【《基于STM32F103RCT6单片机的仓储环境智能监测小车系统设计》18000字（论文）】

基于STM32F103RCT6单片机的仓储环境智能监测小车系统设计摘要随着21世纪物流业的迅猛发展，大公司不断对物流仓储行业提出多样化的需求。对于大型物流仓储系统而言，传统的仓储安全监控系统已不能满足当前的要求，研究和创新仓储安全监控系统已是大势所趋。针对传统安全监控系统的不足，提出用移动小车代替固定传感器进行安全监控的思路。根据综合库存安全监控的要求，本文首先分析了仓库安全监控的功能需求，设计了移动小车的机械结构，确定了小车的空间安全监控的系统框图。其次，对移动小车的硬件进行了详细设计。根据系统的总体设计，对系统的微处理器、电路、超声波检测范围、安全监控等进行了详细的设计，系统选用ARM处理器STM32F103系列芯片STM32F103RCT6作为系统处理器，DHT11数字温湿度传感器采集温湿度信号，MQ-2烟雾传感器采集气体烟雾信号，HC-SR04系列超声波模块进行超声波检测，OLED屏幕实时显示环境信息。本文设计的环境监测小车能够有效地对仓库进行轨道式监控，实现应急处理。通过记录温度、湿度和烟雾浓度，可以对大型仓库的安全状况进行实时监控。对仓储行业的应用具有一定的使用价值，对同类智能车的设计具有一定的领导结构和参考价值。关键词：安全监测；仓储；移动小车目录7730摘要 I5311目录 III31323第1章绪论 5100001.1论文研究背景及意义 5284181.1.1仓储安全监测的重要性 5145661.1.2仓储环境参数分析 646701.1.3传统仓储安全监控系统 7196121.1.4仓储安全监测小车研究意义 8184371.2国内外研究现状 874661.2.1仓储安全监测系统研究现状 8130011.2.2智能小车研究现状 9125991.3研究内容 1015553第2章系统相关技术介绍 12306152.1系统控制方案的选择 1263752.1.1基于传感器的环境监测方式 12166252.1.2以循迹为基础的行驶方式 12247232.2关键技术 13182732.2.1环境监测的准确性 13233032.2.2循迹的准确性 14154382.3KeilMDK平台介绍 1498552.4本章小结 1521966第3章安全监测小车系统设计 16303203.1监测小车设计需求分析 16246513.2监测移动小车整体设计 17310123.2.1移动小车主体结构设计 17159513.2.2移动小车主体结构设计 19181333.3硬件系统设计 20203803.3.1硬件系统总体方案设计 2038233.3.2微处理器选择 21168803.3.3电源模块设计 2272103.3.4安全监测模块设计 2385043.3.5驱动模块设计 24201123.3.6循迹检测障碍模块设计 25271233.3.7OLED显示模块设计 27252703.3.8报警模块设计 28143593.4本章小结 2922442第4章仓储安全监测小车的程序设计 30158004.1系统程序设计 3044564.1.1系统总体框图 30184904.1.2循迹模块程序设计 319754.1.3电机驱动模块程序设计 3540654.1.4安全监测模块程序设计 37211024.1.5报警模块程序设计 42115014.1.6显示模块程序设计 43296114.2系统调试与验证 4599074.3本章小结 466660结论 4729769参考文献 48绪论论文研究背景及意义经济一体化和全球化进程的加快，使得世界经济全球化的概念已成为现实。全球的经济贸易促进了各国物流行业的快速发展，物流行业的发展离不开大型仓储系统的建设。在当今的物流仓储系统中，大型物流仓库担任着非常重要的角色，货物的接收、发送、存储、保存和维护都是仓库的重要任务。物流仓储的各个环节之中，仓库安全是物流仓储工作的前提,产生仓库安全隐患的原因有多种多样,有存储物资性质的因素,如物资易燃、易爆以及易腐蚀、有毒等不安全因素,也有外部环境和管理因素,如环境的温湿度变化引起库存物资质量变化,继而引起仓库安全的不确定性,管理松懈引起盗窃事件的发生等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[HYPERLINK\o"戴红,1998#245"1]。因此,预防仓库安全事故发生,是仓库工作的重要内容。从以上诱发安全隐患的因素可知，在物流仓储中，建立一套完善的仓储安全监控体系，做到及时发现仓储安全，识别现场的危险信息，把安全隐患预防放在仓储物流业发展的第一位，就显得十分重要ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2]。在一个大型物流系统中，仓储安全监测系统对于整个系统来说是非常重要的一环，是保障货物安全、改善仓储环境的重要手段。在一个大型仓库之中，对货物的种类和仓储条件都有不同的规定要求，选择一个适合于所用仓库的监控设备和方法，会大大提高仓储系统中的安全监测能力，仓库安全监控系统主要由视频监控系统、火灾报警监控系统、环境监控系统等多个模块化系统构成ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3]。仓储安全监测的重要性仓储系统的安全监测的功能包括对火灾的预防、盗窃的预防、温湿度超标预防等，对火灾的预防主要是是指对仓库内烟气浓度和可燃气体的监测，利用一些环境监测设备包括感烟探测器，智能火焰探测器和报警开关。温湿度超标预防旨在监测仓储环境中的温度和湿度，当其超过仓储环境的预设值时会提醒相关工作人员处理异常环境因素。常用的装置有温度传感器和湿度传感器。人员盗窃的预防主要是基于防盗安全的考虑，在仓库内通常通过摄像头、红外传感器、防盗报警系统、防盗开关等设备进行防盗，防止仓库内及周围发生盗窃，现场监控录像在监控室实时记录，对盗窃行为进行调查。二十一世纪的物流业受到了电子商务的影响从而快速发展，大型仓储企业针对不同货物的仓储条件对仓储设计提出了不同的要求，例如，大型超市和购物中心对仓储设计的要求是仓库实现温湿度分区管理和控制；饮料乳制品公司对仓储设计的要求是必须严格监控原料和奶制品的低温环境；烟草公司对仓储设计的要求是烟草极易燃烧、在湿度较高的环境下易腐烂，因此有必要对储存环境的温湿度进行严格的监测；蔬菜水果等食品公司对仓储设计的要求是环境有一定的温湿度需求，同时也对环境中二氧化碳、乙烯等气体的浓度有严格的把控，因此，对仓储环境中这些气体的浓度进行严格的监测把控也是十分必要，这些不同的仓储设计要求要求给物流业带来了快速的发展，也对仓储环境的安全监测提出了巨大的挑战。保证仓库的安全和货物的质量是仓库安全监测的重要组成部分，而对仓储环境的实时监测是仓库管理的关键，仓储安全监测涉及到对食品、农产品、工业产品等的控制和管理，构成了供应链中非常重要的管理环节ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]。仓储安全监测系统可以及时、全面、准确地获取存储环境的现状和数据，可以反映存储环境的发展趋势，尤其是大型仓储系统的安全监测，它不仅可以延长存货的使用寿命，保证存货的质量，而且可以防止存货的变质或损坏对环境的污染，因此，安全监测对整个物流系统和社会经济的发展具有长远的意义。仓储环境参数分析在大型仓储环境中，工作人员需要监测的关键参数有很多，例如：光照强度、温湿度、气体烟雾浓度等参数。在这些参数中，影响仓储环境最主要的是环境中的温湿度，因为在仓储环境中，货物的腐烂与霉变以及火灾的发生是由于温度湿度共同导致的。正是因为如此，温湿度是仓储监测中最为重要的监测参数。由于各个仓库所针对存放的物品各不相同，各种环境参数的预设值也不一样，在大型仓储环境中针对各个参数的指标要求如下：（1）温度要求。在我国普遍的大型仓储系统中，所要求的环境温度约为25℃。但是有部分货物对仓储环境温度要求苛刻，例如：乳制品，药品，生鲜产品，速冻食品等，为了确保这些货物的质量安全，使其处于规定的环境温度显得尤为重要。（2）湿度要求。仓储环境中最常见的是相对湿度表示法，即一定温度下，空气中\t"/item/%E7%9B%B8%E5%AF%B9%E6%B9%BF%E5%BA%A6/_blank"水汽压与相同温度下\t"/item/%E7%9B%B8%E5%AF%B9%E6%B9%BF%E5%BA%A6/_blank"饱和水汽压的\t"/item/%E7%9B%B8%E5%AF%B9%E6%B9%BF%E5%BA%A6/_blank"百分比。或\t"/item/%E7%9B%B8%E5%AF%B9%E6%B9%BF%E5%BA%A6/_blank"湿空气的\t"/item/%E7%9B%B8%E5%AF%B9%E6%B9%BF%E5%BA%A6/_blank"绝对湿度与相同温度下可能达到的最大绝对湿度之比。也可表示为湿空气中\t"/item/%E7%9B%B8%E5%AF%B9%E6%B9%BF%E5%BA%A6/_blank"水蒸气分压力与相同温度下水的\t"/item/%E7%9B%B8%E5%AF%B9%E6%B9%BF%E5%BA%A6/_blank"饱和压力之比。空气越潮湿，相对湿度也就越大，水分不易蒸发ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5]。在大型物流仓库内，阳光充足的地方相对湿度低，背阳的地方相对湿度较高，仓库中各类货品对相对湿度的敏感度不同，在存放货品时，要充分考虑其对相对湿度的要求，选择合适的位置进行储存。气体烟雾浓度要求。各种烟气的含量与环境条件密切相关。不同种类气体的浓度是仓库安全监测的重要参数，主要包括（氧气）、（一氧化碳）、(二氧化碳）ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6]等气体的浓度监测。火灾中的烟气主要是和，因此监测环境中的烟气浓度可以在火灾早期及时发现火灾，减少损失。另外，和的浓度和影响维持生命活动的代谢过程，是储存气体浓度监测的重点，其他有毒气体也是储存安全的重要监测参数。一般情况下，在制定环境参数监测要求前，应充分考虑储存物品的性质，对影响储存环境安全的关键参数进行监测，发现异常情况及时通知相关人员采取相应的补救措施ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[7]。传统仓储安全监控系统传统的仓储安全监控系统主要有两种：人工巡查法和在线监控法ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[8]。人工巡查法人工巡查法主要是由仓库工作人员定时巡查仓库内部环境，在仓库各个部位记录各个参数值，如果发现环境参数异常，及时做出相应应对办法。这种方法的优点是使用设备简单，仅需使用参数测量仪即可，主要的缺点是这种方法效率低下，实时性差，存在测量误差，如果仓库产生有毒气体会严重危害工作人员生命安全。在线监控法在线监控法主要是利用检测传感器在仓库各个位置进行环境监测，通过数据传输的方式传输到监控室内，发生参数异常时及时报警处理。这种方法的优点是节省人力，数据具有实时性，稳定安全，缺点是监测有死角，线路复杂，成本高。仓储安全监测小车研究意义图1-1大型仓储内部结构图如图1-1所示，大型仓储物流仓库的监控方法存在以下两个缺点：（1）环境信息收集不准确。在物流仓储的仓库中，各种货物的高度不一定，占地面积不一定，从而导致安装在高处的检测设备不能很好的检测到低高度的环境信息，存在监控死角。（2）安装管理费用高。由于在一个大仓库里货物的流动性很大，货物的位置会经常被调整。要控制的区域分布广泛，需要安装更多的监测系统来协调分布。最近几年来，智能车作为移动机器人的重要分支，随着移动机器人的发展取得了巨大的进展。具备对环境进行感知、决定计划路径、运行速度和方向的功能的综合系统，可以代替人类完成恶劣环境下的货物运输、设备检查、环境监测等任务。扩大人类的活动领域，在生活的各个领域有非常广泛的应用前景ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[9-10]。针对于这种情况，安全监测大型物流仓库中使用的多点温度、湿度、烟雾浓度等环境参数的移动小型车的研究意义重大ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11]。国内外研究现状仓储安全监测系统研究现状传统的仓储安全监控技术主要采用温度计、湿度试纸、湿度计和压力表等传统监控设备。上世纪90年代中后期，一种新型的仓储安全实时监控系统被开发出来，它以单片机为控制核心，功能相对单一ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[12]。现在，中国适用于仓库的安全监视系统，在监视范围内必须配置大量的电缆和传感器。仓库保管现场的各个检查点的安全检查信号不能发送到监视中心。该系统一般由单片机、温度传感器、湿度传感器、A/D转换器等部分构成。这样的监视系统的配线的安装和拆卸复杂，柔韧性不足。监视的位置也没有固定。对监测位置不固定的大型物流仓库的安全监测实用性不强。近年来，针对上述传统的仓库保管安全监视方法和有线仓库保管安全监视系统的不足，各国的专家学者开始了关于仓库保管安全监视技术的研究。国内的韩慧设计了基于RS-485总线的温室环境实时监控系统，监控温度、湿度和二氧化碳浓度等多个参数。该系统采用RS-485总线式通信网络实时传输各检查点的安全参数值ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]。张晓东设计粮仓安全监测系统，该系统采用环境安全监测传感器实时在线监测粮仓环境，通过CAN总线传输ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[14]。白云州设计了基W5100网络化的温室效应安全监视系统。由环境参数收集端和监视中心两部分构成。监控点客户可以通过计算机网络向监控中心传递实时的环境信息，监控中心的数据平台可以分析、处理、显示这些数据ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[15]。JunjunWu介绍了基于移动机器人的智能仓库安全监视系统，移动机器人具有自动导航功能，携带检测环境安全参数的传感器，在行驶中可以实时监视仓库环境ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[16]。20世纪80年代以来，美国对存储环境的实时监控系统进行了全面的研究ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[17]，目前实时监测系统在美国的所占比例非常高，82%的民用仓储使用安全监控系统，97%的军用仓储采用实时环境监测系统，美国的实时环境监测技术处于国际领先水平，日本从上世纪80年代中期开始研制仓库实时环境监测系统。日本军用仓储环境实时监测的应用率达到92%，实时监测系统主要监测仓库内的温度、湿度等重要环境因素，通风机械化和内部结构的多功能管理。随着机器人技术的发展，发达国家的一些大型物流仓库基本实现了智能化管理，他们使用分拣机器人来分拣货物，利用装卸机进行货物运输，利用监控机器人对环境进行实时监控和管理。智能小车研究现状1、国外研究历程从上世纪50年代开始国外就已经开始了对智能车的研究，共历经了三个时期：第一时期是固定路线无人驾驶研究。它历经时间较长。1954年，为了提高仓库运输自动化水平，美国巴雷特电子有限公司研发了一种无人驾驶拖车平台，在指定的线路上运行，在仓库内运输货物，这是世界上第一个无人驾驶导流车系统AGVS(AutomatedGuidedVehicleSystem)。第二时期是简单环境下的自主导航和驾驶研究，自20世纪80年代中期以来，世界主要发达国家对智能车辆进行了显著的研究，1995年，美国成立了全国高速公路自动化系统联盟（NAHSC）。其主要目标之一是展示智能汽车发展的可能性，大力扩大智能汽车技术的实际应用领域。1996年，日本成立了先进的巡航高速公路/智能驾驶研究中心，其主要目标是研究自动车辆导航方法，以推动日本智能车辆技术的全面进步ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[18]。第三时期是复杂环境下的自主导航和障碍物处理研究，自上世纪90年代初以来，智能车辆进入了深入、系统和大规模的研究阶段。最引人注目的是美国卡内基梅隆大学机械研究所完成的NAVLAB高速公路车辆研究，获得了国际的认可ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[19-20]。此外，斯特拉斯堡实验中心、英国国防部、卡内基梅隆大学、麻省理工学院和韩国科技大学也对智能汽车进行了大量研究。2、国内研究历程与国外相比，我国从20世纪80年代开始研究智能汽车，虽然我国对智能汽车技术的研究总体上落后于其他发达国家，对某项技术的研究存在一定的漏洞，但我国智能汽车研究也取得了一些成果，主要是在2003年，国防科技大学和中国一汽联合研制了我国第一辆自动驾驶汽车ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[21]，当汽车在正常道路环境下在高速公路上行驶时，最大稳定速度可达13km/h，最大速度可达170m/h，其在一定条件下可以具备超车功能，智能化等级达到国际先进水平，我国最具代表性的智能飞行器一定是“中华牌”月球车，它具有自动驾驶功能，是航天系统与智能机器人相结合的航天器工程。智能监控车是近年来机器人应用项目的最前沿课题。现在很多情况下使用的监视系统是单一的固定形式，因此不能提高其灵活性和实时性，有被监视死的胡同，安全性也受到限制。在这种情况下，智能监控车可以自动移动，克服上述缺点。随着智能车的发展，政府和科学研究机构也大力支持这种智能车的研究。智能监控车可以轻松进入各种场所。然后收集、监控环境中的数据，协调工作，使工作轻松，可以说智能小车拥有广泛的应用前景ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[22]。研究内容本论文的研究内容是大型仓储安全监测移动小车系统，该小车可以循迹行驶，可以测定环境温度、湿度、气体烟雾浓度等情况，当检测到的温度、湿度、气体烟雾浓度等数据超过对应的警戒值时，移动小车启动停车报警功能，提醒工作人员及时处理异常情况。并且移动小车能够按照预设轨迹循迹行驶，同时小车上配备OLED屏幕，发生异常时可以准确得知是哪一环境因素导致。本论文所做的工作主要是按照大型仓库安全监测小车的系统设计和开发。硬件系统的设计主要包括控制器、传感器及其他部件的选择及电路的设计。软件方面包括底层驱动和应用程序的编写。本论文分为以下五个主要章节。第一章绪论主要介绍课题的背景及研究意义，国内外研究现状和本文研究的主要内容。第二章系统相关技术介绍了移动小车的相关技术以及控制方案的选择，编程软件的选用。第三章大型仓储安全监测移动小车的系统设计与开发。主要包括安全监测移动小车控制器、传感器以及其他元器件的选用以及电路的设计。第四章详细介绍了不同环境模块的程序设计流程以及相对应的程序，其中主要包括温度传感器模块、超声波传感器模块、电机的驱动以及OLED显示模块的程序设计。第五章总结部分。系统相关技术介绍系统控制方案的选择基于传感器的环境监测方式传感器是一种对测定的信息进行感知，将感觉到的信息按照一定的规则转换成电信号或其他必要形式的信息输出，满足信息传送、处理、存储、显示、记录、控制等要求的检测装置。传感器的特征包括微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。这是实现自动检测和自动控制的第一个环节。传感器的存在和发展，给物体以触觉、味觉、嗅觉等感觉，使物体逐渐活性化。通常，根据其基本的感知功能，分为感光元件、感光元件、感光元件、感光元件、磁感光元件、湿传感器、声学传感器、放射线敏感元件、色感元件、味敏元件等十种。本论文设计的环境安全监测小车监视环境参数信息，其必要的传感器有温湿度传感器、烟雾浓度传感器，温湿度传感器主要用于监测仓储环境中的温湿度值。温湿度传感器主要用于环境控制、干燥处理、暖气、植物栽培、养殖控制、纺织制造、保存等。烟雾传感器还可以称之为烟雾报警器和烟雾感知器，以探测火灾时产生的烟雾。在百货商店、酒店、商店、仓库、机房、住宅等场所可以进行火灾安全检查。基于以上两种传感器即可获取仓储环境的信息，小车可以获取行驶路线上的环境信息，根据信息做出相应判断，从而便于工作人员得知温湿度、烟雾浓度信息，对于异常状况及时处理。以循迹为基础的行驶方式在现代社会，自动驾驶、人工智能、物联网是热门话题，智能车是高科技系统集成的一个很规范的结果.智能车包含了很多高科技系统，简单地说，智能小车就是一个机器人，将脚变成轮子。这个机器人包括环境检测、交通路线计算以及各种功能，与其他智能机器人相比，智能手机小车可以更平稳地工作，操作简单，整个系统的设计不像其他机器人那么复杂。此外，智能车的优点是操作简单，操作稳定，因此，对智能车的速度和行驶方向的匹配有比较严格的要求。首先，小车可以通过传感器获取道路当前状态的信息，然后将传感器获得的数据传输到处理器，处理器结合手推车目前的运动状态，快速计算，快速改变运动方向和速度，循迹机器人在生活中到处可见，如图2-1所示的循迹送餐机器人，大大提高了餐厅工作人员的工作效率。将循迹小车应用于仓储环境环境监测之中可以大大提高仓储管理人员的监测范围及效率。图2-1循迹送餐机器人关键技术环境监测的准确性在仓储系统中，环境是影响其安全性的主要因素，若环境发生异常，仓储管理人员没有及时收到报警信号，后果难以想象，近年来，随着物流业的迅速发展，仓储火灾发生频率也越来越高，这让人们越来越重视仓储的安全性，对此，本文设计的环境监测小车的监测准确性显得尤为重要，准确获取环境信息，是小车系统研究的重中之重。由于所需要监测的环境信息主要有温湿度和烟雾浓度，对此主要有以下两方面注意点:选择监测数据准确的传感器。由于监测小车通过传感器获取当前的环境信息，因此传感器的质量及其准确性首先影响的整体的准确性对程序进行的正确编写。使传感器获取信息的方法是通过对单片机进行编程，读取传感器的I/O口，并进行信号处理得到相应的环境参数值，程序的合理编写显得尤为重要，因此需要对程序进行合理准确的编写循迹的准确性循迹主要是通过红外传感器感应预定设置好的黑线位置，然后单片机根据红外传感器输入值控制电机转动，进而实现循迹行驶。影响循迹效果的因素有：1）黑线是否明显2）传感器是否敏感3)程序是否准确从上述因素可以总结出以下三点使循迹准确性提升的方法；预定路线上黑线要明显调试传感器敏感度使能够准确监测黑线不断调试改进程序，使循迹更加准确KeilMDK平台介绍本设计主要应用STM32微处理器，它是基于ARM核的低功耗嵌入式单片机，因此采用了目前ARM内核单片机开发的主流开发平台KEIL。KeilUVision5MDK是一款具编辑、编译、项目管理、HEX文件产生器的软件开发平台。界面简洁易学，所有的工具配置都采用对话面框进行，并具有强大的程序调试与仿真功能，用户再利用Flymcu下载烧录程序到硬件，有利于开发效率并降低开发成本。下图所示为Keil开发周期图ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[23]。图2-2Keil软件开发周期表本章小结本章主要介绍了系统控制方案的选择以及相关的关键技术，详细介绍了环境监测的方式以及小车运行的主要方式，对如何小车监测准确性进行了说明，对下文展开阐述提供了前提。安全监测小车系统设计监测小车设计需求分析大门A储存区B大门A储存区B储存区入货区管理室出货区大门图3-1某大型仓库平面布局图如图3-1所示的大型仓库平面布局图，由于存储量大，面积大，容易产生各种安全隐患，因此，大库的安全监控非常重要，目前安全监控主要采用人工定点监控和固定传感器，但人工定点监控的监控效率低，人工成本高，实时数据差，操作方便，人为因素，导致了较大的监控误差，但在采用固定传感器连续在线监控的情况下，由于仓库部分区域堆积密度大，仓储物流动性大，使传感器的固定和布线不符合大型轴承的实际需要，如果传感器安装在轴承的顶架上，地面信息难以准确监测，存在一定的监测死角；如果传感器固定在地面附近，货物的频繁运输很容易损坏。另外，由于仓储面积大，布局面积也很广，投入成本也很高，因此，本文提出利用移动小车对大型仓库进行安全监控ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[24]。由于该仓库用于存放一般物流货物，对环境温湿度要求不高，但由于存放货物种类多，价值越大，为避免因高温、高湿而引起的火灾和货物腐烂，为了保证工人在储存环境中的安全，有必要对环境中的温度、湿度进行正常监测，并对气体和烟气的浓度进行实时监测。为了解决这个难题，本文设计了一个仓储安全监测移动小车，如图3-2所示，该小车巡线行驶，在A储存区和B储存区各安排一个监测小车，在A储存区整体路径为A→B→C→D→E→F→G→H→I→J→K→L→A，同理，在B储存区整体路径与A储存区基本一致，小车沿线监测实时温度、湿度和烟雾浓度情况，若线路中环境参数超标则会启动报警模式，提醒相关工作人员及时处理。B储存区入货区管理室出货区大门ABCB储存区入货区管理室出货区大门ABCDEHIFGJKLA储存区大门图3-2安全监测小车路径图监测移动小车整体设计移动小车主体结构设计本文所研究设计的监测移动小车的主要工作任务是对仓库环境进行安全巡视工作，主体结构要求如下：小车整体结构尺寸：长23cm，宽15cm；电源要求：12V；监测参数要求：具备监测温度、湿度和烟雾浓度的能力；根据不同的应用要求，移动车的底盘有不同的形状。有两种常见的类型：履带式和轮式。履带式易于控制，具有良好的障碍物兼容性，但体积相对较大。一般用于重载场合；轮式以其运动灵活、机械复杂度低、承载能力强等特点得到了广泛的研究和应用，同时车轮的数量不同，移动车辆的设计也会有不同的优缺点。不同轮式结构方案如表3-1所示。表3-1轮式底盘分类轮子数量结构简图特点描述2两轮差分驱动3三个全向轮均为动力轮3三个接触点，两轮差分驱动4四个轮子全为动力轮根据小型车的机械结构要求，本设计选择了三轮移动的小车，如图3-3所示，在小车的后端是两个独立的带直流电机的驱动轮，前端是一个无动力的全向轮，主要作用是辅助转向，同时对整体结构起到一定的支撑作用。小车根据车轮两侧直流电机的速度差完成相应的转向工作。当左侧车轮的速度与右侧车轮的速度相同时，小车向前行驶。如果右轮的速度大于左轮的速度，就会向左转。相反，如果左轮的速度大于右轮的速度，则向右转。驱动轮驱动轮从动轮图3-3小车轮式结构图移动小车主体结构设计安全监测小车的基本功能分析图如图3-4所示：图3-4安全监测小车功能分析图(1)行走功能包括移动小车的基本运动功能和对前方障碍物监测功能，基本运动功能在指大型仓库内，小车可以在地面上完成按照轨迹前进、左转、右转等基本运动。另外，监测前方障碍功能指的就是安全监测小车在行进过程中可以监测路线上前方各类障碍物与小车的距离，比如固定不动的物品堆，还有移动的人或者移动的搬运机械，若距离小于一定值时启动停车功能，待前方障碍物移动后继续行驶ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[24]。(2)仓储安全监测功能安全监测小车需要沿预设轨迹线路监测路线上的温度、湿度、气体烟雾浓度，并将这些数据值存储在存储器中，并显示在车载OLED屏幕上。各类被监测参数的监测范围以及精度要求如表3-2所示。表3-2监测参数以及精度要求序号参数范围允许的最大误差1湿度10%RH~99%RH1%RH2温度10℃~60℃1℃3气体烟雾浓度300~10000ppm10%(3)报警功能将传感器采集的温度、湿度、烟气浓度与相应的预设报警值进行比较，温度报警值为45℃，湿度报警值为60%RH，烟雾浓度报警值为300ppm，当传感器中有监测值超过报警值时，应接通报警电路并启动蜂鸣器，提醒仓库管理人员及时处理异常情况。硬件系统设计硬件系统总体方案设计根据移动小车在大型仓储环境中需要完成的功能，从而确定了其控制系统模块主要包括：控制器模块、电源模块、安全监测模块、电机驱动模块、报警模块，显示模块等，安全监测移动小车系统的硬件系统方框图如图3-5所示。图3-5安全监测小车硬件系统方框图微处理器选择ARM处理器拥有更多的资源，并且具有很强的通用性。它以其高性能、高速度、低能耗、低价格等优点被广泛应用于各个行业，另外基于ARM处理器的集成系统具有良好的可移植性，因此我们选择ARM的STM32系列芯片作为移动小车的主控制器。STM32F103系列微处理器是首款基于ARM体系结构的32位标准RISC(精简指令集)处理器,提供很高的代码效率,在通常8位和16位系统的存储空间上发挥了ARM内核的高性能。该系列微处理器工作频率为72MHz,内置高达128K字节的Flash存储器和20K字节的SRAM,具有丰富的通用I/O端口ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[25]。作为最新一代的嵌入式ARM处理器,它为实现MCU的需要提供了低成本的平台、缩减的引脚数目、降低的系统功耗,同时提供了卓越的计算性能和先进的中断响应系统。丰富的片上资源使得STM32F103系列微处理器在多种领域如电机驱动、实时控制、手持设备、PC游戏外设和空调系统等都显示出了强大的发展潜力ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京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