小型自动图书分拣装置

李哲，唐彬（南华大学），肖兴辉，陈畅，张剑峰，钟春玲，王佳乐，朱霞，蔡新慧，罗钦（通讯作者）

（湖南工业大学电气与信息工程学院电气工程及其自动化系，湖南株洲，412007）

0 引言

我国在图书自动分拣的研究范围相对较窄，且更多地聚焦在RFID技术在图书馆智能化管理研究和自动化立体书库应用上，其他方面涉及较少。而我国在小成本图书自动分拣机上依旧处于研发阶段。国外图书馆分拣技术研究更加广泛，自动分拣普及程度达到90%以上，图书自动分拣成为现代图书馆管理系统的主流趋势[1-2]。

1 图书分拣机的主体架构

图书分拣机的机械结构由推送结构和转盘结构组成。推送结构的功能是存放待分拣图书，然后将图书送入滑道并读取图书的图书位置信息；转盘结构的功能是接收从推送装置的滑道上滑下来的图书，做周期性旋转运动。图书分拣机的总体结构如图1所示。

■1.1 推送机械结构

推送结构的控制电路由推板控制电路、条形码识别及发送电路组成，通过光电传感器、RFID扫描枪、继电器、步进电机相互配合，将图书推入滑道；转盘结构由舵机控制电路、减速步进电机电路组成，舵机控制扇区开闭，行星减速步进电机带动转盘旋转。

图1 图书分拣机总体结构图

■1.2 转盘机械结构

装置正常工作时，转盘与转盘底部有相对运动。因此运动和静止部分必然会面临导线缠绕问题。为避免电源模块线路缠绕，采用滑环来处理。但考虑到转盘主轴较粗，常规滑环不适用且定制滑环价格昂贵。利用碳刷和导电环配合工作，为舵机提供电源。

2 系统硬件架构

■2.1 推板控制电路

推板控制电路通过单片机A、光电传感器、直流减速和步进电机的相互配合，将待分拣的图书送入滑道。推送装置控制电路框图如图2所示。

图2 推送装置控制电路

图3 转盘驱动电路

■2.2 转盘控制电路

转盘由固定在装置底部的行星减速步进电机57HB76（大减速比、大力矩）带动，其用法和普通步进电机相同。转盘驱动电路框图如图3所示。

■2.3 条形码识别及发送电路设计

条形码识别及发送电路通过条形码扫描枪读取图书藏馆位置，单片机B将图书位置信息转成二进制编码并通过蓝牙模块发送。条形码识别、显示电路如图框图4所示。

图4 条形码识别、显示电路

3 系统软件架构

■3.1 推板控制流程

图5 推板控制流程

推板控制程序的作用是单片机A、步进电机、直流减速电机、光电传感器相互配合，将图书送入倾斜滑道。程序工作流程：人工将待分拣的图书放在推板上，手动启动开关。单片机A输出PWM控制电机正转，通过联轴器和丝杆结构带动推板运动。在推送结构末端放置光电传感器，通过继电器触发单片机A中断，步进电机制动使推板停止运动。推板程序的工作流程如图5所示。

单片机进入中断后，控制直流电机模块的引脚变成高电平并持续1.2秒。在这1.2秒内，直流减速电机正转，齿轮、齿条结构将图书推入滑道；1.2秒后P1.0和P1.1引脚电平取反，再持续1.2秒使直流电机反转，齿条复位为下一本图书的推送准备，推板控制程序执行流程如图6所示。

图6 推板控制程序执行流程

■3.2 转盘控制流程

转盘分六个可活动的扇区，转盘每次转动一个扇区。单片机H控制减速电机每隔3秒钟转动一个扇区的角度，然后暂停2秒让转盘对应扇区上的图书有时间落入转盘下方对应转盘扇区的归类书箱。

■3.3 图书条形码扫描、处理流程

此部分程序的作用是在单片机A进入中断后，通过扫描枪扫描条形码，将扫描枪读取到字符及数字信息通过串口传输至单片机B。然后扫描到的条形码信息进行字节处理，然后通过LCD1602显示。同时将扫描得到的待分拣书籍条码信息与预先存储在单片机程序结构体数组进行比对，根据比对结果得到图书存放区域。单片机B将图书的藏馆信息转换处理，编码为3位二进制数，将编码信息传输至单片机C，然后通过蓝牙模块将编码信息传输至转盘底部单片机D，以便图书分拣的后续工作。图书扫描、处理程序执行过程如图7所示。

图7 图书条形码扫描处理流程

4 结语

随着时代的发展，各类图书馆等相关单位在这方面表现出较大需求。在庞大市场和巨大存书数量面前，只有智能图书分拣装置才能满足这样的需求。本文设计面向图书分拣的装置，实现智能化图书分拣工作，提高图书馆等综合服务的经济效益。