基于單片機(jī)的圖書分揀裝置的設(shè)計(jì)

孔德平

摘 要：此智能圖書分揀裝置由AVR單片機(jī)控制，分為分書部分、主傳送部分、檢測(cè)部分、托舉部分、副傳送部分、矩陣鍵盤部分和液晶顯示部分。各部分通過相互協(xié)調(diào)運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)圖書分揀任務(wù)。操作簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)此裝置的體積和質(zhì)量都不大，成本低。有效地提高圖書分揀的質(zhì)量和速度，將會(huì)在未來市場(chǎng)贏得先機(jī)，因此分揀機(jī)的應(yīng)用前景十分廣闊。

關(guān)鍵詞：AVR單片機(jī)；分揀；檢測(cè)；圖書

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.243

1 總體設(shè)計(jì)方案

本裝置由AVR單片機(jī)控制，分為分書部分、主傳送部分、檢測(cè)部分、托舉部分、副傳送部分、矩陣鍵盤部分和液晶顯示部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框?yàn)橹骺刂破?、水平傳送帶、垂直傳送帶、鍵盤輸入、光電開關(guān)，系統(tǒng)各部分功能如下：

分書部分：將要分揀的書籍放到傳送帶上，擋書板可以根據(jù)分揀書籍的厚度調(diào)節(jié)，使圖書只能一次傳出一本。

主傳送部分：主傳送帶的功能是傳送圖書。

檢測(cè)部分：檢測(cè)部分采用光電傳感器，當(dāng)有書籍在傳送帶的作用下傳送過來，光電傳感器檢測(cè)到之后，將采集的信號(hào)傳送到單片機(jī)中。

托舉部分：托舉裝置由電機(jī)來制動(dòng)，電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)連桿將副傳送部分升起，電機(jī)反轉(zhuǎn)將副傳送裝置放下，當(dāng)檢測(cè)部分將采集信號(hào)傳到單片機(jī)中后單片機(jī)迅速做出處理控制托舉部分的電機(jī)制動(dòng)。

副傳送部分：副傳送部分由電機(jī)和轉(zhuǎn)軸連接制成，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)書籍傳送到指定部位時(shí)托舉裝置升起，帶動(dòng)副傳送部分將書托起，再通過轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)將書滑出。

液晶顯示部分：液晶顯示部分采用5110，書籍分揀數(shù)量和種類等信息通過液晶顯示部分顯示出來。

矩陣鍵盤部分：通過按鍵向單片機(jī)輸入書籍的編號(hào)，單片機(jī)再做出處理，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

2 系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)主要以AVR單片機(jī)為核心，各部分相互協(xié)調(diào)工作共同完成圖書分揀工作。分揀機(jī)操作簡(jiǎn)單，將所需分揀圖書放到分書裝置上，通過矩陣鍵盤輸入每個(gè)班所需圖書量，分揀機(jī)會(huì)自動(dòng)開始進(jìn)行分揀處理。首先調(diào)節(jié)好擋書板的高度，然后分書部分將需要分揀的圖書一本一本的分出，書本通過主傳送帶傳動(dòng)，當(dāng)書本經(jīng)過檢測(cè)部分的光電傳感器后，傳感器將檢測(cè)信號(hào)傳入單片機(jī)中，然后單片機(jī)控制托舉部分的電機(jī)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，使托舉部分帶動(dòng)副傳送部分升起，副傳送部分的轉(zhuǎn)軸將書本滑出，書滑出后會(huì)在液晶顯示器上顯示書的種類、已分揀圖書數(shù)量和還需分揀圖書數(shù)量，托舉部分的電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)副傳送部分落下，完成一次分書任務(wù)。

3 軟件設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)。在對(duì)系統(tǒng)參數(shù)初始化完之后，用鍵盤輸入圖書編號(hào)和所需數(shù)量，信息傳到單片機(jī)中進(jìn)行匹配數(shù)據(jù)庫(kù)，垂直傳送帶工作，通過檢測(cè)裝置，副傳送部分開始工作，將圖書傳出，當(dāng)圖書分揀工作到所設(shè)定的數(shù)量時(shí)，LED閃爍并且蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。

（2）系統(tǒng)圖書分揀子程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)上電之后進(jìn)行復(fù)位操作，程序進(jìn)行初始化處理，當(dāng)檢測(cè)裝置檢測(cè)到書籍之后，將檢測(cè)的信息傳給單片機(jī)，然后單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)識(shí)別，根據(jù)采集信號(hào)控制對(duì)應(yīng)的托舉電機(jī)，使其做出相關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)分書任務(wù)。系統(tǒng)副傳送部分和托舉部分程序設(shè)計(jì)如圖1所示。

4 系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

作品外部框架由金屬材料焊接而成，框架上方分為左、中、右三部分，固定有控制單元的為中間部分。各部分主要功能如下：

（1）框架左邊部分。框架左邊部分的上方為分書部分，主要由一個(gè)小的傳送帶和一個(gè)擋書板組成。傳送帶由四個(gè)相同型號(hào)的TT電機(jī)構(gòu)成，單片機(jī)通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)將書滑出，擋書板高度可調(diào)節(jié)，根據(jù)分揀圖書的厚度來調(diào)節(jié)擋書板的高度使圖書一次滑出一本。

（2）框架中間部分。液晶顯示部分：檢測(cè)部分在檢測(cè)到信息之后再將監(jiān)測(cè)信息反饋到單片機(jī)中，單片機(jī)然后會(huì)把得到的數(shù)據(jù)信息通過液晶顯示器來顯示出來，使用者通過液晶顯示器能夠直白的看出書籍的種類和已經(jīng)分揀的書籍的數(shù)量。

（3）框架右邊部分之托舉部分。托舉裝置由電機(jī)來帶動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上連接連桿，連桿采用三段式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)連桿將副傳送部分升起，電機(jī)反轉(zhuǎn)將副傳送裝置放下。當(dāng)檢測(cè)部分將采集信號(hào)傳到單片機(jī)中后單片機(jī)迅速做出處理控制托舉部分的電機(jī)制動(dòng)。

框架右邊部分之副傳送部分： 副傳送部分由電機(jī)和轉(zhuǎn)軸連接制成，一個(gè)副傳送裝置有兩個(gè)轉(zhuǎn)軸，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)書籍傳送到指定部位時(shí)托舉裝置升起，帶動(dòng)副傳送部分將書托起，再通過轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)將書滑出。

檢測(cè)部分：檢測(cè)部分采用光電傳感器，當(dāng)有書籍在傳送帶的作用下傳送過來，光電傳感器檢測(cè)到之后，將采集的信號(hào)傳送到單片機(jī)中。

5 結(jié)論

本文雖然在分揀裝置的設(shè)計(jì)上做了大量的工作，并取得了一定的成果。但是鑒于時(shí)間的限制，并沒有將最初設(shè)想的所有情況都考慮進(jìn)去，所以，在許多方面還存在著不足和需要改善的地方，有待進(jìn)一步探究。本系統(tǒng)存在的問題與拓展有如下幾個(gè)方面：光電開關(guān)供電穩(wěn)定性不夠好，可能在實(shí)際的工作中造成失誤；顯示內(nèi)容過少。在某些特殊場(chǎng)合，各個(gè)時(shí)間段的實(shí)時(shí)信息都需要被顯示出來，以便于管理；硬件電路的調(diào)試過程中，有很多需要重新燒入程序的情況，比如修正程序或程序增添了新功用，因此，芯片的反復(fù)插入和拔出會(huì)給芯片帶來一些損害。