防疫物资智能投送车的设计

东南大学成贤学院 徐思仪 庄宇辰 陈 骁 于海洋

在目前的大形势下，新冠肺炎依然成为整个世界的一个难题，人与人之间的互动也因此减少了很多，对于防疫物资的需求也加大了。此时我们产生了想法，将物流转变为人与智能设备的互动，这样不仅能够简化防疫的一部分难度，也能更加系统化地解决疫情防控期间近距离物资流动的需要，于是防疫物资智能投送车的想法便应运而生了。

1 智能投送车总体设计

1.1 系统流程设计

项目整体流程如图1所示：包括平台接单，运输过程，取件过程。微信平台接单，当物资放置好后，智能车会沿着路线到达该层指定的位置，客户出示微信小程序生成的二维码，智能车内置的二维码扫描模块会校验二维码是否正确。检测正确则电机转动打开智能箱后盖。箱底内置传感器，检测到货物取走后一段时间重新起步，沿着路线回到起点。如果打开后不及时取走物资，电机会重新锁定，必须重新扫码后才打开。至此，整体流程完成。

图1 系统流程设计

1.2 整体结构设计

防疫物资投送车以STM32F103C8T6作为主控，实现的功能有循迹，智能避障，二维码开箱，检测物资是否被拿走，定点停车与起步，并且设计了一个专属微信下单小程序与智能车配套，如图2所示。

图2 整体结构设计

2 智能投送车硬件设计

2.1 主控芯片

STM32F103C8T6由ST公司出品，属于32位ARM微控制器，内核为Cortex-M3，最高72MHZ的工作频率，程序存储器容量64KB。出了低功耗的特点外，芯片还具有2个A/D转换器，7通道DMA控制器，大量快速I/O口，所有I/O可以映射到16个外部中断，多达7个定时器，多达9个通信接口。

相比于别其他的型号的单片机，STM32F103C8T6的封装足够小，满足项目各部分需求。

2.2 红外循迹模块

该模块选取的是TCRT5000红外反射传感器。上电以后，红外发光二极管会发射红外线。红外线对不同的物体的反射情况不同，从而使模块输出不同的电平。主控芯片识别接收高低电平的变化，来判断是否检测到黑线，从而达到循迹功能。

本项目在车头处安装了五个红外反射传感器，使在智能车能够更加准确的检测到黑线。将5路红外传感器的电平值组成5位二进制数据，主控会根据二进制数的值调整偏差值error，从而控制直流电机让小车旋转相应的角度，使得小车始终沿着黑线行驶。

2.3 超声波避障模块

避障功能是由超声波测距模块US-100实现。通过检测与前方障碍物的距离，来判断是否执行避障程序。给模块上电以后便可发出超声波脉冲，定时器开始计时，计算超声波从发射到接收的时间。声波的传播速度为340m/s，因此智能车与障碍的距离即为：(高电平持续时间×声波速度)/2。

US-100模块自带温度补偿，在检测回波信号后会先对其进行矫正再输出距离值，因此无需在考虑环境温度对于声波速度的影响，始终都是340m/s。

2.4 智能箱模块

该模块由XR1500二维码识别模块和ULN2003步进电机构成。在微信小程序下单后，客户会收到平台自动生成的取件二维码。模块上的摄像头成功识别到二维码后进行解码，并与主控程序中设定的密码进行对比，如果正确则会驱动步进电机转动从而开启箱子。考虑到货物的安全问题，如果一段时间没有取走货物，电机会自动闭合锁定，只有重新扫码才能开启箱子。

2.5 定点停车与起步

该模块由四个按键和两个红外传感器组成。考虑到智能车出发后要能在指定的位置停下，我们在智能车的侧面额外安装了一个红外传感器YX55692。与循迹模块中所用的红外传感器不同的是，该模块对于环境光线的适应力更强。在轨道的侧面贴上垂直于轨道的黑线，当智能车行驶至垂直黑线时，侧面的红外传感器会检测到电平的变化，使得小车在指定位置停下。

另一个红外传感器安装在小车后侧智能箱的底部。当抵达指定地点后，客户扫码开箱取走货物时，主控会检测到电平变化，判断是否起步。考虑到客户取件与小车起步的时间间隔问题，在货物取走后，小车会延时一段时间，等待箱子合上后才会起步。

按键的作用是选择智能车停下的位置，在两个红外模块与按键的配合下可以实现定点停车与起步的功能。

3 防疫物资智能投送车的建模

3.1 小车底盘设计

底盘采用四轮结构，具有结构简单，转向灵活，马力充足等特点，并且底盘相对够大，易于外部电路扩展。

3.2 小车外形设计

小车的外形设计主要分为前后两个区块。前半段用于放置各种电路，循迹，超声波测距模块等都位于前部；后半段是智能箱部分，由步进电机，内置红外与和后盖构成。

外置两个开关，分别控制小车与智能箱的供电。

小车底盘建模如图3所示。

图3 小车底盘建模

4 微信小程序开发

4.1 开发平台与编程语言JavaScript

微信小程序的设计使用“微信公众平台”中的“微信开发者工具”，通过在“微信开发者工具”实现编辑JavaScript语言，代码的测试，以及版本的上传，再由“微信公众平台”进行审核与发布。

4.2 微信小程序的设计

在小程序设计中，为小程序配置了底部栏，页面的设计主要通过动态路径，以及采用修饰函数对文本函数进行修饰，通过函数跳转到别的子页面中，实现页面的可读性和丰富度，加入了“滑块视图容器”实现了显示面板的部分设计，通过定义计算型函数以实现用户所需物资数目的计算，实现了获取智能小车开箱二维码的功能，设计的特点在于使用了微信配套函数来获取客户的信息，实现物资投送时的准确性。通过此微信小程序，客户可以了解防疫物资投送车的相关功能，设计原因，防疫物资种类，开箱指导，以及选择防疫物资来实现通过防疫物资智能投送车获取所需的防疫物资。

结语：本文介绍了一种防疫物资智能投送车，主要使用于单楼层中的防疫物资运输，主要通过定点投送和规避路障来为客户提供所需的防疫物资，在车内置有防疫物资仓库，实现防疫物资的存储、运送。客户可以通过微信二维码扫码进入智能投送车配套微信小程序中，即可选取自己所需的防疫物资的种类和数目，下单可获取开箱二维码，等待防疫物资智能投送车的到达，即可凭此二维码开启防疫物资仓库，获得所需的防疫物资。