汽车企业中多AGV通讯组网技术研究

2019-03-13 13:00王亮
科技创新与应用 2019年5期
关键词:无线通讯

王亮

摘  要:AGV技术以其智能、高效、快捷等优势在工业生产中得到了广泛的应用,这在汽车制造业中体现得尤为明显。随着汽车企业中AGV数量的不断增加,随之而来的是多AGV的通讯组网问题,文章首先分析了Zigbee无线网络的拓撲结构类型,然后采用Zigbee技术设计多AGV通讯系统,使得一台工控机即可对多个AGV进行控制,提高了系统的灵活性。

关键词:多AGV;无线通讯;Zigbee;拓扑网络

中图分类号:TP23         文献标志码:A         文章编号:2095-2945(2019)05-0137-02

1 概述

随着制造业成本的提高和利润率的下降,进行技术转型以削减用工成本,是企业提高市场竞争力的关键措施之一[1]。在汽车制造企业中,需要进行大量的物料转运,若采用人工搬运,不仅费时费力,而且容易带来安全问题,不利于企业有序、高效生产。为此,采用AGV技术及其设备进行物料搬运是国内外汽车制造企业的共识。一般而言,AGV的导航方式包括磁钉导航、埋线导航、激光导航等[2],随着计算机视觉技术的发展,基于机器视觉技术的AGV导航越来越受到研究开发者的重视[3]。此外,AGV通常采用离线编程的方式进行路径规划与控制,而随着企业AGV数量的快速增加以及柔性化生产的需求,当需要对AGV进行实时路径规划与调度时,其灵活性较差。因此,新型的无线通讯方式,如蓝牙、Zigbee等技术在AGV小车中越来越多地得到应用[4,5]。本文即是在此背景下,基于Zigbee技术对汽车制造业中多AGV通讯组网系统进行研究。

2 Zigbee无线通讯技术概述

Zigbee无线通讯技术以IEEE 802.15.4无线通信标准为基础[6],具有多个通信频段,一般单个Zigbee网络可以控制数十个乃至上百台设备,其网络包含协调器、路由器、终端节点等三种设备,由这三种设备可组建成不同结构的Zigbee网络,如星型、网状、树型等,如图1所示。星型拓扑网络组网简单,便于维护和管理,但其协调器处于网络的中央位置,一旦协调器出现故障,将导致整个网络瘫痪而不可用。树型结构网络是在星型网络结构基础上的叠加,可大大增加终端节点的数目,但其与星型结构网络具有同样的缺陷。网状拓扑型无线网络结构,其通讯网络不仅存在于协调器与路由器之间,而且两两路由器也可进行信息通信,因此,当协调器出现故障时并不影响整个网络的功能。

采用Zigbee无线通讯技术来对多AGV进行实时调度,可极大提高系统的灵活性,而且也根据适应柔性化、个性化生产制造的发展趋势。本文采用TI公司的CC2530控制器作为Zigbee系统的通讯模块。该控制芯片最大能建立带20个终端节点或者是14个终端节点加6个路由器的网络结构,数据传输速度为250 Kbps,有效传输距离可达180米。因此,利用该芯片能够完全满足汽车制造企业中多AGV系统的要求。

基于CC2530芯片的Zigbee模块电路如图2所示,该电路中主要包含两大电路:SCI异步通信串口电路和Debug电路。其中,Debug 电路用于接收上位机的数据信息,包括下载程序、在线程序仿真等,其数据传输速度可达230.4Kbps;SCI串口与AGV的微控制器相连,用于向微控制器发送指令。

3 通信网络设计

将企业中的多个AGV进行通讯组网,若企业中需要进行组网的AGV数目为n,则无线通信网络包含了一个协调器和n个终端节点,如有需要,还可对终端节点进行扩展,使其组建成更大规模的无线通信网络。

在整个Zigbee网络中,协调器和终端节点通过Short Addr进行相互识别和数据通信。网络地址分配算法如下:

其中:Cskip为父节点的路由器节点之间的地址间隔;Lm为网络最大深度;Cm为每个父节点所能拥有的最大子节点数;Rm为父节点所拥有的子节点中,路由器节点的个数;d为当前所计算的网络深度。

根据上式计算出父节点的路由器节点之间的地址间隔Cskip后,可据此计算出子节点网络短地址,其计算方法如下:

其中:n为子节点的序号;Aparant为子节点父设备的网络短地址;A(n)为所求子节点的网络短地址。

网络地址分配时优先分配路由器,也就是说父节点设备优先分配路由子节点的网络短地址,然后再分配终端子节点的网络短地址,而且 Zigbee 网络的地址分配是优先分配的方式,就是说哪个节点先入网,就优先给哪个节点分配地址。当路由器入网以后,就可以控制其下的子节点入网,同时也负责给通过其入网的子节点分配网络地址。图3所示为Zigbee组网流程图。

Zigbee组网过程如图3所示,当协调器允许子节点入网之后,会给子节点发送为其分配的网络短地址,节点就可以使用网络短地址进行数据通信。

Zigbee网络通信采用CSMA-CA防碰撞竞争接入机制,所有节点在通信前自动进行空闲信道评估,只有信道空闲时才会进行通信,有效的防止了数据堵塞现象。数据通信采用一问一答形式,而且数据包带有冗余校验,具有出错重传机制,保证数据通信的安全性和稳定性。

4 结束语

AGV在汽车制造企业中的大规模应用有着十分重要的意义,可以减少人工成本、提高物料运输效率,满足智能化、柔性化生产的需要。将无线Zigbee技术与AGV结合,使得AGV的自动规划与智能调度效率大大提高。

参考文献:

[1]赵福全,刘宗巍,史天泽.中国制造2025与工业4.0对比解析及中国汽车产业应对策略[J].科技进步与对策,2017,34(14):85-91.

[2]李凤娥,牛王强.基于磁钉技术的集装箱码头AGV定位精度分析[J].上海海事大学学报,2016,37(1):38-41.

[3]何珍,楼佩煌,钱晓明,等.多目视觉与激光组合导航AGV精确定位技术研究[J].仪器仪表学报,2017(11).

[4]樊锐,李茹,王绩一.蓝牙/ZigBee无线网络传输系统的设计与实现[J].计算机技术与发展,2013(1):209-213.

[5]丁龙刚.基于RFID、Wi-Fi、蓝牙、ZigBee的物联网电磁兼容和干扰协调研究[J].物联网技术,2011(4):59-61.

[6]付凯升,张乐年.ZigBee无线通信方案在多自由度机械手控制系统中的应用研究[J].机电工程,2018(5).

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