基于Socket通信的AGV上位機控制系統(tǒng)

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(xiàn)在AGV導引技術正在迅速發(fā)展，很多行業(yè)已經(jīng)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(huán)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(tǒng)，此系統(tǒng)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(huán)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(tǒng)用于實現(xiàn)AGV與地面控制站及地面監(jiān)控設備之間的信息交換[2]。在本文中AGV的通訊系統(tǒng)采用一問一答式，上位機發(fā)送詢問數(shù)據(jù)，AGV控制板在接收到數(shù)據(jù)之后，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進行回應或者不回應，通過詢問數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)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(shù)據(jù)前，必須先在雙方之間建立一個TCP連接之后才能傳輸數(shù)據(jù)[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(chuàng)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(chuàng)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(shù)與端口綁定，調用listen函數(shù)對端口進行監(jiān)聽，再調用accept函數(shù)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(shù)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(fā)送數(shù)據(jù)請求，服務端接收并處理請求，然后把回應數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，客戶端讀取數(shù)據(jù)，一次服務端與客戶端的交互結束。

圖1 AGV小車控制系統(tǒng)通信流程圖

2 系統(tǒng)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(jiān)聽并且接受AGV小車發(fā)來的連接請求，連接成功后便可以向AGV小車核心板發(fā)送數(shù)據(jù)，如果AGV小車成功接收到數(shù)據(jù)并作出相應指令，會向服務端回應信息，顯示在相應區(qū)域，回應信息分為AGV當前實時狀態(tài)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(xiàn)

2.2.1 創(chuàng)建一個負責監(jiān)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(jiān)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(xié)議；

接下來提供Internet協(xié)議(IP)地址，并偵聽所有網(wǎng)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(shù)將IP地址、端口號與負責監(jiān)聽的Socket相關聯(lián)；

使用SocketWatch對象的Listen()函數(shù)使監(jiān)聽的Socket處于偵聽狀態(tài)；

最后當打開服務端軟件時在ShowMsg對話框顯示監(jiān)聽成功。

2.2.2 創(chuàng)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(shù)創(chuàng)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(fā)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(shù)接收客戶端發(fā)來的消息并存儲到接收緩沖區(qū)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(shù)向客戶端發(fā)送消息。

在本控制系統(tǒng)中，上位機向AGV核心板發(fā)送的為十六進制數(shù)據(jù)，共14個字節(jié)。其中起始碼占1個字節(jié)，為通信開始標志位；功能碼占1個字節(jié)，代表詢問指令功能；數(shù)據(jù)碼占5個字節(jié)，代表對應的數(shù)據(jù)碼含義；預留5個字節(jié)，為無效數(shù)據(jù)位；結束碼占1個字節(jié)，為通信結束標志位；校驗碼占1個字節(jié)，為前邊所有碼相加除以256的余數(shù)。例如AA C1 00 03 E8 03 E8 00 00 00 00 00 BB 11為14個字節(jié)，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(shù)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(fā)送Byte類型的數(shù)據(jù)，最后將相加的string類型編碼轉換成Byte類型則為最終要發(fā)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(huán)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(jié)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(jié)。其中起始碼、功能碼、結束碼和校驗碼各占1個字節(jié)；數(shù)據(jù)碼占2個字節(jié)，01代表設置成功，00代表設置失??；預留8個字節(jié)。

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(tài)按鈕查詢AGV當前狀態(tài)。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(shù)據(jù)碼為01，即證明設置成功；由查詢狀態(tài)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(tǒng)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(fā)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(tǒng)，其主要優(yōu)點有：在復雜實驗環(huán)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(huán)境下操作人員的安全。