基于STC89C52單片機的圖書館智能上書機的設(shè)計

王鈞華 王藝霏

隨著時代的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，智能已經(jīng)步入了生活、醫(yī)療、學(xué)習(xí)、工作。智能化是生活水平的側(cè)面象征，為此移動式上書機為了解放勞動力、加快上書頻率為思想，本著智能化、專用化的設(shè)計理念，結(jié)合傳感器、單片機等自動控制技術(shù)來設(shè)計。將傳統(tǒng)的手動上書轉(zhuǎn)化為自動上書，來緩解圖書館的經(jīng)濟壓力，并使得人工上書量減少。本次上書機的設(shè)計是以STC89C52單片機作為控制器，設(shè)計出一種避障、識別書籍特征進(jìn)行圖書管理的智能小車。當(dāng)有識別到書本時通過光敏晶體管實現(xiàn)對特征的檢測作用，當(dāng)別識別物出現(xiàn)時便會啟動蜂鳴器開始做出動作，通過單片機來實現(xiàn)自行控制，以及實現(xiàn)自動躲避障礙的功能。其中小車驅(qū)動由L298N驅(qū)動電路完成。

上書機;STC89C52;智能

引言

本項目通過紅外傳感器檢測圖書條形碼，通過查詢數(shù)據(jù)庫快速找到對應(yīng)書籍放置位置，解決圖書管理員原有的上書難上述錯誤率高的問題。本項目通過機械手臂結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)智能化設(shè)計，減少人工勞動。利用ZigBee技術(shù)達(dá)到精確定位，智能高效的完成上書任務(wù)。本項目結(jié)合數(shù)據(jù)庫、單片機、機械知識、傳感器為基礎(chǔ)，完成書的順序排放、自動上書和語音查詢等功能。本項目綜合性強，采用單片機控制，減少上述錯誤率，節(jié)省時間。增加采集翻閱量數(shù)據(jù)配合借閱量，完善圖書館大數(shù)據(jù)，市場需求大。目前各大圖書館的圖書管理都由圖書管理員完成，由于圖書館龐大的藏書量，使得人工管理圖書效率低，錯誤率高。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)查詢看到，目前國內(nèi)外還沒有一款智能的移動上書機。所以我們的項目還處于對智能移動上書機的創(chuàng)意階段。隨著科技文化的發(fā)展，人們對精神層次追求的不斷提高，各個圖書館的藏書量尤其是大學(xué)校內(nèi)的圖書館藏書量的不斷提高，人工上書的效率與成本也越來越高。綜上所述，我們的項目有很強的創(chuàng)新性，如果項目實現(xiàn)，將來有很大的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。并且可以大大的降低圖書館雇傭人力的經(jīng)濟成本，并且大大提高圖書的上書效率。

一、方案設(shè)計

本設(shè)計由控制模塊發(fā)出指令實現(xiàn)控制系統(tǒng)，按照單片機的發(fā)出的指令執(zhí)行相應(yīng)的動作。上書機的避障作用主要是通過安裝在上書機前方的2個紅外光外傳感器的傳感作用進(jìn)行感知，達(dá)到避障的目的。光敏晶體管將識別到的特征轉(zhuǎn)化成電信號。根據(jù)自動控制的基本要求，智能上書機在無人干預(yù)的情況下依靠處理器自動完成所有的系統(tǒng)設(shè)計要求。光電檢測傳感器找到識別特征，引導(dǎo)上書機。自動避障通過紅外光電開關(guān)感應(yīng)前方的障礙物，程序判斷處理控制小車轉(zhuǎn)彎避開障礙物。

二、上書機的系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)采用89C52單片機，其使用廣泛，性價比高，資源豐富且執(zhí)行速度較高;89C52單片機使用串口對單片機進(jìn)行燒錄程序，下載程序較為方便;其內(nèi)部集成了看門狗電路，不會輕易被干擾。由于單片機P0口內(nèi)部不含上拉電阻，為高阻態(tài)，不能正常地輸出高/低電平，該組I/O口在使用時考慮外接上拉電阻以保障單片機正常運行。通過光電傳感器的輸出信號進(jìn)行避障，主控制最小系統(tǒng)設(shè)置了復(fù)位按鈕，當(dāng)上書機出現(xiàn)問題時可通過復(fù)位按鈕重新啟動。

對于采用H橋式來對電路進(jìn)行驅(qū)動可以有效控制系統(tǒng)的行進(jìn)及動作，由于其內(nèi)部大多數(shù)是由H橋式電路來進(jìn)行驅(qū)動電路，所以可以采用該電路來對小車進(jìn)行驅(qū)動。通過單片機的作用來對L298N、PWM等芯片進(jìn)行信號輸出來控制小車行駛速度，以及小車的開始啟動?？梢詫⑵?、7、10、12四個引腳接到單片機上，通過單片機的編程作用就可以實現(xiàn)直流電機正負(fù)反轉(zhuǎn)驅(qū)動。

識別模塊采用大功率三極管驅(qū)動，在此電路當(dāng)中，如果傳感器沒有檢測到特征時傳感器不發(fā)生導(dǎo)通，會引起傳感器上的陽極上拉電阻，經(jīng)過比較濾波器整形后輸出為高電壓;當(dāng)傳感器檢測到特征的存在時，傳感器發(fā)生導(dǎo)通，比較器將會輸出低電壓。

電源的芯片主要采用的是7805型芯片，使用該芯片的好處就是對于電路的搭建較為簡單實用。并且由于78系列的三端穩(wěn)壓IC組成的穩(wěn)壓電源外圍需要的元器件很少，電路的內(nèi)部還存在過流或者過熱的調(diào)整管的存在可以對電路內(nèi)部進(jìn)行保護防止損壞的現(xiàn)象發(fā)生。從使用的角度上來說其價格較為便宜，使用方便。能夠基本滿足上書機的對于單片機控制系統(tǒng)以及L298N芯片的供電需求。

本系統(tǒng)對于障礙檢測選用的傳感器為E18-D50NK型號傳感器，因為此紅外傳感器屬于反射式接近開關(guān)傳感器，可以用于對物體反射進(jìn)行檢測，該傳感器使用方便、穩(wěn)定可靠。其輸出信號為數(shù)字信號輸出，不需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，可以直接與單片機I/O接口連接。當(dāng)傳感器檢測到信號時輸出電壓為低電壓，而在正常情況下沒有信號輸入時其輸出為高電壓。為能讓單片機正常檢測，在信號輸出端需外接一個1KΩ上拉電阻。檢測距離可達(dá)50cm，距離可通過可調(diào)電位器調(diào)節(jié)。

三、系統(tǒng)程序設(shè)計

上書機連通電源后，利用傳感器等部件對周圍的環(huán)境進(jìn)行信息采集，通過單片機對周圍的情況進(jìn)行實時判斷以及周邊的障礙物的分布情況。根據(jù)情況作出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向，前進(jìn)后退等動作，是上書機不斷地趨近取目標(biāo)特征位置，在達(dá)到特征位置時，進(jìn)行動作。

本系統(tǒng)共使用6個傳感器，裝在小車車頭，每隔45度角裝載一個，正前方裝有兩個，一個近距離的，一個遠(yuǎn)距離的。近距離特征傳感器用來判斷是否動作，當(dāng)傳感器檢查到特征信號，其輸出信號為110011時，單片機接收到輸出信號，驅(qū)動模塊驅(qū)動進(jìn)行動作。

結(jié)語：

本文是在基于STC89C52單片機為主模塊進(jìn)行試驗的目的設(shè)計，其主要包括主控模塊、檢測模塊、避障模塊、驅(qū)動模塊、電源模塊等組成。通過對模塊的設(shè)計以及搭建，對智能上書機的系統(tǒng)進(jìn)行了測試。其具有反應(yīng)迅速、工作穩(wěn)定、性價比高等特點。