RFID定位技术在自动引导小车（AGV）中的应用

熊超 唐伟 许兆荣 蒋一琦

南京工程学院工程实验与训练中心，江苏 南京 211167

RFID定位技术在自动引导小车（AGV）中的应用

熊超 唐伟 许兆荣 蒋一琦

南京工程学院工程实验与训练中心，江苏 南京 211167

AGV小车指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。作为一种无人驾驶工业搬运车辆，高速高效、准确定位对于AGV小车运输系统十分重要。RFID具有非接触、非视距等优点。利用RFID控制AGV小车定位，相对于其他定位方式（惯性定位、超声波定位）不仅结构简单，成本低，而且更容易实现，能准确定位。

AGV小车；RFID；定位

引言

自动化、信息化、智能化已经成为时代发展的需求，进入21世纪以来，无限技术、计算机技术继续不断深入发展，物联网行业蒸蒸日上。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。本文主要介绍利用AGV小车上读取的标签的不同，确定AGV小车所在区域，实现自身定位停车。

AGV小车一般作用于室内，且为无轨运输系统。AGV小车系统相对于有轨系统主要解决的问题是运输平台的定位问题。目前AGV小车系统定位技术主要有超声波技术、Wi-Fi技术、RFID等。

超声波定位技术定位精度较高，结构也比较简单，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，同时底层硬件设施投资成本也很高。

Wi-Fi定位也是当前较为流行的一种定位技术，由于收发器功率较小，只能覆盖半径90米以内的区域，而且受其他信号的干扰较大，从而影响其精度，所以只适用小范围内的室内定位，定位能耗也比较高。而且使用者必须要确定用户接入Wi-Fi网络中的接入点。

UWB（超宽带）技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。但理论研究和市场应用都还不够成熟，有一定技术风险，此外成本也比较高。

RFID（射频识别）技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。RFID标签具有体积小，寿命长，容量大，可以重复使用等特点，可以支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别。这种技术作用距离短，成本低，如果电子标签铺设密度大，可实现厘米级定位。

综上所述，将RFID技术应用到AGV小车系统，研究基于RFID定位的AGV小车系统，并实现规划路径的自动导航。

1 总体架构

完整的RFID系统都是由电子标签应答器（Tag）与阅读器（Reader）以及应用软件系统组成。电子标签（Tag）可以分为无源电子标签（Passive tag）、有源电子标签（Active tag）和半有源标签（semi-active tages）。无源电子标签没有内置电池，仅仅在工作时依靠读写器发射的RF信号对其激活，因此读写距离也较近；有源电子标签有内置电池，无需读写器提供能量，因此成本较高，读写距离也较远；半有源射频标签内的电池供电仅对标签内要求供电维持数据的电路或者标签芯片工作所需电压的辅助支持，本身耗电很少的标签电路供电。此标签未进入工作状态前，一直处于休眠状态，相当于无源标签，标签内部电池能量消耗很少，因而电池可维持几年，甚至长达10年有效；当标签进入阅读器的读出区域时，受到阅读器发出的射频信号激励，进入工作状态时，标签与阅读器之间信息交换的能量支持以阅读器供应的射频能量为主(反射调制方式)，标签内部电池的作用主要在于弥补标签所处位置的射频场强不足，标签内部电池的能量并不转换为射频能量。

因此，RFID定位方式可以分有源和无源定位。有源定位依靠有源RFID标签基于接受信号强度（RSS）的测量方式来确定用户的位置。无源定位在地面铺设一定密度的无源标签依靠读不同位置的标签实现定位。

本课题基于无源定位给出了具体的解决方案。

该定位系统结构图如图1所示，采用PC做为监控端，PC机上接有ZigBee模块，通过编写上位机程序与受控端进行通信。定位端是由带有RFID读写器的AGV小车系统。AGV小车系统通过RFID读写器读到的TAG信息来确定位置。主控制器收到信号之后再根据设置要求是否停车。

系统布局图如图2所示。在定位之前给每个标签值赋予一定的位置信息，当车体经过的时候，车上携带的RFID读写器就会读到相应的位置信息，上位机先设定好AGV小车停车定位点，在AGV小车走过规划路径过程中，RFID读卡器读取每个位置节点，并且在上位机上面显示。此时就可以知道车体的位置以实现车体的定位。

图1 运输平台总体结构图

图2 系统布局图

2 系统硬件设计

AGV小车车体的主控制器是Cortex-M3内核的ARM-STM32F103VET6芯片，主频为72MHz，片内512KB Flash，内置多个USART控制器，分别与Zigbee模块和RFID读写器连接，实现数据的交换和受控信号的接收。车体控制板设计如图3所示。

图3 车体控制板硬件图

主控板由JTAG口进行程序的调试和下载，通过USART1从ZigBee模块得到受控端的受控信号，USART2与RFID读写器相连，当读写器读取到地面上铺设的电子标签时，可以实时传输给主控芯片以便处理。主控芯片处理过后把位置信息通过ZigBee模块实时发送给监控端。主控芯片与车体驱动器相连，收到受控信号后经过处理驱动车体到预设停车位置。

3 系统软件总体设计

AGV小车系统运输平台软件设计如图4所示。

图4 系统软件总体设计图

3.1 监控端软件设计

监控端软件由PC上通过桌面程序设计软件C#编写，由于需要ZigBee通信，故采用现成的USB转ZigBee模块，实现与运输平台的通信。

3.2 车体软件设计

车体软件流程图如图5所示，车体初始化完成后等待监控端发来的命令，收到命令后，确定所需停车定位点，车体根据AGV导引线行走。车体开始行走的时候实时读取当前的位置信息，反馈给监控端和车体主控制器，到读取到的位置信息是设定停车定位点时，车体停车装货，装货完毕根据规划路径返回。

图5 软件流程图

4 结语

通过多次设计与样机验证，此基于RFID定位的AGV小车能在室内实现预设位置准确停车。相对于其他定位方式，RFID定位更简单、廉价。随着运输和信息产业的不断发展，智能化运输越来越多，基于RFID技术的AGV小车在智能化运输中会得到越来越多的应用。

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[2]刘旭光.孔德强.郜中华.丁东方 室内无源定位技术研究 [J].测控技术,2009(z1)

[3]刘建锋.张常胜.基于单频电磁制导方式的AGV小车[J].微型机与应用,2011(30)

[4]雷磊.吴计生.陈方宇.基于RFID的物流自动化仓库定位方法的研究[J],物流技术,2012(31)

[5]史恩秀.黄玉美.自主导航小车AGV定位方法的研究[J],传感技术报,2007(20)

RFID location technology Automatic Guided Vehicles (AGV)

Xiong Chao Tang Wei Xu Zhaorong Jiang Yiqi
Engineering Experiments and Training Center, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167，China

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.17.045

Abstractthe AGV car equipped with automatic guidance devices such as electromagnetic or optical.Can be guided along the prescribed path of travel, with security and a variety of truck shift the upload function.As an unmanned industrial handling vehicles, high speed and efficiency, accurate positioning of the car transport system is very important for the AGV.RFID has the advantage of non-contact, non line of sight.Using RFID to control AGV car positioning, relative to other means of locating the (inertial positioning, ultrasonic positioning) is not only simple, low cost, and easier to achieve accurate positioning.

KeywordsAGV car；RFID；positioning