1、前  言
  科技的不斷進(jìn)步，使得工業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用越來越廣泛，其中自動(dòng)分揀技術(shù)也在發(fā)展中不斷成熟與完善，特別是感測(cè)技術(shù)（激光掃描）、條碼及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等的導(dǎo)入使用，使得自動(dòng)分揀機(jī)已被廣泛用于配送中心。比較而言，國內(nèi)在自動(dòng)分揀技術(shù)的應(yīng)用與研究和國外還有不小的差距，為了能盡快趕超國外先進(jìn)水平，中國礦業(yè)大學(xué)研制了一系列分揀實(shí)驗(yàn)裝置。這些實(shí)驗(yàn)裝置是將傳感器識(shí)別技術(shù)（如顏色傳感器、條形碼掃描等）、單片機(jī)控制技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)融為一體，既可以培養(yǎng)本科學(xué)生綜合運(yùn)用上述知識(shí)的能力，又可供研究人員進(jìn)行相關(guān)研究、設(shè)計(jì)應(yīng)用的自動(dòng)分揀設(shè)備。本文介紹的是一種轉(zhuǎn)臺(tái)式分揀實(shí)驗(yàn)裝置及其條形碼分揀信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)。
2、工作原理
    1、條碼識(shí)別技術(shù)。
    由于不同顏色的物體，其反射的可見光的波長(zhǎng)不同，白色物體能反射各種波長(zhǎng)的可見光，黑色物體則吸收各種波長(zhǎng)的可見光，所以當(dāng)條形碼掃描器光源發(fā)出的光經(jīng)光學(xué)器件使光電轉(zhuǎn)換器接收到與白條和黑條相應(yīng)的強(qiáng)弱不同的反射光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)輸出到放大整形電路。將光電轉(zhuǎn)換器輸出的電信號(hào)送放大器放大，再通過一個(gè)整形電路，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能準(zhǔn)確判讀。整形電路的脈沖數(shù)字信號(hào)經(jīng)譯碼器譯成數(shù)字、字符信息。它通過識(shí)別起始、終止字符來判別出條形碼符號(hào)的碼制及掃描方向；通過測(cè)量脈沖數(shù)字電信號(hào)0、l的數(shù)目來判別出條和空的數(shù)目。通過測(cè)量0、1信號(hào)持續(xù)的時(shí)間來判別條和空的寬度。這樣便得到了被辯讀的條形碼符號(hào)的條和空的數(shù)目及相應(yīng)的寬度和所用碼制，根據(jù)碼制所對(duì)應(yīng)的編碼規(guī)則，便可將條形符號(hào)換成相應(yīng)的數(shù)字、字符信息，通過接口電路送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與管理，便完成了條形碼辨讀的全過程。
    條碼的線性掃描器和全方位掃描器已成為自動(dòng)化物料搬運(yùn)系統(tǒng)的重要組成部分。應(yīng)用它們能減少由人工處理產(chǎn)生的誤差，提高記錄數(shù)據(jù)的精確度，保證貨物的發(fā)運(yùn)時(shí)間，降低勞動(dòng)成本。線性掃描器的出現(xiàn)，使物料搬運(yùn)自動(dòng)化得以實(shí)現(xiàn)，全方位掃描器的應(yīng)用使自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。它還允許用把條碼標(biāo)簽貼在包裝箱的任何側(cè)面和位置，并允許用戶降低條碼高度，減小標(biāo)簽尺寸，使費(fèi)用變得更低。
    2、分揀原理
    分揀裝置是自動(dòng)分揀機(jī)的主體，包括傳送裝置和分揀裝置兩部分。前者的作用是把被揀商品送到設(shè)定的分揀道口位置上：后者的作用是把被揀商品送入分揀道口。在物品的去向上我們引入計(jì)算機(jī)控制器，它是傳遞處理和控制整個(gè)分揀系統(tǒng)的指揮中心，自動(dòng)分揀的實(shí)施主要靠它把分揀信號(hào)傳送到相應(yīng)的分揀道口，并指示啟動(dòng)分揀裝置，把被揀商品送入道口。
3、機(jī)械部分
    由于膠帶輸送機(jī)的廣泛應(yīng)用，這套實(shí)驗(yàn)裝置的主要輸送機(jī)構(gòu)采用膠帶輸送機(jī)，包括前端輸送和分揀轉(zhuǎn)臺(tái)都是在電動(dòng)滾筒的帶動(dòng)下，通過膠帶的運(yùn)動(dòng)來運(yùn)送物品。如下為分揀裝置的整體效果圖如圖1所示（該裝置可以在輸送機(jī)3后面重復(fù)一整套2、3、4的分揀機(jī)，使得分揀道口增加）：
    識(shí)別分揀過程如下：當(dāng)貼好條形碼的物品沿輸送機(jī)以一定的速度運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過臺(tái)式條形碼閱讀器9時(shí)，條形碼閱讀器識(shí)別出物品的類別（設(shè)為A），并將此信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)控制器8，計(jì)算機(jī)控制器主要由單片機(jī)組成，單片機(jī)進(jìn)行判斷，并與設(shè)定好的物品的去向相對(duì)照（例如A流向輸送機(jī)4，B流向輸送機(jī)5，無法識(shí)別流向3），則物品在繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)由單片機(jī)判斷出物品的去向應(yīng)為輸送機(jī)4，那么計(jì)算機(jī)控制器給處于2下面的步進(jìn)電機(jī)向輸送機(jī)4方向旋轉(zhuǎn)的預(yù)處理信號(hào)。當(dāng)物品運(yùn)動(dòng)到溜槽6時(shí)，溜槽是無驅(qū)動(dòng)的鋼珠填充而成，物品的運(yùn)動(dòng)速度得到一定程度的減慢。當(dāng)接近開關(guān)7接收到物品到達(dá)分揀裝置2時(shí)，接近開關(guān)將此信號(hào)傳遞給步進(jìn)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)開始向4旋轉(zhuǎn)，物品運(yùn)動(dòng)到輸送機(jī)4后（物品在輸送機(jī)2上的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是可以根據(jù)膠帶的運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算出來的，假設(shè)時(shí)間為t），則設(shè)定單片機(jī)的延遲時(shí)間t后步進(jìn)電機(jī)向反方向旋轉(zhuǎn)復(fù)位。若物品標(biāo)號(hào)為B，則單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反就可以了。
  由于膠帶輸送機(jī)的應(yīng)用技術(shù)的成熟，故這里不對(duì)這部分做詳細(xì)的闡述。下面主要從轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)思想和如何解決轉(zhuǎn)臺(tái)式分揀機(jī)的后續(xù)物品易掉落的問題。
    1、轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)
    轉(zhuǎn)臺(tái)的示意圖如圖2所示：
    其中驅(qū)動(dòng)裝置采用電動(dòng)滾筒，帶動(dòng)膠帶起貨物輸送作用。簡(jiǎn)易支架3的作用是減輕轉(zhuǎn)臺(tái)部分旋轉(zhuǎn)部分的重量，使得整個(gè)系統(tǒng)消耗的功率減小，鋼珠4的作用是使轉(zhuǎn)動(dòng)部分在一定的軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，防止旋轉(zhuǎn)部分位置不穩(wěn)定，同時(shí)，還可以減小上下兩部分的摩擦力，降低功率。步進(jìn)電機(jī)5的作用是在單片機(jī)和接近開關(guān)的控制下，實(shí)現(xiàn)向左或者向右旋轉(zhuǎn)以及復(fù)位。
  2、溜槽的設(shè)計(jì)：
  溜槽分為兩個(gè)部分，如圖3所示：
  1是和膠帶輸送機(jī)相接，2和轉(zhuǎn)臺(tái)相接，其上黑色示意內(nèi)部是通過鋼珠的有規(guī)則的排列排列，鋼珠能自由滑動(dòng)，物品在上面運(yùn)行無障礙。其作用：(1)防止后續(xù)物品在轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)過程中滑落；(2)減慢物品沖上轉(zhuǎn)臺(tái)的速度，防止物品在轉(zhuǎn)臺(tái)上在兩個(gè)速度的作用下飛出。
4、控制系統(tǒng)的組成
計(jì)算機(jī)控制器采用MSP430系列單片機(jī)，電氣連接示意圖4所示：
    美國TI(Texas Instruments)公司推出的混合信號(hào)微控制器MSP430系列，是一款低電壓( 1.8V。3.6V)、低功耗、高性能的芯片系列，并且它還自帶1到2個(gè)串行通信口，因此在使用它的過程中就不可避免的要碰到不同電壓、電平的接口問題，故我們采用MSP430。程序流程圖如圖5所示：
5、結(jié)束語
    該裝置的優(yōu)點(diǎn)在于由于準(zhǔn)確、可靠。這種準(zhǔn)確和可靠來源于條形碼識(shí)別的準(zhǔn)確與可靠，可以保證分揀的差錯(cuò)率為零。當(dāng)然，如果條形碼受到損壞，或者其他不可抗拒的外力因素導(dǎo)致的不能識(shí)別也是存在的，而且也可能存在有的條形碼不在計(jì)算機(jī)控制器的內(nèi)存中，所以必須有一個(gè)分揀口作為不能識(shí)別的物品的分流，防止物品在輸送機(jī)上的停滯而影響分揀。該分揀裝置若在工業(yè)上應(yīng)用，則必須保證貨物的包裝上有條形碼標(biāo)簽。如果貨物本身沒有條形碼，則可以在前端加上噴碼機(jī)再使用。
    該實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用了工業(yè)自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)專業(yè)課的知識(shí)，其先進(jìn)性是運(yùn)用了現(xiàn)階段教材上介紹較少的條形碼識(shí)別技術(shù)，同時(shí)對(duì)單片機(jī)控制技術(shù)、接口技術(shù)、傳感器以及數(shù)據(jù)采集等傳統(tǒng)技術(shù)都有較好的體現(xiàn)，是工科學(xué)生學(xué)習(xí)的好工具。使用結(jié)果表明：故障少，使用方便，是本科生培養(yǎng)的優(yōu)良實(shí)驗(yàn)設(shè)備。