中文摘要PLC憑借其高可靠性、快速響應(yīng)、強(qiáng)大運(yùn)算能力及優(yōu)異的抗干擾性能，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，采用可編程控制器升級(jí)小車運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)成為技術(shù)發(fā)展新趨勢(shì)，通過PLC控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)模型完成既定動(dòng)作，系統(tǒng)說明了小車運(yùn)動(dòng)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，著重說明了基于PLC的小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，采用PLC的控制策略成功實(shí)現(xiàn)了小車模型的精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)，精準(zhǔn)滿足系統(tǒng)既定的控制目標(biāo)，采用智能視覺模組，由原先的光感追蹤改進(jìn)為AI智能識(shí)別方案，實(shí)現(xiàn)靈活操作與高效運(yùn)行。關(guān)鍵詞PLCAI運(yùn)動(dòng)小車外文摘要TitleDesignofControlSystemforDrugDeliveryServiceRobotAbstractProgrammablecontroller(PLC)ismoreandmorewidelyusedforitshighreliability,fastspeed,strongprocessingcapacity,goodelectromagneticcompatibilityandothercharacteristics,therefore,replacingthetraditionalrelaycontroltrolleymotionsystemwithprogrammablecontrollerhasbecomeadirectionofsocialdevelopment.Inthispaper,thedesignmethodofthetrolleymotionPLCcontrolsystemisdescribedindetailbyusingaprogrammablecontrollertocontrolthetrolleymotionmodel,andthedesignrequirementsofthetrolleymotionPLCcontrolsystemaremainlyintroduced.ThePLCcontrolprogramhasachievedgoodresultsinthemodelcontrolofthetrolleymovement,whichfullymeetsthecontrolrequirementsofthesystem,andwiththeAIvisionmodule,itistransformedfromthetraditionallightsensingtrackingtoAIrecognitiontechnology,whichismoreflexibleandefficient.KeywordsPLCAItrolley第II頁本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書目錄TOC\o"1-2"\f\h\u第一章緒論 11.1研究意義與背景 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1第二章方案設(shè)計(jì) 42.1控制要求 42.2設(shè)計(jì)方法 4第三章硬件設(shè)計(jì) 53.1硬件設(shè)計(jì) 53.2硬件選型 5第四章軟件設(shè)計(jì) 84.1軟件流程圖 84.2程序說明 8結(jié)論 18致謝 19參考文獻(xiàn) 20第6頁本科畢業(yè)論文第一章緒論1.1研究意義與背景在醫(yī)療技術(shù)日新月異的今天，醫(yī)藥物流配送環(huán)節(jié)遭遇運(yùn)行效率與風(fēng)險(xiǎn)控制的雙重挑戰(zhàn)，既往人工送藥實(shí)踐普遍遭遇工作量大、響應(yīng)滯后等實(shí)際困難，住院部業(yè)務(wù)繁忙階段易出現(xiàn)送藥不及時(shí)，或降低用藥時(shí)效性，醫(yī)務(wù)人員需反復(fù)接觸多個(gè)病區(qū)空間，無形中加劇了交叉感染的潛在威脅，伴隨醫(yī)療機(jī)構(gòu)體量擴(kuò)充及就診人數(shù)上升，實(shí)施智能藥品配送系統(tǒng)已成為醫(yī)療質(zhì)量改進(jìn)的迫切任務(wù)?；诳删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）的送藥機(jī)器人技術(shù)為解決上述問題提供了創(chuàng)新思路，該設(shè)備采用機(jī)械傳送方式替代人工操作，支持不間斷全天候操作，有效提升藥品周轉(zhuǎn)速度，利用物理封閉機(jī)制有效攔截環(huán)境污染物入侵，采用高精度路徑計(jì)算方案，可降低藥品運(yùn)輸環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而減少院內(nèi)感染出現(xiàn)概率，該技術(shù)方案尤其適合傳染病房、手術(shù)室等需嚴(yán)格實(shí)施分區(qū)管控的特殊醫(yī)療場(chǎng)所。此項(xiàng)研究在醫(yī)療機(jī)構(gòu)智能化改造方面具備突出的實(shí)踐意義，采用可拆解機(jī)械模組與遞進(jìn)式安全防護(hù)配置，機(jī)器人系統(tǒng)支持多規(guī)格藥品的定制化運(yùn)輸方案實(shí)施，同步達(dá)成運(yùn)行穩(wěn)定與維護(hù)簡(jiǎn)易的雙重目標(biāo)，和典型AGV自動(dòng)導(dǎo)引車相較，采用PLC技術(shù)能有效控制開支并保障系統(tǒng)可靠性，助力中小醫(yī)院以較低投入實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化水平提升，此類技術(shù)手段的普及實(shí)施，能推動(dòng)醫(yī)療資源的科學(xué)分配，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療服務(wù)效率與安全性的雙重優(yōu)化。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1服務(wù)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展從單一功能到智能協(xié)作，服務(wù)機(jī)器人技術(shù)實(shí)現(xiàn)了階段性演進(jìn)，早期的服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用集中在工業(yè)范疇，基于設(shè)定好的程序?qū)崿F(xiàn)循環(huán)往復(fù)的貨物搬運(yùn)工作，隨著傳感器技術(shù)和控制算法的進(jìn)步，當(dāng)前服務(wù)機(jī)器人正向醫(yī)療、餐飲等生活化場(chǎng)景快速拓展，構(gòu)建起依托環(huán)境感知和自主控制的技術(shù)基礎(chǔ)。從醫(yī)療實(shí)踐角度看，服務(wù)機(jī)器人技術(shù)正實(shí)現(xiàn)專業(yè)化與智能化的雙重突破，借助高精度機(jī)械臂裝置，手術(shù)輔助機(jī)器人執(zhí)行微創(chuàng)手術(shù)，導(dǎo)診機(jī)器人利用語音交互和室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)優(yōu)化了患者就診流程，醫(yī)藥運(yùn)輸機(jī)器人正成為研究焦點(diǎn)，其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展集中在多傳感器數(shù)據(jù)融合及路徑規(guī)劃算法的改進(jìn)，依托激光傳感與視覺分析的組合技術(shù)，現(xiàn)代送藥機(jī)器人已具備動(dòng)態(tài)避障和實(shí)時(shí)定位能力，能有效適應(yīng)走廊、電梯間等醫(yī)院典型復(fù)雜環(huán)境。采用可編程邏輯控制器的服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)控制，反映出工業(yè)控制技術(shù)與智能設(shè)備的緊密整合，對(duì)比經(jīng)典單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，基于模塊化架構(gòu)與抗干擾特性，使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的穩(wěn)定度明顯提高，由西門子、三菱等品牌開發(fā)的換代PLC系列，通過運(yùn)動(dòng)控制模塊與工業(yè)以太網(wǎng)端口的集成，有效支撐了送藥機(jī)器人的硬件需求，該方案完整繼承了工業(yè)設(shè)備的可靠性特質(zhì)，又通過軟件編程實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療場(chǎng)景所需的柔性控制?，F(xiàn)階段服務(wù)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵難題聚焦于人機(jī)協(xié)作安全性及多機(jī)協(xié)同效率兩大領(lǐng)域，在自動(dòng)化送藥機(jī)器人范疇，專家正改良現(xiàn)有算法的接觸識(shí)別敏感度，實(shí)現(xiàn)醫(yī)護(hù)人員與機(jī)器人交互時(shí)的安全管控，采用5G通信手段，若干配送機(jī)器人可形成協(xié)作作業(yè)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)藥品配送的智能任務(wù)分配及最優(yōu)路徑選擇，基于現(xiàn)有技術(shù)突破，醫(yī)療機(jī)構(gòu)自動(dòng)化轉(zhuǎn)型存在具體實(shí)現(xiàn)途徑。1.2.2PLC在機(jī)器人控制中的應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人控制范疇，作為核心控制裝置，PLC憑借其特有優(yōu)勢(shì)已成為行業(yè)首選方案，該設(shè)備采用模塊化方案結(jié)合可擴(kuò)展接口機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)各類傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)化整合，實(shí)現(xiàn)高可靠性的系統(tǒng)控制，該系統(tǒng)借鑒了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸原理，經(jīng)由輸入節(jié)點(diǎn)采集感應(yīng)數(shù)據(jù)，通過核心邏輯處理后，繼而利用輸出端口對(duì)執(zhí)行器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)預(yù)期作業(yè)。面向送藥機(jī)器人的實(shí)施，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在三點(diǎn)，可靠的抗干擾表現(xiàn)保障設(shè)備在醫(yī)療電磁環(huán)境中持續(xù)穩(wěn)定工作，杜絕因干擾信號(hào)產(chǎn)生的錯(cuò)誤動(dòng)作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能可對(duì)電機(jī)工作溫度、電池供電電壓等參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集，若出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)則及時(shí)開啟保護(hù)模式。若監(jiān)測(cè)到機(jī)械臂出現(xiàn)卡滯情況，設(shè)備自動(dòng)終止能量輸出且同步報(bào)警，實(shí)時(shí)響應(yīng)策略極大強(qiáng)化了系統(tǒng)的安全保障能力，梯形圖編程語言以其直觀性著稱，支持維護(hù)人員按實(shí)際要求更改邏輯，其可重構(gòu)特性與醫(yī)院頻繁更新配送路徑的實(shí)務(wù)需求相契合。從運(yùn)動(dòng)控制角度看，PLC借助脈沖模塊與伺服驅(qū)動(dòng)器的組合運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)藥品運(yùn)輸機(jī)器人的精準(zhǔn)停靠，裝置可對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸實(shí)施聯(lián)動(dòng)調(diào)控，兼顧運(yùn)輸效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂抓取藥品過程中的毫米級(jí)精準(zhǔn)定位，采用高速計(jì)數(shù)器的集成方案，PLC實(shí)時(shí)反饋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向參數(shù)，采用軌跡規(guī)劃算法動(dòng)態(tài)調(diào)控行進(jìn)路線，該閉環(huán)系統(tǒng)賦予機(jī)器人根據(jù)地面材質(zhì)調(diào)節(jié)摩擦適應(yīng)性的功能，實(shí)現(xiàn)流暢的移動(dòng)效果。從安全管控維度，針對(duì)醫(yī)療應(yīng)用，PLC控制系統(tǒng)通過多級(jí)聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)了安全性能強(qiáng)化，第一級(jí)通過光電傳感器檢測(cè)行進(jìn)方向障礙物，二級(jí)系統(tǒng)采用接觸緩沖器完成實(shí)體碰撞檢驗(yàn)，第三級(jí)防護(hù)采用程序控制方式限定機(jī)械臂活動(dòng)邊界，采用分層防御設(shè)計(jì)來維持日常運(yùn)輸?shù)母咝н\(yùn)轉(zhuǎn)，也可針對(duì)突發(fā)狀況實(shí)施復(fù)合型安全保障，對(duì)比實(shí)驗(yàn)證實(shí)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)PLC控制系統(tǒng)能有效應(yīng)對(duì)醫(yī)療環(huán)境的可靠性挑戰(zhàn)，實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明其穩(wěn)定性大幅領(lǐng)先單片機(jī)方案。技術(shù)革新驅(qū)動(dòng)PLC與新一代控制技術(shù)的交叉融合，借助工業(yè)以太網(wǎng)端口，機(jī)器人PLC控制模塊支持與醫(yī)院信息系統(tǒng)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，實(shí)時(shí)獲取藥品分發(fā)指令，業(yè)界領(lǐng)先系統(tǒng)正測(cè)試模糊算法與PLC程序的嵌入式結(jié)合，賦予機(jī)器人自主處理走道臨時(shí)障礙等突發(fā)情形的功能，該演進(jìn)策略維持了PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定本質(zhì)，顯著提高了送藥機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)水平。1.2.3送藥機(jī)器人實(shí)際部署面臨的技術(shù)難點(diǎn)現(xiàn)有送藥機(jī)器人在技術(shù)層面仍存在若干應(yīng)用瓶頸，當(dāng)前困境對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和用戶接受度造成雙重沖擊，根本弱點(diǎn)體現(xiàn)在環(huán)境變化應(yīng)對(duì)的滯后，醫(yī)療走廊頻繁出現(xiàn)臨時(shí)堆放物品、轉(zhuǎn)運(yùn)病床等突發(fā)性障礙，多變場(chǎng)景下當(dāng)前避障技術(shù)會(huì)產(chǎn)生路徑生成滯后，雖然點(diǎn)云采集與視覺分析系統(tǒng)均可生成場(chǎng)景參數(shù)，而多源數(shù)據(jù)整合過程存在較高的實(shí)時(shí)處理壓力，容易引起機(jī)器人微秒級(jí)中斷或非必要路徑延伸。實(shí)現(xiàn)安全的人機(jī)協(xié)作仍是面臨的主要技術(shù)障礙，在醫(yī)務(wù)人員聚集區(qū)域，現(xiàn)有接觸緩沖技術(shù)在應(yīng)對(duì)突發(fā)碰撞時(shí)表現(xiàn)出響應(yīng)速度滯后的缺陷，多數(shù)安全系統(tǒng)采用遞進(jìn)式速度調(diào)控，狹小環(huán)境中機(jī)械臂與人員接觸的風(fēng)險(xiǎn)尚未完全消除，某些研究著力于實(shí)現(xiàn)柔性殼體與壓力探測(cè)裝置的協(xié)同，此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)明顯增加成本支出，與醫(yī)療機(jī)構(gòu)資金規(guī)劃相抵觸。藥品識(shí)別與分揀精度不高阻礙系統(tǒng)發(fā)揮效能，標(biāo)準(zhǔn)視覺方案在透明包裝藥物及近似規(guī)格藥盒的識(shí)別準(zhǔn)確度有待加強(qiáng)，面對(duì)病房區(qū)域光線明暗變化時(shí)，識(shí)別出錯(cuò)率較高，雖然采用深度學(xué)習(xí)可顯著改進(jìn)圖像處理結(jié)果，然而PLC系統(tǒng)的有限算力制約了復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的實(shí)施，處理器能力跟不上模型復(fù)雜度的現(xiàn)狀未能改變。維護(hù)工作的便捷化實(shí)施存在障礙，模塊化模式雖降低了機(jī)械零部件的維護(hù)復(fù)雜度，然而系統(tǒng)故障分析仍離不開專業(yè)人員，工業(yè)自動(dòng)化程序修改需借助特定編程工具，醫(yī)院設(shè)備維護(hù)人員必須提升相應(yīng)的技術(shù)能力，采用軌道運(yùn)行的機(jī)器人，其導(dǎo)航精度受地面清潔度制約，而采用自主導(dǎo)航的機(jī)型常出現(xiàn)定位偏差，兩種移動(dòng)模式的適配困境本質(zhì)是核心技術(shù)存在缺陷。功能延伸與費(fèi)用控制的矛盾點(diǎn)仍舊突出，引入消毒模塊與溫控裝置雖能提高藥品運(yùn)輸安全水平，但明顯抬高了設(shè)備空間占用與能耗值，主流解決途徑往往采用功能簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)策略，最終削弱了機(jī)器人在特殊藥品運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，實(shí)現(xiàn)功能穩(wěn)定前提下的經(jīng)濟(jì)效益最大化，始終是技術(shù)迭代中需要攻克的關(guān)鍵點(diǎn)。

第二章方案設(shè)計(jì)2.1控制要求根據(jù)設(shè)定的病床號(hào)（點(diǎn)位號(hào)）送藥小車行進(jìn)到指定地點(diǎn)；送藥小車到達(dá)完全部指定地點(diǎn)后返回初始地；送藥小車在遇故障時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警；2.2設(shè)計(jì)方法送藥小車的前進(jìn)以及后退由無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車行進(jìn)，通過PLC模塊的輸出接口配合電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)送藥小車執(zhí)行前進(jìn)、后退、停止等動(dòng)作。送藥小車行進(jìn)設(shè)計(jì)AI視覺模塊進(jìn)行顏色、床位號(hào)以及路障分析，行進(jìn)路線由紅色膠條預(yù)先設(shè)計(jì)好，AI視覺模塊通過顏色識(shí)別使得小車行進(jìn)在指定路線上，再通過床位號(hào)的識(shí)別準(zhǔn)備?？吭谥付ù参慌?。另外增加路障分析功能，若送藥小車在行進(jìn)過程中遇到人或者物的阻擋，會(huì)觸發(fā)報(bào)警機(jī)制。AI控制模塊與PLC主控之間通過RS485總線通信，AI控制模塊將相應(yīng)動(dòng)作信息發(fā)送至PLC主控模塊，PLC主控獲取到動(dòng)作信息后做出對(duì)應(yīng)的動(dòng)作指令，驅(qū)使送藥小車執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。報(bào)警設(shè)計(jì)當(dāng)AI模塊識(shí)別到路障信息時(shí)，送藥小車停止行進(jìn)并發(fā)出報(bào)警信息。

第三章硬件設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)圖1硬件設(shè)計(jì)框圖送料小車由PLC主控單元、AI視覺模塊、無刷電機(jī)、電池包組成。PLC主控負(fù)責(zé)小車的系統(tǒng)控制，PLC通過RS485總線與AI視覺模塊通信，AI視覺模塊處理指令信息后發(fā)送至PLC主控單元；PLC主控單元根據(jù)獲取到的數(shù)據(jù)信息，控制相應(yīng)的輸出IO，從而控制無刷電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及停止動(dòng)作。本系統(tǒng)由2組電池包組成，一組為5V電池包，為無刷電機(jī)以及AI視覺模塊供電；一組為24V電池包，為PLC模塊供電。3.2硬件選型PLC主控模塊作為工業(yè)控制專用設(shè)備，PLC具有計(jì)算機(jī)的基本屬性，基礎(chǔ)硬件構(gòu)成與微機(jī)相仿，從結(jié)構(gòu)形式上看，從結(jié)構(gòu)形態(tài)來看，PLC可分為整體式與模塊式兩大類。采用箱體結(jié)構(gòu)的PLC主要由中央處理器、存儲(chǔ)裝置、輸入輸出接口、電源和通信模塊構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)各功能單元的一體化封裝，該結(jié)構(gòu)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、尺寸緊湊、成本低廉、I/O端口數(shù)量不可調(diào)、功能模塊及控制范圍固定的特性，但兼容性不高。其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

電源電源中央處理器（CPU）輸入/輸出單元存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線編程器圖2PLC結(jié)構(gòu)圖這種模塊化PLC的架構(gòu)特點(diǎn)是將CPU、內(nèi)存、I/O組件、電源及通信端口分別制作為獨(dú)立功能模塊，通過機(jī)架插接方式按控制需求組合各功能模塊，各模塊借助機(jī)架內(nèi)置的總線實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，PLC模塊化組件安裝就緒后，需執(zhí)行模塊備案，便于PLC識(shí)別總線所連接模塊的物理地址，其顯著特性是系統(tǒng)組態(tài)靈活可變，能按需搭建功能與規(guī)模各異的PLC系統(tǒng)，但購置費(fèi)用偏高。工作方式的差異是PLC和繼電器控制系統(tǒng)的分水嶺，繼電器控制采用同步并行工作方式，若輸出線圈通電或斷電發(fā)生，該觸點(diǎn)迅速完成切換，只要存在完整的導(dǎo)電回路，將引發(fā)多個(gè)用電裝置并行運(yùn)作，而可編程控制器則形成鮮明對(duì)比，其核心采用輪詢掃描策略，僅在線圈得電/失電的瞬間，必須等到程序掃描抵達(dá)該線圈處，該接點(diǎn)才會(huì)實(shí)施通斷操作，系統(tǒng)僅支持指令的串行化執(zhí)行，這反映出PLC采用串行處理架構(gòu)，采用此工作模式能規(guī)避繼電器控制常見的觸點(diǎn)互斥和時(shí)序失配情況，該裝置借助輸入信號(hào)和內(nèi)置邏輯就能直接完成輸出響應(yīng)，PLC的工作流程涉及輸入采集、邏輯運(yùn)算和輸出控制這三個(gè)關(guān)鍵階段。經(jīng)多維度考量，最終采用GB200系列可編程邏輯控制器，該產(chǎn)品對(duì)S7編程環(huán)境及指令集保持百分之百兼容，數(shù)字量輸入單元采用雙向光耦組件，NPN與PNP輸入皆可匹配，模擬量采集模塊由高精度ADC及軌對(duì)軌運(yùn)放構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)低壓信號(hào)識(shí)別；基于PPI的通信接口，通信帶寬達(dá)187.5k波特。-帶ETH后綴的型號(hào)集成一個(gè)以太網(wǎng)端口，采用以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)程序下載及監(jiān)控操作，可實(shí)現(xiàn)PPI協(xié)議支持，Modbus串行協(xié)議，自定義串口協(xié)議，USS串行協(xié)議，配備時(shí)鐘供電模塊，兩套獨(dú)立供電模塊，支持萬年歷持續(xù)工作兩年以上不中斷。采用非易失性FLASH技術(shù)，擺脫電池依賴，防止電源誤接設(shè)計(jì)；通信端口ESD防護(hù)設(shè)計(jì)；模擬量電路短路防護(hù)，實(shí)現(xiàn)PID指令控制，便于用戶進(jìn)行多通道PID調(diào)控，電源板關(guān)鍵用料厚實(shí)，實(shí)現(xiàn)多通道擴(kuò)展模塊與傳感器的穩(wěn)定供電；經(jīng)過系統(tǒng)化的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證與環(huán)境可靠性試驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)30kHz脈沖的高速輸出，兼容7個(gè)外掛擴(kuò)展模塊，可結(jié)合西子模塊共同運(yùn)作。AI視覺模塊作為微控制器，K210采用了RISC-V精簡(jiǎn)指令集，諸多亮點(diǎn)之中，其架構(gòu)特色突出表現(xiàn)為內(nèi)置自研的KPU神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專用加速硬件，可實(shí)現(xiàn)CNN模型的高速運(yùn)算，KPU不僅擁有卓越算力，K210采用FPIOA實(shí)現(xiàn)IO資源靈活分配，每個(gè)外設(shè)均可動(dòng)態(tài)綁定到不同引腳，降低開發(fā)者處理引腳分配與GPIO布局的復(fù)雜度。K210采用雙CPU核心架構(gòu)，采用64位RISC-V指令集架構(gòu)，處理器核均搭載獨(dú)立FPU資源，各核均能自主處理浮點(diǎn)，為充分發(fā)揮機(jī)器視覺及聽覺的潛力，該芯片集成有KPU模塊，可加速卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算，以及進(jìn)行麥克風(fēng)陣列信號(hào)處理的APU核心，可實(shí)現(xiàn)高效的機(jī)器視覺與聽覺數(shù)據(jù)處理，K210芯片集成有專用的FFT加速模塊，可進(jìn)行復(fù)數(shù)快速傅立葉變換。該SoC整合了各類外設(shè)組件，主要有DVP、JTAG、OTP、FPIOA、GPIO、UART、SPI、RTC、I2S、I2C、WDT、TIMER以及PWM，完備的外設(shè)資源可充分滿足不同場(chǎng)景下的硬件交互需求，基本實(shí)現(xiàn)MCU外設(shè)的主流功能覆蓋。該處理器采用高性能、低功耗的靜態(tài)存儲(chǔ)單元，為AI計(jì)算保留2M專用存儲(chǔ)空間，程序運(yùn)行占用6M容量；專用外部FLASH連接端口，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)空間擴(kuò)容；系統(tǒng)采用DMA機(jī)制加速數(shù)據(jù)搬運(yùn)，展現(xiàn)出強(qiáng)大的數(shù)據(jù)吞吐效能。以下是K210芯片架構(gòu)圖圖3K210架構(gòu)圖

第四章軟件設(shè)計(jì)4.1軟件流程圖圖4軟件流程圖4.2程序說明4.2.1PLC梯形圖作為S7-200控制器的配套軟件，STEP7-Micro/WIN32由西門子公司專門研制，該工具采用Windows作為底層系統(tǒng)，支持用戶代碼開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶程序運(yùn)行過程的實(shí)時(shí)監(jiān)視，現(xiàn)對(duì)該軟件的安裝要求、功能架構(gòu)進(jìn)行說明，并具體介紹采用編程工具實(shí)現(xiàn)代碼開發(fā)、調(diào)試及運(yùn)行監(jiān)測(cè)的技術(shù)方案。該工具的核心價(jià)值體現(xiàn)在輔助用戶完成軟件開發(fā)工作，主要支持以下功能。(1)采用離線狀態(tài)創(chuàng)建用戶程序，對(duì)用戶程序?qū)嵤┬薷暮蛢?yōu)化，采用脫機(jī)工作方式時(shí)，PLC與上位機(jī)失去物理連接，此時(shí)可實(shí)現(xiàn)大部分核心功能，諸如程序開發(fā)、編譯執(zhí)行、故障排查與系統(tǒng)設(shè)置等操作，然而所有程序及參數(shù)僅可保存在電腦磁盤內(nèi)。(2)在線工作模式下，可直接管理計(jì)算機(jī)通信關(guān)聯(lián)的PLC，實(shí)現(xiàn)用戶程序及組態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸與更新。(3)軟件編寫期間完成語法篩查，能預(yù)防部分語法及數(shù)據(jù)類型的錯(cuò)誤，實(shí)施語法檢測(cè)后，梯形圖中若存在錯(cuò)誤，其下方將顯示紅色波浪狀標(biāo)識(shí)線，錯(cuò)誤行在語句表中以紅色*號(hào)起始，且以紅色波浪線標(biāo)識(shí)出錯(cuò)處。(4)實(shí)施用戶程序文檔的規(guī)范化管理，實(shí)施加密等相關(guān)處理。設(shè)定PLC的操作方式、參數(shù)調(diào)整及實(shí)時(shí)監(jiān)控等項(xiàng)。S7-200可實(shí)現(xiàn)三類開環(huán)運(yùn)動(dòng)控制：該P(yáng)LC集成有脈寬調(diào)制(PWM)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)速率、位置和占空比的調(diào)控。西門子S7-200配備的PTO脈沖輸出單元，實(shí)現(xiàn)速度及位置調(diào)控功能。EM253輔助控制模塊——針對(duì)速度與位置調(diào)節(jié)的擴(kuò)展功能組件。為簡(jiǎn)化應(yīng)用程序?qū)用娴奈豢夭僮?，借助STEP7-Micro/WIN的位控向?qū)?，PWM、PTO及位控模塊的配置可在幾分鐘內(nèi)迅速完成，此向?qū)Э蓜?chuàng)建點(diǎn)位控制指令，應(yīng)用程序可利用這些指令實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的動(dòng)態(tài)管理，就位置控制模塊而言，系統(tǒng)同時(shí)集成有控制面板組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的指令調(diào)節(jié)、運(yùn)行監(jiān)控及功能檢驗(yàn)。采用EM241模塊可將S7-200直連至模擬線路，實(shí)現(xiàn)S7-200和STEP7-Micro/WIN的雙向通信，該模塊兼容Modbus從站模式的RTU通信協(xié)議，該模塊借助擴(kuò)展I/O總線與S7-200進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。STEP7-Micro/WIN集成調(diào)制解調(diào)器擴(kuò)展引導(dǎo)工具，該系統(tǒng)能引導(dǎo)用戶設(shè)置遠(yuǎn)程連接的調(diào)制解調(diào)器，以及為S7-200配備連接遠(yuǎn)程裝置的調(diào)制解調(diào)擴(kuò)展模塊。STEP7-Micro/WIN的預(yù)設(shè)指令集，該資源庫提供預(yù)先調(diào)試好的子程序及中斷功能塊，此類子程序和中斷程序的設(shè)計(jì)初衷是實(shí)現(xiàn)USS協(xié)議下的驅(qū)動(dòng)器通信，采用USS通信方式，您可對(duì)該物理驅(qū)動(dòng)實(shí)施操控，并可對(duì)驅(qū)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行讀寫操作。相關(guān)指令資源均存放在STEP7-Micro/WIN的指令樹庫中，若選中某個(gè)USS指令，系統(tǒng)自動(dòng)完成子程序（USS1~USS7）的增量配置。西門子庫采用分體式CD包裝銷售，基于STEP7-Micro/WIN的附加模塊：其訂貨代碼是6ES7830-2BC00-0YX0，實(shí)施西門子庫1.1版本的訂購與安裝后，所有STEP7-Micro/WINV3.2x及V4.0的后續(xù)升級(jí)均包含庫的自動(dòng)更新功能，無需額外付費(fèi)（僅當(dāng)庫內(nèi)容被調(diào)整或擴(kuò)充時(shí)）。該軟件包包含預(yù)先封裝好的Modbus專用子程序及中斷管理程序，降低了Modbus主站通信的技術(shù)門檻，采用Modbus從站通信指令，通過配置可使S7-200作為ModbusRTU從站運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)與Modbus主站的數(shù)據(jù)交互。如圖5所示為PLC做Modbus從站時(shí)梯形圖。圖5PLCRS485從站圖6PLC小車控制4.2.2AI視覺模塊程序importsensor,image,time,lcdfrommodulesimportybserialimporttimeimportbinasciiserial=ybserial()#字符串轉(zhuǎn)10進(jìn)制defstr_int(data_str):bb=binascii.hexlify(data_str)bb=str(bb)[2:-1]#print(bb)#print(type(bb))hex_1=int(bb[0])*16hex_2=int(bb[1],16)returnhex_1+hex_2defsend_data(x,y,w,h,msg):start=0x24end=0x23length=5class_num=0x01#例程編號(hào)class_group=0xBB#例程組data_num=0x00#數(shù)據(jù)量fenge=0x2c#逗號(hào)crc=0#校驗(yàn)位data=[]#數(shù)據(jù)組#參數(shù)都為0ifx==0andy==0andw==0andh==0:passelse:#x(小端模式)low=x&0xFF#低位high=x>>8&0xFF#高位data.append(low)data.append(fenge)#增加","data.append(high)data.append(fenge)#增加","#y(小端模式)low=y&0xFF#低位high=y>>8&0xFF#高位data.append(low)data.append(fenge)#增加","data.append(high)data.append(fenge)#增加","#w(小端模式)low=w&0xFF#低位high=w>>8&0xFF#高位data.append(low)data.append(fenge)#增加","data.append(high)data.append(fenge)#增加","#h(小端模式)low=h&0xFF#低位high=h>>8&0xFF#高位data.append(low)data.append(fenge)#增加","data.append(high)data.append(fenge)#增加","ifmsg!=None:#msgforiinrange(len(msg)):hec=str_int(msg[i])data.append(hec)data.append(fenge)#增加","#print(data)data_num=len(data)length+=len(data)#print(length)send_merr=[length,class_num,class_group,data_num]foriinrange(data_num):send_merr.append(data[i])#print(send_merr)#不加上CRC位，進(jìn)行CRC運(yùn)算foriinrange(len(send_merr)):crc+=send_merr[i]crc=crc%256send_merr.insert(0,start)#插入頭部send_merr.append(crc)send_merr.append(end)#print(send_merr)globalsend_bufsend_buf=send_merrsend_buf=[]x_=0y_=0w_=0h_=0msg_=""lcd.init()sensor.reset()sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)sensor.set_framesize(sensor.QVGA)sensor.skip_frames(time=100)sensor.set_auto_gain(False)sensor.set_auto_whitebal(False)clock=time.clock()print("Holdtheobjectyouwanttotrackinfrontofthecamerainthebox.")print("MAKESURETHECOLOROFTHEOBJECTYOUWANTTOTRACKISFULLYENCLOSEDBYTHEBOX!")#Capturethecolorthresholdsforwhateverwasinthecenteroftheimage.#50x50centerofQVGA.r=[(320//2)-(50//2),(240//2)-(50//2),50,50]foriinrange(50):img=sensor.snapshot()img.draw_rectangle(r)lcd.display(img)print("Learningthresholds...")threshold=[50,50,0,0,0,0]#MiddleL,A,Bvalues.foriinrange(50):img=sensor.snapshot()hist=img.get_histogram(roi=r)lo=hist.get_percentile(0.01)#GettheCDFofthehistogramatthe1%range(ADJUSTASNECESSARY)!hi=hist.get_percentile(0.99)#GettheCDFofthehistogramatthe99%range(ADJUSTASNECESSARY)!#Averageinpercentilevalues.threshold[0]=(threshold[0]+lo.l_value())//2threshold[1]=(threshold[1]+hi.l_value())//2threshold[2]=(threshold[2]+lo.a_value())//2threshold[3]=(threshold[3]+hi.a_value())//2threshold[4]=(threshold[4]+lo.b_value())//2threshold[5]=(thres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結(jié)論本研究通過系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)與實(shí)踐驗(yàn)證，成功構(gòu)建了基于PLC的智能化送藥服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，該裝置采用模塊化架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制精確性、防護(hù)可靠性及路徑規(guī)劃智能化的協(xié)同，形成了完整的藥品配送解決方案，實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)對(duì)提升藥品運(yùn)輸效率作用顯著，采用自動(dòng)避障配合實(shí)時(shí)定位功能，顯著提升運(yùn)輸安全水平，其規(guī)范化流程設(shè)計(jì)有效預(yù)防了人為操作差錯(cuò)，三層防護(hù)體系與自診斷功能的協(xié)同作用，使設(shè)備在復(fù)雜醫(yī)療環(huán)境中展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。在技術(shù)創(chuàng)新層面，研究實(shí)現(xiàn)了三個(gè)關(guān)鍵突破：開發(fā)了適應(yīng)醫(yī)院場(chǎng)景