货架自动化仓库是一种能够利用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的装置,由于其能够充分利用空间进行存储货物,故常被称为“立体仓库”。目前对立体仓库的研发已经越来越智能化。自动化立体仓库主要由力提货架、有轨巷道堆垛机、输送机系统及通讯和管理系统等组成,通过利用自动控制系统实现对输运过程的智能检测和管理,来实现对于仓库空间的合理利用。立体仓库具有很高的空间利用率,极强的入出库能力,便于控制管理等优点已成为物流和生产管理不可缺少的仓储技术,越来越受到企业的重视。对于高校而言,运用合理的方式让学生了解这一设计是非常必要的,尽早让学生对这种智能化设备有进一步的了解和运用,这样能够更好地实现学校和企业的对接。考虑到单片机具有编程简单,成本低廉的特点,因此我们提出了一个利用单片机技术来实现立体仓库的模型设计方案。

立体仓库由单片机、指纹模块、读卡器、液晶屏和舵机这几个方面组成。首先用户要通过液晶屏来实现登录立体仓库的前端用户的操作,用户可以使用液晶屏来实现图形化操作界面。例如:如果是注册就输入账号密码指纹和IC卡信息,单片机负责把用户的数据从液晶屏的输入上取出;然后进入下一步,选择存还是取。若是取就会使电机转动,我们这里使用一种叫丝杆的装置来完成。只要电机转动就能使载货台横向移动,利用两台丝杆就可以实现在一个平面上运动。

我们使用的是STM32单片机,之所以不使用51单片机的原因是这款32单片机有4个串口模块可以同时控制,能够利用串口通信协议的指纹模块和读卡器模块。同时我们这次使用的液晶屏型号是ILI9341,它需要单片机产生8080时序来控制,而32单片机里的FSMC外设可以模拟这一时序。再有就是仓库需要同时控制多路电机,需要单片机产生多路独立的PWM波,具体操作为:

第一步 单片机产生8080时序给LCD发出指令(这里的指令是ILI9341模块自带的指令集)让LCD显示出登录或者注册的信息。由于液晶屏模块自带触控功能,可以让这个功能模拟按键,用户可以选择注册或者登录。在注册情况下,单片机会让LCD输出请输入账号、密码的字样;另一方面单片机会与指纹模块(AS608)和读卡器(RFID)模块通信读取指纹和IC卡数据,两种模块都是通过USTART串口与单片机通讯的,因为这两个模块拥有各自的指令集,只要输入指令就可以控制。所有的数据会存储在EEROM中这类永久性存储器中,由于这类存储器需要I2C协议进行通讯,而32单片机拥有这个单独的外设可以不用模拟这种通讯模式直接与之通信。

单片机设计结构图

第二步 选择登录同样由LCD显示出请输入账号密码等相关信息,这里同上用STM32接受输入的指纹、账号信息。将IC卡的信息与存储库中的信息比较,若是有相同则通过。之后会显示是存还是取,若是存则单片机去存储器中查看剩余的仓库。物理意义上的空位如果没有则提示不能取返回账户的主页,若是有空位则可以进行货物存储。这时STM32会控制TIM定时器这个外设产生多股独立的PWM波控制丝杆上的电机转动,这个过程能利用算法来实现丝杆间的配合将货物送到仓库的每一个货架单元。若是取物品同样先检测库里是否有该货物,然后同如上方法一样将货物取出。

设计方案主要以STM32单片机为核心对系统进行控制,通过使用单片机与各设备进行通讯控制,利用USTART串口与IC读写卡模块和指纹识别模块通讯,使用内部的FSMC外设模拟8080时序从而与LCD通讯控制输出文字图像,使用内部的TIM外设产生PWM波型控制电机转速和角度。就电机而言,当接受到取货物时,首先将货物位置锁定即记录上次放置的位置。例如上次存在了第3行第5列,则横向电机和纵向电机同时转动,假如电机转动1秒可以使载物台移动5厘米(这里的速度按平均速度并且可以由PWM波调速)假设货架单元是10厘米的正方体那么横向电机需要转动8秒纵向电机移动4秒才能有效地移动到货架单元将货物取出。之后按照当前位置计算到出口的距离。运用这种软件处理模式和适当的比例,完成现实物品转移和分配的过程,达到预期放置的目的。

随着科学技术的不断发展,仿真软件的功能和内容也不断会被优化,运用单片机技术设计模型将会发展到一个新的高度。有效的利用仿真资源去模拟现实自动化设备是高校实践教学的有力补充,这必将在提升学生创新能力方面起到一个有效的促进作用。