基于Socket通信的AGV上位机控制系统

2021-11-07张功学徐耀辉

现代机械 2021年5期

薛哲，张功学，何凯，徐耀辉，崔聪

(1.陕西科技大学机电工程学院，陕西西安 710021；2.中国科学院深圳先进技术研究院，广东深圳 518055)

现在AGV导引技术正在迅速发展，很多行业已经开始采用AGV导引技术[1]。但是部分AGV小车的控制方式为触摸屏控制，需要人工近距离操作，步骤繁琐。并且在复杂实验环境下或者AGV小车行驶过程中操作时，存在一定的安全隐患。因此，为了提高AGV小车操控的安全性与方便性，本文使用C#编程语言，结合Socket通信与串口转WIFI技术，设计出一款适用于AGV小车的上位机控制系统，此系统可使人在较远距离使用电脑控制AGV小车，即使在复杂实验环境下也可以很方便的操控AGV小车并且保证了人员的安全。

AGV通讯系统用于实现AGV与地面控制站及地面监控设备之间的信息交换[2]。在本文中AGV的通讯系统采用一问一答式，上位机发送询问数据，AGV控制板在接收到数据之后，根据接收到的数据进行回应或者不回应，通过询问数据对AGV小车进行控制。

1 Socket通信原理

Socket作为进程通信机制，是2个程序之间进行双向数据传输的网络通讯端点，用一个地址和一个端口号标识[3]。Socket通常也称作“套接字”，用于描述IP地址和端口。

1.1 服务器端和客户端

在通信过程中，客户端主动打开连接，服务器端是被动的[4]。当客户端和服务端彼此交换数据前，必须先在双方之间建立一个TCP连接之后才能传输数据[5]。

服务器端的Socket至少需要两个，一个负责接收客户端的连接请求，但是不负责与客户端的通信；当服务端接收到客户端的连接后便会在服务端产生一个负责通信的Socket，这个Socket是在收到客户端的连接时创建。

客户端的Socket必须指定要连接的服务端的IP地址和端口；通过创建一个Socket对象来初始化一个到服务端的TCP连接。

1.2 Socket通信基本流程

服务端先初始化Socket，通过bind函数与端口绑定，调用listen函数对端口进行监听，再调用accept函数等待客户端的连接。当有客户端初始化一个Socket后，调用connect函数与服务端进行连接，服务端接收到客户端的连接请求并连接成功后，这时客户端就可以发送数据请求，服务端接收并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，一次服务端与客户端的交互结束。

图1 AGV小车控制系统通信流程图

2 系统设计

2.1 服务端设计

当打开服务端软件后，先是服务端开始监听并且接受AGV小车发来的连接请求，连接成功后便可以向AGV小车核心板发送数据，如果AGV小车成功接收到数据并作出相应指令，会向服务端回应信息，显示在相应区域，回应信息分为AGV当前实时状态和每条询问指令成功接收的应答信息。

2.2 服务端功能实现

2.2.1 创建一个负责监听的Socket

部分代码如下：

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("监听成功/r/n");

SocketWatch.Listen(10);

首先新实例初始化Socket类使用指定的地址族、流式套接字和TCP协议；

接下来提供Internet协议(IP)地址，并侦听所有网络接口上的客户端活动的IP地址；

然后新实例初始化IPEndPoint类具有指定的地址和端口号；

使用Bind()函数将IP地址、端口号与负责监听的Socket相关联；

使用SocketWatch对象的Listen()函数使监听的Socket处于侦听状态；

最后当打开服务端软件时在ShowMsg对话框显示监听成功。

2.2.2 创建一个负责通信的Socket

部分代码如下：

Socket socketsend = SocketWatch.Accept();

ShowMsg(socketsend.RemoteEndPoint.ToString() + ":" + "连接成功" + "/r/n");

为了接收来自客户端的连接请求，使用Socket类中的Accept()函数创建一个新的Socket用于与客户端进行通信；当连接成功后则会在ShowMsg对话框显示连接成功。

2.2.3 接收和发送消息

int r=socketsend.Receive(buffer);

ShowMsg(socketsend.RemoteEndPoint.ToString() + ":" + str + "/r/n");

使用Socketsend对象中的Receive()函数接收客户端发来的消息并存储到接收缓冲区中，最后将其显示在ShowMsg对话框中。

socketsend.Send(buffer);

使用Socketsend对象中的Send()函数向客户端发送消息。

在本控制系统中，上位机向AGV核心板发送的为十六进制数据，共14个字节。其中起始码占1个字节，为通信开始标志位；功能码占1个字节，代表询问指令功能；数据码占5个字节，代表对应的数据码含义；预留5个字节，为无效数据位；结束码占1个字节，为通信结束标志位；校验码占1个字节，为前边所有码相加除以256的余数。例如AA C1 00 03 E8 03 E8 00 00 00 00 00 BB 11为14个字节，其所代表的含义为AGV小车向前运行，左右电机转速为1000 rpm/min。

因为要计算校验码，所以需要将前边所有编码提取出来转化为int类型相加除以256求余，求出来的余数为校验码，再将所有的编码转换成string类型进行相加；由于只能发送Byte类型的数据，最后将相加的string类型编码转换成Byte类型则为最终要发送的编码。

部分代码如下：

int[] suma = new int[8];

suma[0] = Convert.ToInt32(str[0]，16);

将所有编码转化成int类型。

int sum=new int();

for (int i=0;i

{

sum+=suma[i];

}

int check=sum%256;

使用for循环将所有转化成int类型的编码相加，最后再求余得出校验码。

2.3 服务端界面设计

图2 界面设计

如图2所示，TextBox1为服务端IP地址，TextBox2为端口号，TextBox3显示AGV小车的返回信息，TextBox4和5可以调节AGV小车左右电机的转速，TextBox 6和7可以控制AGV小车升降平台的升降高度和速度。当AGV小车启动后，PC端连接WIFI，输入IP地址和端口号再点击连接按钮，就会收到AGV小车的连接请求，连接成功后会在TextBox 3显示连接成功，如果AGV小车行进或升降过程中出现异常情况，可以立即点击停止按钮就会停止设备，界面中其他按钮则实现其相对应的功能。