1. 智能儲物柜基于安卓控制系統平臺方案設計
          來源:智能柜廠家 作者:瑞豐智柜 發布日期: 2020-12-10 瀏覽: 0
          深圳市瑞豐智柜近年來,對智能儲物柜控制系統平臺不斷進行優化,改進功能,設計了一套適用于辦公室、超市、家用等場所的智能儲物柜及物品存放自動化管理系統。操作者通過安卓平臺對該智能儲物柜進行操作??刂葡到y分為兩層:上層基于安卓平臺,完成人機交互、遠程控制、篩選策略、物品識別和信息下載等功能;下層基于單片機,完成尋址、定位和運動控制等功能。

          摘要:

          深圳市瑞豐智柜近年來,對智能儲物柜控制系統平臺不斷進行優化,改進功能,設計了一套適用于辦公室、超市、家用等場所的智能儲物柜及物品存放自動化管理系統。操作者通過安卓平臺對該智能儲物柜進行操作??刂葡到y分為兩層:上層基于安卓平臺,完成人機交互、遠程控制、篩選策略、物品識別和信息下載等功能;下層基于單片機,完成尋址、定位和運動控制等功能。上下層控制系統結合儲物柜機械裝置,可使操作者在無需知道物品具體位置的情況下將物品取出,并進行智能管理。通過手機端的藍牙通訊功能,可實現對儲物柜的無線控制,完成物品的查看、選擇和取出。

          引言:

          對中小戶型住宅而言,提高空間利用率是使其具有較高舒適性的關鍵。在家庭、超市和辦公室等場合,傳統的儲物方式多以利用地面附近空間、人工取放的方式進行,高處空間利用率低下。在通過利用室內高處空間、提高物品擺放密度等方法,提高物品的利用率的同時也會對整套儲物系統的易用性、自動化程度提出更高的要求。在物品管理方面,物品以往多通過人腦或者書面記錄的方法進行記錄。在物品種類繁多或需要準確管理的情況下,這種方式效率低下,可靠性較差,需要較多的人工成本。針對這些問題,利用智能家居和家具機電一體化的理念,采用機電一體化和自動倉庫相關技術,設計了一套室內高處空間物品存放系統和物品管理系統。

          1.智能儲物柜系統所依托的機械結構和運動

          物品存放和管理系統如圖1所示。物品管理系統可控制多組儲物系統;室內高處空間物品存放系統作為一組儲物系統接受控制。兩系統配合完成物品的自動存取和智能管理。

          圖1:智能儲物柜物品存放和管理系統

          (圖1:智能儲物柜物品存放和管理系統)

          整個系統的控制系統分為兩層,上層即物品管理系統,下層是物品存放系統的嵌入式系統。機械結構的主要組成如下:

          A.固定在室內高處的柜體,其內部設有多個用來存放物品的模塊化單元(下簡稱儲物箱)。

          B.柜體正面安裝有可以橫向移動的運輸單元,運輸單元由鋼絲繩牽引進行移動。

          C.運輸單元上裝有貨叉機構,完成儲物單元的選擇及取放動作。

          D.柜體一端安裝有用來使儲物單元上下運動的升降平臺,通過卷揚機帶動。

          2.控制系統功能要求

          控制系統應具備的功能如下:

          A.精確控制多臺電機的運動,協調完成物品取放的功能。

          B.使用人員通過觸摸屏點選需要的物品后,控制系統根據內部數據庫,自動完成物品位置的判斷和機械的控制。

          C.通過條形碼或二維碼識別物品,聯網獲取物品信息。

          D.能通過手機以無線的方式對系統進行物品查找、登記、取出和獲取信息等功能。

          3.控制系統結構

          圖2:智能儲物柜控制系統結構

          圖2.智能儲物柜控制系統結構

          (圖2:智能儲物柜控制系統結構)

          控制系統結構如圖2所示。操作者可通過安卓平臺或者手機對系統進行控制,安卓平臺作為上位機完成人機交互、遠程控制、篩選策略、物品識別和信息下載等功能,當上位機完成物品的篩選和定位后,將位置編號指令通過串口發送給下位機;下位機接收后,據此查詢內部數據,獲得目標位置,進行運動的規劃,再將運動的規劃轉化成電機驅動控制信號,控制機構完成物品的取放。當使用手機進行操作時,手機通過藍牙與安卓平臺進行通訊,同步信息,在提供便捷性的同時可完成與安卓平臺相同的操作??刂七^程中的信息流如圖3所示。

          圖3:智能儲物柜控制過程中的信息流

          (圖3:智能儲物柜控制過程中的信息流)

          3.1通訊協議

          設計中,考慮到系統的一致性和程序流程簡潔,避免不必要的轉換,設定了統一的應用層通訊協議。

          3.2上層控制平臺的實現

          3.2.1平臺功能

          A.物品信息掃描錄入。用戶在使用本系統存儲物品時,可通過掃描二維碼,快速錄入物品的信息,如物品的名稱、照片、生產日期、保質期和物品分類等,平臺功能可節省用戶手動輸入物品信息的時間。平臺功能的操作流程是:在初次進行某件物品存儲時,用戶需要手動輸入物品信息,系統會幫用戶生成并打印出二維碼標簽,用戶將二維碼標簽粘貼于物品上;之后進行物品信息存儲時,用戶只需通過手機或平板電腦的攝像頭掃描此二維碼標簽,系統將快速從中讀取包括物品照片、生產日期、保質期、物品分類和物品名稱等信息。當用戶完成錄入后,系統會根據物品信息自動分類,并顯示相關信息。系統還提供了用戶管理、物品查找和物品搜索等功能。為便于用戶使用安卓系統與移動終端使用相同的界面。

          B.無線控制。用戶可以手機、平板電腦等移動設備端,無線近程控制機械與動力裝置完成物品的存取。此功能可使用戶在家里的大部分地方都能無線控制此儲物系統。

          3.2.2實現方式

          A.物品信息掃描錄入。①條形碼和二維碼,綜合考慮成本、實用性、技術成熟成熟程度,選用條形碼和二維碼作為物品識別的媒介。當物品上具有條形碼時,通過掃描條形碼,聯網搜索獲得物品信息,自動填入,由用戶補充。當物品上沒有條形碼時,由用戶錄入信息,并打印二維碼,粘貼到物品上。由于二維碼包含的信息量大,用戶錄入的信息可以部分存入,便于在多個系統之間轉移,避免重復輸入。②二維碼圖片的生成,系統支持QRcode、PDF417兩種二維碼編碼方式,利用安卓平臺提供的圖片處理接口Bitmap,將物品的各類信息以Json(javascriptobjectnotation)的格式編碼成一個字符串,然后將字符串轉換成黑白點陣,最后轉化為相應的二維碼圖片。③二維碼的識別,系統利用手機或平板電腦自帶的攝像頭,拍攝物體上的二維碼標簽,對其多幀圖片,分析其中的黑白點陣排列,判定其編碼格式(QRcodePDF417),然后利用此編碼格式的編碼規則,對其進行解碼,得到字符串,然后利用java語言提供的JSON格式串處理接口JSONObjectJSONParser,從中提取物品的各類信息。圖4為二維碼識別的流程。

          圖4:智能儲物柜識別二維碼的流程

          (圖4:智能儲物柜識別二維碼的流程)

          B. 無線控制。移動客戶端與安卓固定平臺之間的無線通信—藍牙通信,系統利用設計好的通信協議,使用安卓平臺提供的藍牙通信接口Blue-toothAdapter、BluetoothDevice,實現藍牙模塊的開啟關閉、藍牙設備的掃描和藍牙設備的配對;利用BluetoothServerSocketBluetoothSocket接口,實現全雙工的藍牙通信。對于安卓系統,藍牙通信無需了解具體協議,通訊的建立只需通過調用接口,完成啟動流程。安卓固定平臺與單片機之間的串口通信,安卓操作系統本身并不提供串口通信功能,系統通過編寫安卓串口驅動,實現安卓的串口通信功能,利用驅動中提供的串口通信接口HardwareController,實現與單片機的串口通信。

          3.3下層控制的實現

          3.3.1功能

          通過主控芯片與上層控制平臺之間的協調通訊,控制機械系統完成規定動作流程,實現對物品數據庫數據與實際物品所在空間位置的同步。涉及到如下部分功能模塊:上位機通訊模塊、頻率可調步進電機控制脈沖的生成模塊、位置檢測模塊、多步進電機控制順序的組織與協調以及運行狀態指示模塊。

          3.3.2實現方式

          A. 電路結構。下層控制系統硬件結構如圖5所示,下層主控制器芯片AT89S52單片機,它具有8K字節程序存儲空間,256字節數據存儲空間,沒有內帶EEPROM存儲空間,而STC89C52RC單片機具有8K字節程序存儲空間,512字節數據存儲空間,內帶4K字節EEPROM存儲空間,可直接使用串口下載。通訊模塊采用MAX232芯片。單片機及外圍芯片供電使用LM2596開關電壓調節器。

          圖5:智能儲物柜下層控制系統硬件結構

          (圖5:智能儲物柜下層控制系統硬件結構)

          B. 主要程序流程。下層控制系統程序流程如圖6所示。整個結構為自然順序的循環,完成上位機的一個存或者取的任務。上位機先取出所需用來存放的儲物盒,然后用戶將所要存放東西放入取來的儲物盒之中。之后向單片機發出信號,單片機控制儲物盒上升到儲物柜之中,然后將裝有所存放東西的儲物盒返回之前的位置之中,完成存放。而取的過程同樣按照存放任務的循環,將所需的儲物盒取出,然后再放回的順序,完成取出物品的循環。

          圖6:智能儲物柜下層控制系統程序流程

          (圖6:智能儲物柜下層控制系統程序流程)

          C. 串口通訊協議。整個運動過程中與上位機的通訊并不頻繁,通訊僅在進行任務分配時進行,也即是在每次動作循環前后進行數據傳輸與確認。電路采用12MHZ晶體振蕩器,為保證通訊之間的精度,減少誤碼的發生,所以采用最高2400波特率,保證與上位機之間通訊不會出現信號丟失現象,并且在軟件系統中進行通訊校驗的步驟,如CRC32即循環冗余校驗檢測。

          D. 步進電機控制程序設計。采用步進電機驅動器時,步進電機的基本控制方法為產生一個脈沖信號時,步進電機向規定方向產生一個轉角θ,當送入一系列脈寬可調的連續脈沖信號時,步進電機產生相應的旋轉速度,步進電機的細分次數將通過步進電機的驅動器來調節,需要通過分別對每個步進電機工作速度與效率進行評估后進行選擇。脈沖產生方法分為兩種,一種是通過延時函數來產生,但這種方法的缺點是產生的脈沖不精確,并且浪費了大量的控制器計算時間;另二種是通過定時器中斷來產生脈沖,這樣的方法產生的脈沖較準確,但需要利用一個定時器來控制,設計采用這種方案。但這樣就有一個問題,主控制芯片的定時器資源比較緊張,串口通信需要占用3個定時器的其中之一,因此,步進電機控制需要充分利用STC89C52RC剩余的2個定時器中斷,需要避開同時對多個步進電機的同時操作,分別在不同時段對步進電機進行操作,克服主控制器定時器的缺乏。通過速度參數計算產生相應定時器初值,當脈沖計數參數到達指定次數時進行定時器處置的重裝。加速運動時,重裝脈沖計數間隔逐漸增加,因此,使速度產生間隔變化。減速過程與加速過程相反,重裝間隔脈沖逐漸減少,產生相應的減速運動。步進電機可采用開環控制,但由于繩傳動時會產生微小誤差,因此,需要進行位置矯正。具體方法:通過為每個電機位置相應的全局變量進行記錄,每次電機運行達到規定次數時,進行減速及停止的操作。當進行完一個存取的工作循環時,每個存取箱進行歸位。歸位時檢測相應位置行程開關的狀態,當到達初始狀態時,進行相應變量的重置。最終通過各相關動作產生所需的存放及取用動作。

          4.結束語

          智能柜生產廠家將智能家居的理念與自動化倉庫的理念相結合,討論了基于安卓平臺的智能儲物柜控制系統,包括系統結構、硬件組成、軟件設計和通訊協議。經測試,系統運行穩定,操作方便,界面友好,達到了預期的效果。系統使得自動儲物柜更加人性化,易于操作。物品管理的功能有助于對物品進行查找、分類、管理和統計。

          5.關于我們

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