小型自動圖書分揀裝置

李哲，唐彬（南華大學），肖興輝，陳暢，張劍峰，鐘春玲，王佳樂，朱霞，蔡新慧，羅欽（通訊作者）

（湖南工業(yè)大學電氣與信息工程學院電氣工程及其自動化系，湖南株洲，412007）

0 引言

我國在圖書自動分揀的研究范圍相對較窄，且更多地聚焦在RFID技術在圖書館智能化管理研究和自動化立體書庫應用上，其他方面涉及較少。而我國在小成本圖書自動分揀機上依舊處于研發(fā)階段。國外圖書館分揀技術研究更加廣泛，自動分揀普及程度達到90%以上，圖書自動分揀成為現(xiàn)代圖書館管理系統(tǒng)的主流趨勢[1-2]。

1 圖書分揀機的主體架構

圖書分揀機的機械結構由推送結構和轉(zhuǎn)盤結構組成。推送結構的功能是存放待分揀圖書，然后將圖書送入滑道并讀取圖書的圖書位置信息；轉(zhuǎn)盤結構的功能是接收從推送裝置的滑道上滑下來的圖書，做周期性旋轉(zhuǎn)運動。圖書分揀機的總體結構如圖1所示。

■1.1 推送機械結構

推送結構的控制電路由推板控制電路、條形碼識別及發(fā)送電路組成，通過光電傳感器、RFID掃描槍、繼電器、步進電機相互配合，將圖書推入滑道；轉(zhuǎn)盤結構由舵機控制電路、減速步進電機電路組成，舵機控制扇區(qū)開閉，行星減速步進電機帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。

圖1 圖書分揀機總體結構圖

■1.2 轉(zhuǎn)盤機械結構

裝置正常工作時，轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)盤底部有相對運動。因此運動和靜止部分必然會面臨導線纏繞問題。為避免電源模塊線路纏繞，采用滑環(huán)來處理。但考慮到轉(zhuǎn)盤主軸較粗，常規(guī)滑環(huán)不適用且定制滑環(huán)價格昂貴。利用碳刷和導電環(huán)配合工作，為舵機提供電源。

2 系統(tǒng)硬件架構

■2.1 推板控制電路

推板控制電路通過單片機A、光電傳感器、直流減速和步進電機的相互配合，將待分揀的圖書送入滑道。推送裝置控制電路框圖如圖2所示。

圖2 推送裝置控制電路

圖3 轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電路

■2.2 轉(zhuǎn)盤控制電路

轉(zhuǎn)盤由固定在裝置底部的行星減速步進電機57HB76（大減速比、大力矩）帶動，其用法和普通步進電機相同。轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電路框圖如圖3所示。

■2.3 條形碼識別及發(fā)送電路設計

條形碼識別及發(fā)送電路通過條形碼掃描槍讀取圖書藏館位置，單片機B將圖書位置信息轉(zhuǎn)成二進制編碼并通過藍牙模塊發(fā)送。條形碼識別、顯示電路如圖框圖4所示。

圖4 條形碼識別、顯示電路

3 系統(tǒng)軟件架構

■3.1 推板控制流程

圖5 推板控制流程

推板控制程序的作用是單片機A、步進電機、直流減速電機、光電傳感器相互配合，將圖書送入傾斜滑道。程序工作流程：人工將待分揀的圖書放在推板上，手動啟動開關。單片機A輸出PWM控制電機正轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器和絲桿結構帶動推板運動。在推送結構末端放置光電傳感器，通過繼電器觸發(fā)單片機A中斷，步進電機制動使推板停止運動。推板程序的工作流程如圖5所示。

單片機進入中斷后，控制直流電機模塊的引腳變成高電平并持續(xù)1.2秒。在這1.2秒內(nèi)，直流減速電機正轉(zhuǎn)，齒輪、齒條結構將圖書推入滑道；1.2秒后P1.0和P1.1引腳電平取反，再持續(xù)1.2秒使直流電機反轉(zhuǎn)，齒條復位為下一本圖書的推送準備，推板控制程序執(zhí)行流程如圖6所示。

圖6 推板控制程序執(zhí)行流程

■3.2 轉(zhuǎn)盤控制流程

轉(zhuǎn)盤分六個可活動的扇區(qū)，轉(zhuǎn)盤每次轉(zhuǎn)動一個扇區(qū)。單片機H控制減速電機每隔3秒鐘轉(zhuǎn)動一個扇區(qū)的角度，然后暫停2秒讓轉(zhuǎn)盤對應扇區(qū)上的圖書有時間落入轉(zhuǎn)盤下方對應轉(zhuǎn)盤扇區(qū)的歸類書箱。

■3.3 圖書條形碼掃描、處理流程

此部分程序的作用是在單片機A進入中斷后，通過掃描槍掃描條形碼，將掃描槍讀取到字符及數(shù)字信息通過串口傳輸至單片機B。然后掃描到的條形碼信息進行字節(jié)處理，然后通過LCD1602顯示。同時將掃描得到的待分揀書籍條碼信息與預先存儲在單片機程序結構體數(shù)組進行比對，根據(jù)比對結果得到圖書存放區(qū)域。單片機B將圖書的藏館信息轉(zhuǎn)換處理，編碼為3位二進制數(shù)，將編碼信息傳輸至單片機C，然后通過藍牙模塊將編碼信息傳輸至轉(zhuǎn)盤底部單片機D，以便圖書分揀的后續(xù)工作。圖書掃描、處理程序執(zhí)行過程如圖7所示。

圖7 圖書條形碼掃描處理流程

4 結語

隨著時代的發(fā)展，各類圖書館等相關單位在這方面表現(xiàn)出較大需求。在龐大市場和巨大存書數(shù)量面前，只有智能圖書分揀裝置才能滿足這樣的需求。本文設計面向圖書分揀的裝置，實現(xiàn)智能化圖書分揀工作，提高圖書館等綜合服務的經(jīng)濟效益。