树莓派智能物流小车设计

李佳珂，曾清清

（1.海南大学旅游学院，海口 570208；2.聊城大学计算机学院，聊城 252059）

0 引言

2012年3月，英国剑桥大学开发并上市的树莓派（Raspberry Pi），是一种基于Linux操作系统的微型电脑电路板。这种电路板具备的优点有：①卡片非常小，具有电脑的大部分基本功能；②以SD/MicroSD卡位内存兼硬盘；③卡片主板有多个USB接口和一个以太网接口，可以连接键盘、鼠标、网线、显示器等外围部件；④支持Python、C、Scratch等多种编程语言。

近年来，树莓派开发板得到了广泛研究和推广，图1展示了近10年来相关研究发表论文数量趋势，由图1可见，特别是近三年来，树莓派得到了广泛关注，譬如2022年相关论文就达到了320篇左右。图2给出了树莓派相关论文主题分布图，由图2可见，树莓派相关主题主要包括物联网、智能家居、系统设计、人脸识别、深度学习、机器视觉、监控系统、门禁系统、无人机等相关热点领域。树莓派相关论文学科分布见图3，由图3可见，树莓派研发主要围绕计算机软件、自动化技术、电信技术、建筑科学与工程等相关学科。图4则给出了相关论文的发表机构分布情况。

图1 树莓派论文发文趋势

图2 树莓派相关论文主题分布

图3 树莓派相关论文学科分布

图4 树莓派相关论文发表机构分布

1 树莓派智能物流小车设计与实现

树莓派GPIO（General Purpose I/O Ports），即通用输入/输出端口，用户可以通过GPIO口进行硬件控制，如输出高/低电平，读取硬件状态（如读入超声波状态）等。

1.1 智能小车针脚模式设置

树莓派GPIO有两种引脚标号设置模式，一种是BCM模式，一种是BOARD模式，两种模式下针脚的编号不同。设置语句是GPIO.setmode（GPIO.BCM）和GPIO.setmode（GPIO.BOARD）。每个项目只能设置一种模式。

GPIO引脚设置编号模式后，通过以下语句设置该引脚为输入模式或输出模式：（1）设置输入模式：GPIO.setup（channel,GPIO.IN）；（2）设置输出模式：GPIO.setup（channel,GPIO.OUT）。

1.2 智能物流小车引脚

本文所设计的智能物流小车相关引脚如表1所示。

表1 智能物流小车的引脚25右27左

1.3 智能物流小车超声波模块

超声波模块用于测试智能小车和障碍物之间的距离，该模块有4个引脚，如图5所示，Trig引脚作为控制端，用于控制发出超声波信号；Echo引脚作为接收端，用于接收反射回来的超声波信号；Vcc引脚连接5 V电源；GND引脚用于接地。超声波模块的工作流程如下：

图5 超声波连线图

（1）GPIO向Trig引脚发出高电平信号，用于发出测距信号；

（2）超声波模块自动发出8个40 kHz的方波，并自动检测是否有信号返回；

（3）若Echo端有信号返回，则采用公式（1）计算距离：

1.4 智能物流小车部分函数代码

图6给出了智能小车效果图，具体模块设计如下：

图6 智能小车效果图

1.4.1 智能物流小车前进模块

1.4.2 智能物流小车后退模块

1.4.3 智能物流小车停止模块

1.4.4 智能物流小车左转模块

1.4.5 智能物流小车启动模块

1.4.6 智能物流超声波计算障碍物距离模块

1.5 智能物流小车主代码

智能物流小车程序流程图如图7所示。

图7 智能物流小车程序流程图

主代码如下：

2 结语

树莓派开发板具备极强的可扩性，本文围绕树莓派开发板，并结合超声波探测、蜂鸣器等核心模块，采用Python编程语言，实现了一种灵活的智能物流无人配送系统平台。未来的研究工作主要围绕以下两点：①结合人脸识别模块，构建更加智能的物流小车系统；②结合深度学习等最新算法，实现精准的物流配送系统。