無線射頻識(shí)別技術(shù)下的圖書分揀機(jī)器人范文

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【摘要】本文基于其無線識(shí)別數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，結(jié)合以樹莓派為核心的智能小車，可以設(shè)計(jì)出一種低成本，高效率的快速分揀機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)識(shí)別、精準(zhǔn)分類、根據(jù)循跡路線實(shí)現(xiàn)分揀、通過超聲波避障避開障礙物等功能。與此同時(shí)連接圖書管理系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)入庫，并實(shí)現(xiàn)歸還處理，大大提高圖書分類的準(zhǔn)確性及高效性，最后使得人們?cè)诮栝嗊^程中可以達(dá)到最優(yōu)質(zhì)的借閱體驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】RFID；標(biāo)簽；智能小車；黑線循跡；超聲波避障；數(shù)據(jù)庫

現(xiàn)如今，當(dāng)代圖書種類繁多，為減輕大規(guī)模人工分揀的壓力，現(xiàn)利用RFID無線射頻識(shí)別技術(shù)，結(jié)合樹莓派小車設(shè)計(jì)出一種可以自動(dòng)識(shí)別信息，并分類分揀的機(jī)器人。RFID系統(tǒng)是結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的自動(dòng)讀取信息并輸入電腦的系統(tǒng)，其天線模塊可實(shí)現(xiàn)電磁波與電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并在其生成的電磁場(chǎng)范圍內(nèi)，由閱讀器產(chǎn)生高頻信號(hào)，用于傳輸、接收數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、識(shí)別精確度高等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽數(shù)據(jù)的無線近距離識(shí)別。在本文中所設(shè)計(jì)的基于RFID無線射頻識(shí)別技術(shù)的圖書分揀機(jī)器人，是結(jié)合RFID系統(tǒng)與以樹莓派為主板的智能小車設(shè)計(jì)的分揀機(jī)器人，利用樹莓派的Wi-Fi模塊在同一局域網(wǎng)范圍內(nèi)連接計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)RFID模塊與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫之間的無線遠(yuǎn)距離傳輸。此外，在小車的設(shè)計(jì)上增添黑線循跡行進(jìn)模塊以及超聲波避障模塊實(shí)現(xiàn)小車的行進(jìn)與避障，利用OpenCV以及攝像頭對(duì)特定的分揀筐進(jìn)行識(shí)別，綜合以上功能制作出最終完整的圖書分揀機(jī)器人。相比人工作業(yè)，這樣不僅可以大大降低勞動(dòng)力，還省去了繁復(fù)的過程，提升了圖書管理效率，更是可以提供給讀者最佳的服務(wù)體驗(yàn)。

1總體方案設(shè)計(jì)

圖書分揀機(jī)器人主要由RFID閱讀模塊，樹莓派主板，智能小車（包括黑線循跡模塊，攝像頭，超聲波避障模塊，以及小車底板和四輪驅(qū)動(dòng)）組成，并通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。一本圖書經(jīng)傳送帶送上小車后，小車中的RFID閱讀模塊對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別，通過樹莓派（自帶有Wi-Fi模塊）在局域網(wǎng)范圍內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)，讀入數(shù)據(jù)庫后進(jìn)行后臺(tái)的數(shù)據(jù)分析處理以及分類。與此同時(shí)，樹莓派對(duì)小車傳送循跡行駛命令，并利用攝像頭識(shí)別對(duì)應(yīng)的分揀筐，使其能夠在特定的分揀筐前停下，實(shí)現(xiàn)分揀。最后根據(jù)路線行駛，回到初始位置，繼續(xù)分揀下一本圖書。若在該過程中遇到障礙物，則根據(jù)超聲波避障模塊進(jìn)行避障。總體方案框圖如圖1所示。

2RFID閱讀模塊設(shè)計(jì)

2.1RFID系統(tǒng)

RFID系統(tǒng)主要的功能是從標(biāo)簽芯片中讀取已寫入的數(shù)據(jù)信息，此處選用RC522閱讀模塊，引腳電路圖如圖2所示，將其引腳與樹莓派對(duì)應(yīng)引腳相連，就可以直接利用樹莓派中的Wi-Fi模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。之后利用樹莓派的SPI功能進(jìn)行配置，使用python編寫程序，使其在近距離磁場(chǎng)范圍內(nèi)可以識(shí)別標(biāo)簽信息，將標(biāo)簽信息通過Wi-Fi傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理。需注意的是，RC522使用的是ISO14443協(xié)議，因此圖書標(biāo)簽也要對(duì)應(yīng)選擇具有相同協(xié)議的標(biāo)簽才可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽識(shí)別。

2.2后臺(tái)數(shù)據(jù)庫處理系統(tǒng)

當(dāng)標(biāo)簽數(shù)據(jù)通過RFID系統(tǒng)讀入計(jì)算機(jī)后，需進(jìn)入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一管理。此處利用MySQL編寫程序?qū)⒃搱D書的（已寫好的）基本信息，即圖書名稱、圖書編號(hào)、圖書分類以及借還信息等入庫并分類處理。

3攝像頭識(shí)別模塊設(shè)計(jì)

得到圖書信息后，要定位對(duì)應(yīng)分揀筐就需要利用攝像頭模塊進(jìn)行分揀筐的識(shí)別。此處需在圖書分揀框上貼好對(duì)應(yīng)分類的圖片，如“文學(xué)”分類，就將“文學(xué)”圖片作為正樣本集，其他圖片作為負(fù)樣本集，通過一定的訓(xùn)練，得到自己的OpenCV分類器。在小車運(yùn)行中，利用訓(xùn)練好的OpenCV分類器從實(shí)時(shí)拍攝的視頻幀中識(shí)別出對(duì)應(yīng)的分揀筐。

4小車行進(jìn)模塊設(shè)計(jì)

4.1黑線循跡模塊

該模塊主要由智能小車底盤前端下方裝有的兩個(gè)紅外傳感器構(gòu)成，用于檢測(cè)其下方是否為黑線。當(dāng)紅外線照射到黑線上時(shí)，紅外線被吸收，接收不到反射線，循跡模塊輸出高電平；當(dāng)紅外線照射到地面上時(shí)，反射線被循跡模塊接收到，輸出低電平。編寫程序根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)行駛控制做出判斷,即若左側(cè)輸出高電平，右側(cè)輸出低電平，小車左轉(zhuǎn)，以此類推，使小車智能地沿黑線行駛。

4.2超聲波避障模塊

因?yàn)槌暡ㄓ龅秸系K物會(huì)反射回來，由此可以判斷前方是否有障礙物存在。而由于聲波的速度已知，為340m/s，所以只需要知道從發(fā)射到接收的時(shí)間差（誤差可忽略不計(jì)），就能輕松計(jì)算出測(cè)量距離，再結(jié)合發(fā)射器和接收器的距離，就能算出與障礙物的實(shí)際距離。根據(jù)上述特點(diǎn)編寫程序，結(jié)合小車前端使用HC-SR04超聲波模塊進(jìn)行避障。

4.3書本搬運(yùn)裝置

當(dāng)小車可以正常行進(jìn)后，還需要考慮其與書本間的互動(dòng)。首先在還書處設(shè)計(jì)一個(gè)傳送帶，在還書時(shí)將書本放到傳送帶上，使其可以直接被運(yùn)輸至小車車身。其次在小車的車身上設(shè)計(jì)一個(gè)小型傳送帶，編寫程序，當(dāng)小車到達(dá)指定分揀筐并停止后（即速度為0），利用樹莓派啟動(dòng)傳送帶運(yùn)行開關(guān)，使車身上的書本可以直接滑落在分揀筐中，完成分揀。

5綜合測(cè)試

選用已寫好基本信息的ISO14443協(xié)議標(biāo)簽，放上小車車身，可以看到計(jì)算機(jī)端立刻讀取出相應(yīng)的圖書信息，與此同時(shí)，小車也開始沿規(guī)劃路線前進(jìn)，遇到彎道處可跟隨黑線精確的轉(zhuǎn)彎。在小車前進(jìn)途中擺放一處障礙物，小車靠近障礙物后立刻向右轉(zhuǎn)彎，繞過障礙物回到原定規(guī)劃路線繼續(xù)前進(jìn)。到達(dá)對(duì)應(yīng)分揀筐歸還圖書后，順利回到出發(fā)點(diǎn)，等待下一本書的分揀。總的來說，測(cè)試結(jié)果一切順利，分揀效果良好，效率較高。6結(jié)束語基于RFID系統(tǒng)以及樹莓派模塊單元設(shè)計(jì)出的自動(dòng)圖書分揀機(jī)器人具有高效化、多功能化、數(shù)據(jù)可控化等優(yōu)點(diǎn)。本課題充分研究了如何實(shí)現(xiàn)RFID的數(shù)據(jù)傳送與接收、樹莓派小車的控制與行進(jìn)、以及綜合數(shù)據(jù)處理等幾個(gè)方面，不僅解決了圖書館實(shí)際分揀需求，而且在降低了人力資源成本的同時(shí)大幅度地提高了分揀效率，最終實(shí)現(xiàn)全智能化的圖書管理，使人工干預(yù)降到最低。同時(shí)，RFID技術(shù)的優(yōu)越性，使該機(jī)器人也可應(yīng)用于更多的開發(fā)平臺(tái)，在大規(guī)模分揀系統(tǒng)中都擁有著較大的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]龔倫峰,雷歡.RFID技術(shù)在圖書館管理系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].湖南城市學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2019,28(01):66-69．

[2]許毅,陳建軍.RFID原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2013.

[3]張春紅,裘曉峰,夏海輪等.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2017.

[4]羅儒,張文莉,于婷.循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代機(jī)械,2015(04):83-85.

[5]孫智勇,戴文翔,程文龍.基于樹莓派的超聲波避障小車[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2018,14(30):206-207.

作者：李貝爾 李遠(yuǎn)征 黎亮亮 張盛耀 單位：貴州大學(xué)大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院