基于STM32仓库安全巡检车的研究与设计

基于 STM32仓库安全巡检车的研究与设计

张晓鑫 侯文静

山东协和学院 山东 济南 250109

摘要：传统仓库环境温度通过温度计观测，仓库防火、防盗通过人员巡查来发现问题，这种方法手段单一，往往存在着不准确、不连续的弊端。本文以STM32微处理器为控制核心，设计了一款可规划路径的仓库智能巡检车，取代人工巡检，提高了巡检效率。通过实验环境验证，本文设计的巡检车具有操作简单、巡检效率高、维护方便、工作时间长等特点。

关键词：STM32 仓库巡检车 超声波避障 PWM电机控制

引言

仓库是是企业物资供应体系的一个重要组成部分，一旦发生事故，将可能造成人员伤亡和物资损失。因此，仓库安全管理就是要及时发现并消除库内各种危险隐患，有效防止灾害事故的发生，保护仓库中人、财、物的安全。随着人工智能技术、机器人行业的迅速发展，智能自动化技术逐步取代传统人工巡检，成为巡检工作的新趋势。本文研究设计了一款针对仓库环境监测预警的巡检车，用巡检车代替巡检人员，对仓库进行巡检，监测仓库安全状况，针对不同情况准备不同的预警设置，遇到危险及时发出警报提醒工作人员，帮助提升仓储人员的警觉性，使仓储管理人员可以对危急状况预先做出应对措施，减少甚至避免事故发生。

1 系统总体设计

本系统采用模块化设计，将传感器采集的信号送入STM32微控制器中，信号经过控制器处理后，控制电机驱动、将环境数据显示到OLED屏上、安全报警等。硬件电路包括：STM32单片机模块、人体热释红外模块、红外寻迹传感器、火焰传感器模块、超声波检测模块、OLED显示屏模块、电机驱动以及报警指示电路等。系统设计总体框图如图1所示。

图1 系统设计总体框图

系统通过超声波传感器采集方向、距离等信息，控制电机的运动方向和舵机的转动角度，实现测距并及时躲避障碍物。通过红外寻迹模块，采集仓库内提前规划的路径信息进行寻迹。通过DHT11模块采集仓库温湿度，实现实时检测仓库温湿度信息。通过火焰传感器采集仓库火情信息、人体感应传感器检测仓库是否有人闯入，并通过蜂鸣器报警电路、警示灯电路进行报警。

2 硬件设计

2.1 STM32最小系统电路

单片机最小系统，是指用最少的元器件构成单片机可以正常工作的系统，供电后单片机能够正常运行且只具备复位、下载程序功能且没有其他任何功能。

STM32最小系统电路如图2所示。

图2 STM32最小系统电路

2.2 超声波避障模块

本设计选用HC-SR04超声波模块，既满足了要求又节省成本，超声波测距传感器可实现无接触式测距。

HC-SR04模块电路如图3所示。

图3 HC-SR04模块电路图

2.3 盗窃预警模块

HC-SR501人体感应模块就是靠人体发射的红外线而进行工作的。当红外感应元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。若检测到有人闯入仓库时，盗窃警报灯亮起，以警示仓库管理人员及时处理。

2.4 火情预警模块

本设计所使用的火焰传感器能在-25到85摄氏度下工作，性能稳定可靠。当巡检工作中，为减少甚至避免因火情带来的损失，当仓库内出现火情时，通过火情报警器、警示灯报警。

2.5 环境温湿度模块

DHT11温湿度模块采用单线制串行接口。系统上电后传感器要等待1s后，传感器越过不稳定状态，在此期间无需发送任何指令。

2.6 电机驱动模块

本设计采用STM32微控制器对巡检车进行控制，通过控制电机转速、转向调整巡检车的转态。STM32通用管脚GPIOA的1/2/3/4与电机驱动模块连接，控制I/O口即可实现对电机的控制，改变电机PWM占空比实现对巡检车的调速。

3 软件设计

3.1 主程序设计

系统上电后，开始执行程序。首先系统初始化，温湿度传感器、显示屏、超声波避障模块、寻迹模块、电机驱动模块处于工作状态，当检测到仓库内有人闯入或出现火情时，巡检车立即停止并通过报警器报警，通过无线串口发送仓库环境信息到用户电脑。

3.2 避障子程序设计

避障是保证巡检车能够正常运行的重要因素之一。巡检车执行避障子程序时，对超声波模块进行系统初始化操作。当超声波模块检测到障碍物时，通过舵机转动控制超声波模块检测方向信息。首先舵机左转，检测左方是否有障碍物，若没有障碍物巡检车左转；反之，若有障碍物将超声波采集距离信息送入STM32中，信号通过STM32微控制器处理后，控制输出合适PWM占空比调节电机转速，从而达到避障目的。

4 结束语

本文以一个简单的轮式移动智能巡检车为研究对象，对超声波障碍物检测及模糊控制避障技术进行了深入细致的研究。设计了巡检车的硬件系统，并加载了程序设计，使小车能够在仓库中智能化行动。针对设计功能需求，研究并解决了其中的一些关键性技术问题，使该智能巡检车具有低成本、多功能、移动方便、方便升级等特点。但巡检车对复杂环境的避障还存在不足，需要再以后的学习中进一步研究，提高巡检监测效果。

参考文献

1. 余青淞,李伦迪.智能巡检机器人的设计[J].轻工科技,2018,(05):95-96.

2. 王鹏飞,张映宏.基于STM32F103微控制器自动避障小车控制系统设计[J].信息技术与信息化,2019(02):77-80.

3. 张安东.基于STM32单片机的超声波测距系统设计与实现[J].铜陵职业技术学院学报,2020(03):51-58.