪緣上斜向分布著許多小輥子，這些輥子是沒有動力的小滾子，但它們的母線特殊。當(dāng)輪子繞著固定的輪心軸旋轉(zhuǎn)時，各個小滾子的包絡(luò)線形成一個圓柱面，因此該輪能夠連續(xù)地向前滾動。通過4個同樣輪子的組合，可以使機構(gòu)實現(xiàn)全方位移動功能。根據(jù)夾角45°，麥克納姆輪可以分為互為鏡像關(guān)系的A輪和B輪。根據(jù)不同的組合方式，麥克納姆輪可以實現(xiàn)前進、后退、旋轉(zhuǎn)、左移、右移等功能。例如，ABAB式的組合方式可以實現(xiàn)向前運動。

麥克納姆輪被廣泛應(yīng)用于機器人、自動化設(shè)備、搬運機械、AGV（自動導(dǎo)引車）等領(lǐng)域，其使得這些設(shè)備能夠在狹小的空間內(nèi)自由移動，解除了轉(zhuǎn)彎半徑的限制。為了實現(xiàn)全向移動，需要精確控制每個麥克納姆輪的速度和方向?？梢酝ǔ２捎肞ID控制[9]或者更高級的控制算法來實現(xiàn)這一目標(biāo)。麥克納姆輪的設(shè)計使得機器人在平坦地面上表現(xiàn)良好。

2 系統(tǒng)原理及實現(xiàn)的功能

本系統(tǒng)主要由WiFi無線通信部分、藍牙定位導(dǎo)航部分、信息顯示部分、傳感器部分、CPU執(zhí)行部分和客戶端控制部分六大部分組成。

為驗證結(jié)果，搭建了如圖3所示的實物系統(tǒng)底盤。該實物選用麥克納姆輪構(gòu)建的車模作為載體，搭建了主要的系統(tǒng)控制電路，完成了相關(guān)傳感器連接并構(gòu)建了大致的系統(tǒng)骨架，以便實現(xiàn)項目所需要的相關(guān)功能。

本系統(tǒng)使用TC264芯片作為主控MCU，用串口協(xié)議與WiFi芯片ESP8266通信，再由其通過路由器接入機智云平臺[10]，構(gòu)成WiFi無線通信部分。用戶可通過系統(tǒng)上的按鍵進行配網(wǎng)連接，在客戶端上選定目標(biāo)位置；然后平臺會將小車巡航路線數(shù)據(jù)發(fā)送到遠端的WiFi芯片中，再通過串口發(fā)送給小車系統(tǒng)上搭載的TC264控制芯片，以控制電機驅(qū)動，進而驅(qū)動小車系統(tǒng)的四路直流電機，實現(xiàn)小車的運動和轉(zhuǎn)向等功能。這樣，就能夠?qū)崿F(xiàn)客戶端對系統(tǒng)的遠程控制和監(jiān)控。

2.1 藍牙定位導(dǎo)航部分

在室內(nèi)環(huán)境中，由于無線信號在傳播過程中受到衰減、反射、散射等影響，導(dǎo)致信號強度發(fā)生變化。因此，定位系統(tǒng)通過測量接收器接收到的信號強度來估計目標(biāo)物體的位置，采用的方法包括信號衰減模型或指紋庫匹配算法等。本系統(tǒng)采用簡單的路徑損耗傳播模型[11]求得距離值，如式（1）所示：

RSS=-10nlog10d+A （1）

式中：RSS為模塊實時讀取到的RSSI值；n為路徑損耗指數(shù)，其取值與物理環(huán)境有關(guān)；A為EFR32BG22A3模塊與Beacon信標(biāo)參考距離位置處的RSSI值；d為實際求得的距離值。藍牙定位結(jié)果示意圖如圖4所示。

2.2 信息顯示部分

信息顯示由一塊TFT屏幕實現(xiàn)，同時手機客戶端也可顯示相關(guān)信息，便于用戶隨時監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)。傳感器部分主要包括超聲波模塊[12]和紅外模塊[13]，用于檢測行進路徑上的障礙物，并及時反饋以重新規(guī)劃路線。編碼器用于對系統(tǒng)的速度進行調(diào)節(jié)和控制，實現(xiàn)靈活移動，并在到達目標(biāo)點時控制舵機模擬貨物放置；CPU執(zhí)行部分負責(zé)整個系統(tǒng)的資源調(diào)度和控制。

2.3 客戶端控制部分

通過調(diào)用機智云平臺的接口可快速生成滿足要求的APP。如圖5所示，APP可使用郵箱登錄，通過掃描云平臺系統(tǒng)的二維碼完成設(shè)備綁定，即可監(jiān)控小車系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)；并選擇目標(biāo)點位以控制系統(tǒng)完成貨物搬運。

圖6為本系統(tǒng)的程序控制框圖。

以上就是對系統(tǒng)原理組成的詳細闡述。該智能小車的系統(tǒng)原理構(gòu)成較為簡潔，在實際使用過程中還需要不斷修正和校對，但在實驗階段，通過客戶端用戶已基本實現(xiàn)了環(huán)境檢測和控制系統(tǒng)在室內(nèi)搬運貨物的功能。

3 創(chuàng)新點和應(yīng)用價值

小車系統(tǒng)采用Beacon藍牙信標(biāo)定位導(dǎo)航的方式，實現(xiàn)了系統(tǒng)的定位功能。這一創(chuàng)新方法摒棄了市面上常見的地面鋪設(shè)電磁線尋跡方法，有效彌補了室內(nèi)GPS信號弱的缺陷，大大降低了室內(nèi)定位成本。

本文研究系統(tǒng)地解決了小車在運輸過程中因環(huán)境變化而遇到的障礙問題。通過多方位超聲波等傳感器實時感知，小車能夠迅速識別并繞開障礙物，對突發(fā)障礙也能及時做出響應(yīng)，從而實現(xiàn)了運輸過程的智能化升級。遇到障礙時，客戶端會優(yōu)化處理，遠程重新規(guī)劃路徑，實現(xiàn)自動路徑規(guī)劃，使得小車的尋跡更加靈活且智能。此外，客戶端還能實時反饋小車的當(dāng)前狀態(tài)及相關(guān)信息。

為便于在倉庫內(nèi)高效實現(xiàn)貨物搬運，采用麥克納姆輪技術(shù)，成功解決了傳統(tǒng)搬運設(shè)備掉頭、轉(zhuǎn)向不方便的問題。此外，麥克納姆輪特有的水平移動能力，使得設(shè)備能夠輕松避開障礙物，進一步提升了操作的靈活性和效率。

4 結(jié) 語

本文介紹了一種基于TC264芯片及WiFi模塊控制的倉庫自動搬運系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用TC264芯片作為主控MCU，通過串口協(xié)議與ESP8266 WiFi芯片通信，并結(jié)合藍牙信標(biāo)定位技術(shù)，實現(xiàn)了軟硬件協(xié)同控制系統(tǒng)，使得本系統(tǒng)具有環(huán)境信息捕獲、信息處理及上傳數(shù)據(jù)和存儲等基本功能。本系統(tǒng)的實際應(yīng)用可降低倉庫貨物搬運成本，進一步解放勞動力，提高倉庫貨物搬運的自動化程度。經(jīng)過初步驗證，本系統(tǒng)已達到了設(shè)計的基本目的。

注：本文通訊作者為李春華。

參考文獻

[1] 曹永豪，劉付永紅，張鈿鈿，等.基于TC264的智能小車循跡系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2023，31（24）：24-28.

[2] DUTT M D， SARIKA K， JAYANT D， et al. Smart farming：" monitoring of field status and control of irrigation using sensors and ESP8266 nodemcu module [J]. Journal of physics： conference series， 2023， 2570（1）.

[3] 吳旭. 基于藍牙RSSI的室內(nèi)定位算法研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2022.

[4] 韓陽.基于UWB的礦用一體化智能車載終端的設(shè)計[J].煤礦安全，2024，55（2）：218-222.

[5] 李姍姍，石冬劍，陳小波.基于RFID的工廠物流車輛調(diào)度系統(tǒng)研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2024（2）：73-76.

[6] 黃曉宇，孫勇智，李津蓉，等.基于MPC的麥克納姆輪移動平臺軌跡跟蹤控制[J].機械傳動，2023，47（11）：22-29.

[7] 嚴(yán)遠斌，宋蕾，余繼鵬，等.基于麥克納姆輪的物流機器人設(shè)計與技術(shù)研究[J].電子產(chǎn)品世界，2023，30（11）：20-23.

[8] 陳博翁，范傳康，賀驥.基于麥克納姆輪的全方位移動平臺關(guān)鍵技術(shù)研究[J].東方電氣評論，2013，27（4）：7-11.

[9] 歷風(fēng)滿.數(shù)字PID控制算法的研究[J].遼寧大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005（4）：85-88.

[10] 高蒙.基于機智云平臺的遠程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2019.

[11] 王甜甜.基于移動室內(nèi)信號傳輸損耗模型的研究[J].電腦編程技巧與維護，2021（5）：83-84.

[12] 鐘家弘，陶英婷.基于STM32的超聲波測距儀[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2023，13（9）：32-35.

[13] 曲海成，王馨心，歐陽俊.基于融合混合域模塊與空洞卷積的紅外小目標(biāo)檢測[J].激光與光電子學(xué)進展，2023，60（10）：50-62.