基于Arduino的條形碼掃描系統(tǒng)

Arduino是一款電子互動開發(fā)的軟硬件平臺，以Arduino uno r3單片機(jī)為基礎(chǔ)配置的條形碼智能掃描系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對各種貨物上的多種形式條形碼進(jìn)行快速批量掃描，貨物信息通過串口通信傳送給Arduino單片機(jī)，再發(fā)送到移動數(shù)據(jù)終端，使得快遞中心能夠隨時(shí)掌握貨物信息。在日常生活中，此類掃描系統(tǒng)可以在各地的快遞分揀中心使用，大大降低快遞分揀成本，同時(shí)提高分揀效率。

【關(guān)鍵詞】Arduino條形碼掃描 分揀

1 引言

網(wǎng)購的流行促使快遞業(yè)迅速發(fā)展，隨著快遞數(shù)量的劇增，分揀快遞也成為一個(gè)難題。我國的快遞業(yè)自動化相對于國外起步較慢，根據(jù)《中國快遞行業(yè)發(fā)展報(bào)告》，在先進(jìn)分揀設(shè)備及技術(shù)的應(yīng)用上我國快遞行業(yè)仍然落后。目前，國內(nèi)幾家大的物流公司，除了中國郵政和順豐擁有自動化分揀設(shè)備之外，其他公司皆以人工+傳送帶方式為，主快遞單號的獲取方式仍是用手持掃描槍，分揀效率低下。分揀中心的掃描、搬運(yùn)成本非常高，整個(gè)分揀中心作業(yè)時(shí)間的30%--40%更是被分揀環(huán)節(jié)所占。尋求一種更加高效、智能化的掃描方式是物流公司非常迫切的需求?；贏rduino的條形碼掃描系統(tǒng)與人工+傳送帶模式相比更智能化，效率更高。

NLS-EM3296是近幾年最新推出的條形碼掃描模塊，利用紅外掃描精確快速地讀取快遞條形碼上的信息，通過串口傳輸給上位機(jī)，在完成掃描快遞信息的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了信息登記，同時(shí)智能小車依據(jù)掃描信息實(shí)現(xiàn)自動搬運(yùn)、卸貨，快遞分揀成本將會大大降低。本文基于Arduino單片機(jī)以極低的成本實(shí)現(xiàn)NLS-EM3296的智能掃描功能。

2 Arduino模塊概述

Arduino是目前較為流行的一款電子互動產(chǎn)品開發(fā)平臺，由Arduino系列單片機(jī)和Arduino的IDE兩部分組成，IDE有大量庫函數(shù)支持，大大簡化了程序的開發(fā)工作。Arduino具有使用簡單，功能多樣，價(jià)格低廉，可拓展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子系列和互動產(chǎn)品的開發(fā)方面，Arduino 編程過程采用的是交叉編譯的手段。Arduino單片機(jī)不具有直接編譯環(huán)境，對其編程需要兩臺計(jì)算機(jī)，Arduino單片機(jī)和PC。Arduino單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境可以在多種主流操作系統(tǒng)中運(yùn)行，包括Windows、Linux、Mac OS三個(gè)主流操作系統(tǒng)平臺，適用面非常廣泛。

Arduino uno是Arduino USB接口系列的最新版本，作為Arduino平臺的參考標(biāo)準(zhǔn)模板。UNO的處理器核心是ATmega328，同時(shí)具有14路數(shù)字輸入/輸出口（其中6路可作為PWM輸出），6路模擬輸入，一個(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSP header和一個(gè)復(fù)位按鈕。目前UNO已經(jīng)發(fā)布到第三版，如圖1所示。

3 掃碼模塊

NLS-EM3296是一款智能化的條形碼讀識開發(fā)模塊，如圖2所示。模塊自身具有先進(jìn)的條形碼識別算法，可以對Code-128、GSI-128、AIM-128、EAN-128、PDF-417、QR-Code等一維條形碼和二維條形碼進(jìn)行讀取，同時(shí)NLS-EM3296 可以輕松讀取紙張、塑料卡、LCD 等各種印制介質(zhì)和顯示介質(zhì)上的條碼，性能強(qiáng)大。NLS-EM3296具有很好的開放性，能夠與外接設(shè)備實(shí)現(xiàn)多種方式通信，實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)網(wǎng)化。除此之外，NLS-EM3296還具有體積小，操作簡單，廉價(jià)等優(yōu)勢，可以在分揀小車、分揀機(jī)器人、貨物信息統(tǒng)計(jì)等方面發(fā)揮重要的作用。

3.1 掃碼模塊的通信方式

3.1.1 串口通信

條形碼掃描模塊提供TTL-232串口通信接口，支持1200bps——115200bps速率，可以通過串口通信與外設(shè)進(jìn)行通信。通過12pin 0.5mm的柔性線纜與外設(shè)進(jìn)行連接，串口默認(rèn)波特率為9600bps，8為數(shù)據(jù)位，無檢驗(yàn)，1位停止位如圖3所示，所使用到的端口如表1所示。

3.1.2 USB通信

條形碼掃描模塊可以與開發(fā)板EVK連接，通過USB線與PC機(jī)進(jìn)行通信如圖4所示。

4 整體調(diào)試

智能小車由循跡部分、卸貨部分、控制部分和掃碼部分共四部分組成，如圖5和圖6所示為智能小車程序框圖和整體圖。智能分揀小車的調(diào)試主要包括兩個(gè)關(guān)鍵部分，即掃描模塊和小車運(yùn)行控制，下面分別介紹工作原理與調(diào)試方法。

4.1 Arduino與NLS-EM3296模塊

NLS-EM3296掃描模塊通過柔性線纜+FPC轉(zhuǎn)接板與Arduino uno r3單片機(jī)進(jìn)行串口通訊。NLS-EM3296掃描模塊的默認(rèn)波特率為9600bps，需要在程序編輯器（IDE）中對Arduino進(jìn)行設(shè)置Serial.begin（9600），掃碼程序如圖7所示。

NLS-EM3296掃描模塊的掃描模式默認(rèn)為低電平掃描模式，也可使用openjumper串口助手通過EVK板對條形碼模塊調(diào)試，同時(shí)對NLS-EM3296模塊的靈敏度和紅外掃描光線的強(qiáng)弱等條件進(jìn)行設(shè)置。

當(dāng)NLS-EM3296的紅外探頭掃描到快遞條形碼時(shí)，對捕獲的條形碼進(jìn)行解碼，解碼后的數(shù)據(jù)為16位字符，這些字符包含貨物的基本信息，是實(shí)現(xiàn)快遞自動化分揀的基礎(chǔ)。Arduino單片機(jī)通過串口從NLS-EM3296獲取快遞的位置信息，控制智能分揀小車、機(jī)器人等智能分揀設(shè)備將快遞搬運(yùn)到指定位置。智能分揀能夠利用自身的藍(lán)牙、Wi-Fi等無線通信模塊將快遞信息上傳給PC機(jī)，在搬運(yùn)快件的同時(shí)，又可以實(shí)現(xiàn)快遞信息的上傳登記備案。

下面就以載有基于Arduino的NLS-EM3296掃描系統(tǒng)的智能小車為例介紹基于Arduino的NLS-EM3296掃描系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效果。

4.2 智能分揀小車

以Arduino uno單片機(jī)為依托，通過XLDC-DC升壓模塊、L298N電機(jī)驅(qū)動模塊，尋跡傳感器，漫反射式紅外避障實(shí)現(xiàn)對小車的智能控制，并通過arduino串行通信接口實(shí)現(xiàn)與EM3296條碼掃描模塊的即時(shí)通訊。

小車的循跡部分由四路循跡模塊、XLDC-DC升壓模塊、漫反射式壁障傳感器和L298N電機(jī)驅(qū)動模塊。尋跡模塊通過識別黑線將信號傳給單片機(jī)，同時(shí)DC生壓模塊將18650電池組的電壓升到12V接到L298N電機(jī)驅(qū)動模塊上，從而驅(qū)動小車向前行走。

卸貨部分由兩個(gè)SG-90舵機(jī)和亞格力板組成，通過舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)完成卸貨。如果所卸貨物比較重，建議采用大扭矩的舵機(jī)模塊，本文只是通過小車展示一下基于Arduino的NLS-EM3296掃碼模塊，所以采用扭矩較小的模塊。

控制部分也稱為核心部分是Arduino uno r3單片機(jī)，控制小車的整體運(yùn)行。如果小車想要實(shí)現(xiàn)除掃碼外其他功能，例如藍(lán)牙、無線傳輸?shù)龋ㄗh使用Arduino mega2560單片機(jī)，該單片機(jī)串口通信端較多，編程方式、接線方式與uno相同，本文不再做過多陳述。

掃碼部分是NLS-EM3296條形碼掃描模塊，條形碼掃描模塊通過柔性線纜、FPC轉(zhuǎn)接板和杜邦線與Arduino單片機(jī)串口（uno的串口為0，1）相連，圖8所示為智能小車的控制電路圖。

首先，通過NLS-EM3296掃描模塊將條形碼信息解碼后傳給Arduino單片機(jī)，Arduino單片機(jī)通過讀取的信息確定每件貨物送達(dá)的區(qū)域，智能小車運(yùn)用自身的紅外尋跡系統(tǒng)和漫反射式紅外避障系統(tǒng)將貨物自動運(yùn)送指定的區(qū)域，觸發(fā)單片機(jī)程序中斷使用SG-90舵機(jī)將快遞卸下，整體過程如圖9所示。

智能小車的運(yùn)行結(jié)果證明，裝載有掃描系統(tǒng)的小車完成了快遞信息掃描，同時(shí)還完成了快遞的簡單分揀工作，由此可見基于Arduino的NLS-EM3296的條形碼掃描系統(tǒng)，如果配上智能的分揀設(shè)備，不僅可以降低快遞分揀成本，還能提高分揀效率。

5 結(jié)束語

本文研究了一套基于Arduino的NLS-EM3296條形碼掃描系統(tǒng)，NLS-EM3296讀識模塊通過柔性線纜與Arduino單片機(jī)連接，它可以對多種形式的一維，二維條形碼進(jìn)行精確掃描讀取，解碼后傳輸給Arduino單片機(jī)和PC機(jī)。同時(shí)解決了快遞信息的讀取和登記，節(jié)省時(shí)間。并以裝載有基于Arduino的NLS-EM3296的條形碼掃描系統(tǒng)的智能小車為例，對NLS-EM3296掃描系統(tǒng)和智能小車控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，在快遞分揀及貨物登記等領(lǐng)域具有較高的實(shí)用價(jià)值。

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作者簡介

崔子鵬（1997-），男，河北省石家莊市人。

汪雨洋（1996-），男，四川省資陽市人。

魏晉文（1995-），男，甘肅省白銀市人。

王璇（1996-），女，河北省張家口市人。

胡暢（1998-），女，湖南省益陽市人。

作者單位

石家莊鐵道大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 河北省石家莊市 050043