基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識和PLC控制的郵件分揀系統(tǒng)*

席作鵬，安志勝，李國禎，彭 勃，李 曄

(太原科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院，山西太原030024)

早期的郵件分揀是完全的人工作業(yè)系統(tǒng)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，分揀作業(yè)系統(tǒng)逐漸開始使用各式各樣的自動化機械裝備，計算機控制技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)成為信息傳遞和處理的重要手段。機械化、自動化、智能化成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的主要特點與發(fā)展趨勢。郵件分揀過程是郵件處理中的一個重要環(huán)節(jié)，依據(jù)郵件的地址，快速、準(zhǔn)確地根據(jù)郵政編碼將發(fā)往不同地點的郵件從眾多郵件中分揀出來。

本文先將郵件都擺放到傳送帶上，通過攝像頭拍攝，獲取郵件的郵政編碼，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識出郵政編碼，根據(jù)郵政編碼的編號來控制郵件的走向。郵件分揀系統(tǒng)工作原理框圖如圖1所示。該系統(tǒng)分為郵件軟件識別系統(tǒng)和PLC控制分揀系統(tǒng)兩個部分。

圖1 郵件分揀系統(tǒng)工作原理框圖

1 郵政編碼的識別

1.1 輸入樣本的設(shè)計

將0－9這10個阿拉伯?dāng)?shù)字用一個5*3的布爾量網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)字化處理，例如，0用［1 1 1;1 0 1;1 0 1;1 0 1;1 1 1］表示;1用［0 1 0;0 1 0;0 1 0;0 1 0;0 1 0］表示;等等。轉(zhuǎn)換成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠處理的輸入和輸出數(shù)據(jù)，從而構(gòu)造輸入樣本。將這10個含15個布爾量網(wǎng)絡(luò)元素的輸入向量定義為15*10維的輸入矩陣X，X中每一列的15個元素對應(yīng)一個數(shù)字量按列展開的布爾量網(wǎng)絡(luò)元素。例如:X中第一列的15個元素［1;1;1;1;0;1;1;0;1;1;0;1;1;1;1］表示0。將10個阿拉伯?dāng)?shù)字輸入變量X中，作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本矩陣:

X=［X0，X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9］

1.2 輸出樣本的設(shè)計

輸出樣本被定義為一個4*10維的目標(biāo)矩陣T，其每一列的4個元素對應(yīng)一個數(shù)字量，這16個數(shù)字量用其所定義的十六進制表示。例如，用［0;0;0;0］表示0;用［0;0;0;1］表示1;等等。

1.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計

為了識別這些以5*3布爾量網(wǎng)絡(luò)表示的十六進制數(shù)，所設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)需要有10個輸入，在輸出層需要有4個神經(jīng)元來識別它，隱含層設(shè)計了9個神經(jīng)元。激活函數(shù)選擇Log－Sigmoid型傳輸函數(shù)，因為它的輸出范圍(0－1)正好適合在學(xué)習(xí)后輸出布爾值。

1.4 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練

使網(wǎng)絡(luò)能處理由于不規(guī)范的輸入所造成的噪聲，需要訓(xùn)練一個本身具有抗干擾能力的網(wǎng)絡(luò)。本文訓(xùn)練一個“理想加噪聲”輸入矢量的識別網(wǎng)絡(luò)。采用具有自適應(yīng)學(xué)習(xí)速率和附加動量因子的Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

首先利用不含噪聲的理想輸入數(shù)據(jù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，為了使網(wǎng)絡(luò)對輸入有一定的容錯能力，再利用不含和含有噪聲的輸入數(shù)據(jù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)。這使網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)適當(dāng)?shù)貙性肼暤臄?shù)字進行正確的辨識。這種以犧牲對正確數(shù)字辨識正確性為代價的采用含有噪聲的輸入數(shù)據(jù)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可能出現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸入辨識錯誤的可能性。因此，再次用理想信號進行訓(xùn)練，從而保證網(wǎng)絡(luò)對理想輸入和輸出的正確性。

2 PLC硬件部分

分揀機系統(tǒng)是將用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識出的4位16進制數(shù)代表的郵政編碼的編碼信息，隨傳送帶分揀入各個代表唯一地址的郵箱中，如編碼信息代表北京的就撿入北京的郵箱。其工作過程如下:當(dāng)綠燈L2亮，紅燈L1滅，傳送帶開始工作，電機M5驅(qū)動帶有推頭的主鏈運行，通過攝像頭拍攝，獲取郵件的郵政編碼，將得到的結(jié)果送入到計算機利用前面介紹的郵政編碼的識別方法，得到郵政編碼的4位16進制值表示。當(dāng)編碼信息正確的時候，紅燈L1滅，綠燈L2閃爍，利用電機光碼器S1折合成脈沖數(shù)，PLC控制器從S1中采集脈沖數(shù)，當(dāng)郵件到達分撿箱時，推進器(M1～M4)將郵件推進相應(yīng)的郵箱。隨后紅燈L1繼續(xù)滅，綠燈L2常亮，繼續(xù)分揀。若編碼信息出錯，則紅燈L1閃爍，電機M5停止動作，待重新啟動后，再運行。具體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 郵件分揀控制示意圖

圖3為分揀機與PLC的硬件連接圖。其中S1和S2為控制開關(guān)，M1～M4為推進器，將郵件推進相應(yīng)的郵箱，M5為驅(qū)動主鏈的電機，L1為紅色指示燈，L2為綠色指示燈。通過PLC的RS232串口連接上位機，對系統(tǒng)進行監(jiān)控。

圖3 郵件分揀硬件控制圖

郵件入箱部分軟件設(shè)計流程主要包括:郵件檢測、編碼信息檢測、編碼信息轉(zhuǎn)化成脈沖信號、郵件入箱和出錯控制。PLC控制部分程序流程如圖4所示。

圖4 PLC控制的部分流程圖

3 結(jié)束語

本文采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對阿拉伯?dāng)?shù)字進行識別，將辨識后的結(jié)果送入到PLC控制器中，通過PLC實現(xiàn)對郵件的自動分揀，使郵件分揀系統(tǒng)朝著自動化的方向進一步發(fā)展。

［1］袁慧梅，宋宇.基于MATLAB軟件的羅馬數(shù)字模式識別［J］.計算機應(yīng)用與軟件，2007，24(9):143 －144.

［2］李國勇.智能控制及其MATALAB實現(xiàn)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

［3］張萬忠，劉明芹.電器與PLC控制技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.