RFID定位技術(shù)在自動(dòng)引導(dǎo)小車（AGV）中的應(yīng)用

熊超 唐偉 許兆榮 蔣一琦

南京工程學(xué)院工程實(shí)驗(yàn)與訓(xùn)練中心，江蘇 南京 211167

RFID定位技術(shù)在自動(dòng)引導(dǎo)小車（AGV）中的應(yīng)用

熊超 唐偉 許兆榮 蔣一琦

南京工程學(xué)院工程實(shí)驗(yàn)與訓(xùn)練中心，江蘇 南京 211167

AGV小車指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車。作為一種無人駕駛工業(yè)搬運(yùn)車輛，高速高效、準(zhǔn)確定位對(duì)于AGV小車運(yùn)輸系統(tǒng)十分重要。RFID具有非接觸、非視距等優(yōu)點(diǎn)。利用RFID控制AGV小車定位，相對(duì)于其他定位方式（慣性定位、超聲波定位）不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，而且更容易實(shí)現(xiàn)，能準(zhǔn)確定位。

AGV小車；RFID；定位

引言

自動(dòng)化、信息化、智能化已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的需求，進(jìn)入21世紀(jì)以來，無限技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)繼續(xù)不斷深入發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)蒸蒸日上。RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。本文主要介紹利用AGV小車上讀取的標(biāo)簽的不同，確定AGV小車所在區(qū)域，實(shí)現(xiàn)自身定位停車。

AGV小車一般作用于室內(nèi)，且為無軌運(yùn)輸系統(tǒng)。AGV小車系統(tǒng)相對(duì)于有軌系統(tǒng)主要解決的問題是運(yùn)輸平臺(tái)的定位問題。目前AGV小車系統(tǒng)定位技術(shù)主要有超聲波技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)、RFID等。

超聲波定位技術(shù)定位精度較高，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，但超聲波受多徑效應(yīng)和非視距傳播影響很大，同時(shí)底層硬件設(shè)施投資成本也很高。

Wi-Fi定位也是當(dāng)前較為流行的一種定位技術(shù)，由于收發(fā)器功率較小，只能覆蓋半徑90米以內(nèi)的區(qū)域，而且受其他信號(hào)的干擾較大，從而影響其精度，所以只適用小范圍內(nèi)的室內(nèi)定位，定位能耗也比較高。而且使用者必須要確定用戶接入Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中的接入點(diǎn)。

UWB（超寬帶）技術(shù)是一種全新的、與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大差異的通信新技術(shù)。但理論研究和市場(chǎng)應(yīng)用都還不夠成熟，有一定技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，此外成本也比較高。

RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識(shí)別和定位的目的。RFID標(biāo)簽具有體積小，壽命長(zhǎng)，容量大，可以重復(fù)使用等特點(diǎn)，可以支持快速讀寫、非可視識(shí)別、移動(dòng)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別。這種技術(shù)作用距離短，成本低，如果電子標(biāo)簽鋪設(shè)密度大，可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位。

綜上所述，將RFID技術(shù)應(yīng)用到AGV小車系統(tǒng)，研究基于RFID定位的AGV小車系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)規(guī)劃路徑的自動(dòng)導(dǎo)航。

1 總體架構(gòu)

完整的RFID系統(tǒng)都是由電子標(biāo)簽應(yīng)答器（Tag）與閱讀器（Reader）以及應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成。電子標(biāo)簽（Tag）可以分為無源電子標(biāo)簽（Passive tag）、有源電子標(biāo)簽（Active tag）和半有源標(biāo)簽（semi-active tages）。無源電子標(biāo)簽沒有內(nèi)置電池，僅僅在工作時(shí)依靠讀寫器發(fā)射的RF信號(hào)對(duì)其激活，因此讀寫距離也較近；有源電子標(biāo)簽有內(nèi)置電池，無需讀寫器提供能量，因此成本較高，讀寫距離也較遠(yuǎn)；半有源射頻標(biāo)簽內(nèi)的電池供電僅對(duì)標(biāo)簽內(nèi)要求供電維持?jǐn)?shù)據(jù)的電路或者標(biāo)簽芯片工作所需電壓的輔助支持，本身耗電很少的標(biāo)簽電路供電。此標(biāo)簽未進(jìn)入工作狀態(tài)前，一直處于休眠狀態(tài)，相當(dāng)于無源標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)部電池能量消耗很少，因而電池可維持幾年，甚至長(zhǎng)達(dá)10年有效；當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的讀出區(qū)域時(shí)，受到閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)激勵(lì)，進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，標(biāo)簽與閱讀器之間信息交換的能量支持以閱讀器供應(yīng)的射頻能量為主(反射調(diào)制方式)，標(biāo)簽內(nèi)部電池的作用主要在于彌補(bǔ)標(biāo)簽所處位置的射頻場(chǎng)強(qiáng)不足，標(biāo)簽內(nèi)部電池的能量并不轉(zhuǎn)換為射頻能量。

因此，RFID定位方式可以分有源和無源定位。有源定位依靠有源RFID標(biāo)簽基于接受信號(hào)強(qiáng)度（RSS）的測(cè)量方式來確定用戶的位置。無源定位在地面鋪設(shè)一定密度的無源標(biāo)簽依靠讀不同位置的標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)定位。

本課題基于無源定位給出了具體的解決方案。

該定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，采用PC做為監(jiān)控端，PC機(jī)上接有ZigBee模塊，通過編寫上位機(jī)程序與受控端進(jìn)行通信。定位端是由帶有RFID讀寫器的AGV小車系統(tǒng)。AGV小車系統(tǒng)通過RFID讀寫器讀到的TAG信息來確定位置。主控制器收到信號(hào)之后再根據(jù)設(shè)置要求是否停車。

系統(tǒng)布局圖如圖2所示。在定位之前給每個(gè)標(biāo)簽值賦予一定的位置信息，當(dāng)車體經(jīng)過的時(shí)候，車上攜帶的RFID讀寫器就會(huì)讀到相應(yīng)的位置信息，上位機(jī)先設(shè)定好AGV小車停車定位點(diǎn)，在AGV小車走過規(guī)劃路徑過程中，RFID讀卡器讀取每個(gè)位置節(jié)點(diǎn)，并且在上位機(jī)上面顯示。此時(shí)就可以知道車體的位置以實(shí)現(xiàn)車體的定位。

圖1 運(yùn)輸平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)布局圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

AGV小車車體的主控制器是Cortex-M3內(nèi)核的ARM-STM32F103VET6芯片，主頻為72MHz，片內(nèi)512KB Flash，內(nèi)置多個(gè)USART控制器，分別與Zigbee模塊和RFID讀寫器連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和受控信號(hào)的接收。車體控制板設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 車體控制板硬件圖

主控板由JTAG口進(jìn)行程序的調(diào)試和下載，通過USART1從ZigBee模塊得到受控端的受控信號(hào)，USART2與RFID讀寫器相連，當(dāng)讀寫器讀取到地面上鋪設(shè)的電子標(biāo)簽時(shí)，可以實(shí)時(shí)傳輸給主控芯片以便處理。主控芯片處理過后把位置信息通過ZigBee模塊實(shí)時(shí)發(fā)送給監(jiān)控端。主控芯片與車體驅(qū)動(dòng)器相連，收到受控信號(hào)后經(jīng)過處理驅(qū)動(dòng)車體到預(yù)設(shè)停車位置。

3 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)

AGV小車系統(tǒng)運(yùn)輸平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)圖

3.1 監(jiān)控端軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控端軟件由PC上通過桌面程序設(shè)計(jì)軟件C#編寫，由于需要ZigBee通信，故采用現(xiàn)成的USB轉(zhuǎn)ZigBee模塊，實(shí)現(xiàn)與運(yùn)輸平臺(tái)的通信。

3.2 車體軟件設(shè)計(jì)

車體軟件流程圖如圖5所示，車體初始化完成后等待監(jiān)控端發(fā)來的命令，收到命令后，確定所需停車定位點(diǎn)，車體根據(jù)AGV導(dǎo)引線行走。車體開始行走的時(shí)候?qū)崟r(shí)讀取當(dāng)前的位置信息，反饋給監(jiān)控端和車體主控制器，到讀取到的位置信息是設(shè)定停車定位點(diǎn)時(shí)，車體停車裝貨，裝貨完畢根據(jù)規(guī)劃路徑返回。

圖5 軟件流程圖

4 結(jié)語

通過多次設(shè)計(jì)與樣機(jī)驗(yàn)證，此基于RFID定位的AGV小車能在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)位置準(zhǔn)確停車。相對(duì)于其他定位方式，RFID定位更簡(jiǎn)單、廉價(jià)。隨著運(yùn)輸和信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，智能化運(yùn)輸越來越多，基于RFID技術(shù)的AGV小車在智能化運(yùn)輸中會(huì)得到越來越多的應(yīng)用。

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RFID location technology Automatic Guided Vehicles (AGV)

Xiong Chao Tang Wei Xu Zhaorong Jiang Yiqi
Engineering Experiments and Training Center, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167，China

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.17.045

Abstractthe AGV car equipped with automatic guidance devices such as electromagnetic or optical.Can be guided along the prescribed path of travel, with security and a variety of truck shift the upload function.As an unmanned industrial handling vehicles, high speed and efficiency, accurate positioning of the car transport system is very important for the AGV.RFID has the advantage of non-contact, non line of sight.Using RFID to control AGV car positioning, relative to other means of locating the (inertial positioning, ultrasonic positioning) is not only simple, low cost, and easier to achieve accurate positioning.

KeywordsAGV car；RFID；positioning