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1、前  言
  科技的不斷進步，使得工業自動化的應用越來越廣泛，其中自動分揀技術也在發展中不斷成熟與完善，特別是感測技術（激光掃描）、條碼及計算機控制技術等的導入使用，使得自動分揀機已被廣泛用于配送中心。比較而言，國內在自動分揀技術的應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水平，中國礦業大學研制了一系列分揀實驗裝置。這些實驗裝置是將傳感器識別技術（如顏色傳感器、條形碼掃描等）、單片機控制技術和電機控制技術融為一體，既可以培養本科學生綜合運用上述知識的能力，又可供研究人員進行相關研究、設計應用的自動分揀設備。本文介紹的是一種轉臺式分揀實驗裝置及其條形碼分揀信號識別系統。
2、工作原理
    1、條碼識別技術。
    由于不同顏色的物體，其反射的可見光的波長不同，白色物體能反射各種波長的可見光，黑色物體則吸收各種波長的可見光，所以當條形碼掃描器光源發出的光經光學器件使光電轉換器接收到與白條和黑條相應的強弱不同的反射光信號，并轉換成相應的電信號輸出到放大整形電路。將光電轉換器輸出的電信號送放大器放大，再通過一個整形電路，把模擬信號轉換成數字電信號，以便計算機系統能準確判讀。整形電路的脈沖數字信號經譯碼器譯成數字、字符信息。它通過識別起始、終止字符來判別出條形碼符號的碼制及掃描方向；通過測量脈沖數字電信號0、l的數目來判別出條和空的數目。通過測量0、1信號持續的時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的條和空的數目及相應的寬度和所用碼制，根據碼制所對應的編碼規則，便可將條形符號換成相應的數字、字符信息，通過接口電路送給計算機系統進行數據處理與管理，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化物料搬運系統的重要組成部分。應用它們能減少由人工處理產生的誤差，提高記錄數據的精確度，保證貨物的發運時間，降低勞動成本。線性掃描器的出現，使物料搬運自動化得以實現，全方位掃描器的應用使自動化程度進一步提高。它還允許用把條碼標簽貼在包裝箱的任何側面和位置，并允許用戶降低條碼高度，減小標簽尺寸，使費用變得更低。
    2、分揀原理
    分揀裝置是自動分揀機的主體，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算機控制器，它是傳遞處理和控制整個分揀系統的指揮中心，自動分揀的實施主要靠它把分揀信號傳送到相應的分揀道口，并指示啟動分揀裝置，把被揀商品送入道口。
3、機械部分
    由于膠帶輸送機的廣泛應用，這套實驗裝置的主要輸送機構采用膠帶輸送機，包括前端輸送和分揀轉臺都是在電動滾筒的帶動下，通過膠帶的運動來運送物品。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3后面重復一整套2、3、4的分揀機，使得分揀道口增加）：
    識別分揀過程如下：當貼好條形碼的物品沿輸送機以一定的速度運動，經過臺式條形碼閱讀器9時，條形碼閱讀器識別出物品的類別（設為A），并將此信號傳遞給計算機控制器8，計算機控制器主要由單片機組成，單片機進行判斷，并與設定好的物品的去向相對照（例如A流向輸送機4，B流向輸送機5，無法識別流向3），則物品在繼續向前運動的同時由單片機判斷出物品的去向應為輸送機4，那么計算機控制器給處于2下面的步進電機向輸送機4方向旋轉的預處理信號。當物品運動到溜槽6時，溜槽是無驅動的鋼珠填充而成，物品的運動速度得到一定程度的減慢。當接近開關7接收到物品到達分揀裝置2時，接近開關將此信號傳遞給步進電機，電動機開始向4旋轉，物品運動到輸送機4后（物品在輸送機2上的運動時間是可以根據膠帶的運動速度計算出來的，假設時間為t），則設定單片機的延遲時間t后步進電機向反方向旋轉復位。若物品標號為B，則單片機控制步進電機的轉動方向相反就可以了。
  由于膠帶輸送機的應用技術的成熟，故這里不對這部分做詳細的闡述。下面主要從轉臺的設計思想和如何解決轉臺式分揀機的后續物品易掉落的問題。
    1、轉臺的設計
    轉臺的示意圖如圖2所示：
    其中驅動裝置采用電動滾筒，帶動膠帶起貨物輸送作用。簡易支架3的作用是減輕轉臺部分旋轉部分的重量，使得整個系統消耗的功率減小，鋼珠4的作用是使轉動部分在一定的軌道內運動，防止旋轉部分位置不穩定，同時，還可以減小上下兩部分的摩擦力，降低功率。步進電機5的作用是在單片機和接近開關的控制下，實現向左或者向右旋轉以及復位。
  2、溜槽的設計：
  溜槽分為兩個部分，如圖3所示：
  1是和膠帶輸送機相接，2和轉臺相接，其上黑色示意內部是通過鋼珠的有規則的排列排列，鋼珠能自由滑動，物品在上面運行無障礙。其作用：(1)防止后續物品在轉臺旋轉過程中滑落；(2)減慢物品沖上轉臺的速度，防止物品在轉臺上在兩個速度的作用下飛出。
4、控制系統的組成
計算機控制器采用MSP430系列單片機，電氣連接示意圖4所示：
    美國TI(Texas Instruments)公司推出的混合信號微控制器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、結束語
    該裝置的優點在于由于準確、可靠。這種準確和可靠來源于條形碼識別的準確與可靠，可以保證分揀的差錯率為零。當然，如果條形碼受到損壞，或者其他不可抗拒的外力因素導致的不能識別也是存在的，而且也可能存在有的條形碼不在計算機控制器的內存中，所以必須有一個分揀口作為不能識別的物品的分流，防止物品在輸送機上的停滯而影響分揀。該分揀裝置若在工業上應用，則必須保證貨物的包裝上有條形碼標簽。如果貨物本身沒有條形碼，則可以在前端加上噴碼機再使用。
    該實驗裝置應用了工業自動化、測控技術專業課的知識，其先進性是運用了現階段教材上介紹較少的條形碼識別技術，同時對單片機控制技術、接口技術、傳感器以及數據采集等傳統技術都有較好的體現，是工科學生學習的好工具。使用結果表明：故障少，使用方便，是本科生培養的優良實驗設備。