王鈞華 王藝霏

隨著時(shí)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(dòng)式上書機(jī)為了解放勞動(dòng)力、加快上書頻率為思想，本著智能化、專用化的設(shè)計(jì)理念，結(jié)合傳感器、單片機(jī)等自動(dòng)控制技術(shù)來設(shè)計(jì)。將傳統(tǒng)的手動(dòng)上書轉(zhuǎn)化為自動(dòng)上書，來緩解圖書館的經(jīng)濟(jì)壓力，并使得人工上書量減少。本次上書機(jī)的設(shè)計(jì)是以STC89C52單片機(jī)作為控制器，設(shè)計(jì)出一種避障、識(shí)別書籍特征進(jìn)行圖書管理的智能小車。當(dāng)有識(shí)別到書本時(shí)通過光敏晶體管實(shí)現(xiàn)對特征的檢測作用，當(dāng)別識(shí)別物出現(xiàn)時(shí)便會(huì)啟動(dòng)蜂鳴器開始做出動(dòng)作，通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自行控制，以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)躲避障礙的功能。其中小車驅(qū)動(dòng)由L298N驅(qū)動(dòng)電路完成。

上書機(jī);STC89C52;智能

引言

本項(xiàng)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(cuò)誤率高的問題。本項(xiàng)目通過機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)，減少人工勞動(dòng)。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(xiàng)目結(jié)合數(shù)據(jù)庫、單片機(jī)、機(jī)械知識(shí)、傳感器為基礎(chǔ)，完成書的順序排放、自動(dòng)上書和語音查詢等功能。本項(xiàng)目綜合性強(qiáng)，采用單片機(jī)控制，減少上述錯(cuò)誤率，節(jié)省時(shí)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(cuò)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(dòng)上書機(jī)。所以我們的項(xiàng)目還處于對智能移動(dòng)上書機(jī)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(gè)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(xiàng)目有很強(qiáng)的創(chuàng)新性，如果項(xiàng)目實(shí)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(jì)成本，并且大大提高圖書的上書效率。

一、方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由控制模塊發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)，按照單片機(jī)的發(fā)出的指令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。上書機(jī)的避障作用主要是通過安裝在上書機(jī)前方的2個(gè)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(shí)別到的特征轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。根據(jù)自動(dòng)控制的基本要求，智能上書機(jī)在無人干預(yù)的情況下依靠處理器自動(dòng)完成所有的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。光電檢測傳感器找到識(shí)別特征，引導(dǎo)上書機(jī)。自動(dòng)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(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)采用89C52單片機(jī)，其使用廣泛，性價(jià)比高，資源豐富且執(zhí)行速度較高;89C52單片機(jī)使用串口對單片機(jī)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(huì)輕易被干擾。由于單片機(jī)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(shí)考慮外接上拉電阻以保障單片機(jī)正常運(yùn)行。通過光電傳感器的輸出信號(hào)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(jī)出現(xiàn)問題時(shí)可通過復(fù)位按鈕重新啟動(dòng)。

對于采用H橋式來對電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)可以有效控制系統(tǒng)的行進(jìn)及動(dòng)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(dòng)電路，所以可以采用該電路來對小車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通過單片機(jī)的作用來對L298N、PWM等芯片進(jìn)行信號(hào)輸出來控制小車行駛速度，以及小車的開始啟動(dòng)?？梢詫⑵?、7、10、12四個(gè)引腳接到單片機(jī)上，通過單片機(jī)的編程作用就可以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)正負(fù)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。

識(shí)別模塊采用大功率三極管驅(qū)動(dòng)，在此電路當(dāng)中，如果傳感器沒有檢測到特征時(shí)傳感器不發(fā)生導(dǎo)通，會(huì)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(shí)，傳感器發(fā)生導(dǎo)通，比較器將會(huì)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(shí)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(hù)防止損壞的現(xiàn)象發(fā)生。從使用的角度上來說其價(jià)格較為便宜，使用方便。能夠基本滿足上書機(jī)的對于單片機(jī)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(hào)傳感器，因?yàn)榇思t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(hào)為數(shù)字信號(hào)輸出，不需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，可以直接與單片機(jī)I/O接口連接。當(dāng)傳感器檢測到信號(hào)時(shí)輸出電壓為低電壓，而在正常情況下沒有信號(hào)輸入時(shí)其輸出為高電壓。為能讓單片機(jī)正常檢測，在信號(hào)輸出端需外接一個(gè)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(jì)

上書機(jī)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(jī)對周圍的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)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(dòng)作，是上書機(jī)不斷地趨近取目標(biāo)特征位置，在達(dá)到特征位置時(shí)，進(jìn)行動(dòng)作。

本系統(tǒng)共使用6個(gè)傳感器，裝在小車車頭，每隔45度角裝載一個(gè)，正前方裝有兩個(gè)，一個(gè)近距離的，一個(gè)遠(yuǎn)距離的。近距離特征傳感器用來判斷是否動(dòng)作，當(dāng)傳感器檢查到特征信號(hào)，其輸出信號(hào)為110011時(shí)，單片機(jī)接收到輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)作。

結(jié)語：

本文是在基于STC89C52單片機(jī)為主模塊進(jìn)行試驗(yàn)的目的設(shè)計(jì)，其主要包括主控模塊、檢測模塊、避障模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊等組成。通過對模塊的設(shè)計(jì)以及搭建，對智能上書機(jī)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(jià)比高等特點(diǎn)。