基于条码技术的图书自动排序系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010011897.3 (22)申请日 2020.04.14 (71)申请人 河南理工大学 地址 454003 河南省焦作市高新区世纪大 道2001号河南理工大学 (72)发明人 曾志辉岳辰云卢贞如王文杰 鹿顺航肖涛于阳晓 (51)Int.Cl. G06K 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于条码技术的图书自动排序系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于条码技术的图书自 动排序系统,包括信号采集系统、 信号处理系统、 图书排序系统和报警安全系统； 其中信。

2、号采集系 统通过扫码器完成图书编号信息的采集及传输， 通过压力检测模块以及超声波测距模块完成图 书状态信息的采集； 信号处理系统完成信号的分 类处理， 并将信号送入单片机控制系统； 图书排 序系统通过单片机控制系统对电磁夹和步进电 机进行控制， 完成图书排序； 报警安全系统通过 单片机控制系统对蜂鸣器开关电路、 报警灯开关 电路的控制和急停电路指令的接收， 完成报警提 醒功能以及突发状况的紧急处理。 整个图书自动 排序系统结构简单、 成本低、 可靠性好、 效率高， 具有很强的实用性。 权利要求书3页 说明书5页 附图4页 CN 111222606 A 2020.06.02 CN 1112226。

3、06 A 1.一种基于条码技术的图书自动排序系统， 所述的图书自动排序系统是基于单片机控 制系统控制的装置， 利用扫码器获得图书编号信息， 通过单片机控制系统对还书区、 排书筒 和取书区的步进电机进行控制， 使其完成对图书的自动排序功能， 其特征为： 包括信号采集 系统、 信号处理系统、 图书排序系统和报警安全系统； 所述的信号采集系统包括超声波测距模块 （1） ， 扫码器信号输入模块 （2） ， 压力检测模 块 （4） 和信号接收模块 （3） ； 其中信号接收模块 （3） 的输入端分别与超声波测距模块 （1） 的输出端、 扫码器信号输入 模块 （2） 的输出端和压力检测模块 （4） 的输出端。

4、相连， 信号接收模块 （3） 的输出端与信号处 理分析电路 （6） 的输入端相连； 所述的信号处理系统包括上位机 （5） 和信号分析处理电路 （6） ； 其中上位机 （5） 的输入端与信号处理分析电路 （6） 的输出端相连， 上位机 （5） 的输出端 与单片机控制系统 （10） 的输入端相连， 信号处理分析电路 （6） 的输入端与信号接收模块 （3） 的输出端相连， 信号处理分析电路 （6） 的输出端与上位机 （5） 的输入端、 单片机控制系统 （10） 的输入端相连； 所述的图书排序系统包括单片机控制系统 （10） ， 电磁夹控制电路 （11） ， 还书区步进电 机控制电路 （12） ， 排。

5、书筒步进电机控制电路 （13） ， 取书区步进电机控制电路 （14） ； 其中单片机控制系统 （10） 的输入端与上位机 （5） 的输出端、 信号处理分析电路 （6） 的输 出端、 急停电路 （9） 的输出端相连， 单片机控制系统 （10） 的输出端分别与蜂鸣器开关电路 （7） 的输入端、 报警灯开关电路 （8） 的输入端、 电磁夹控制电路 （11） 的输入端、 还书区步进电 机控制电路 （12） 的输入端、 排书筒步进电机控制电路 （13） 的输入端、 取书区步进电机控制 电路 （14） 的输入端相连； 所述的报警安全系统包括蜂鸣器开关电路 （7） ， 报警灯开关电路 （8） ， 急停电路 。

6、（9） ； 其中蜂鸣器开关电路 （7） 的输入端与单片机控制系统 （10） 的输出端相连， 报警灯开关 电路 （8） 的输入端与单片机控制系统 （10） 的输出端相连， 急停电路 （9） 的输出端与单片机控 制系统 （10） 的输入端相连。 2.一种基于条码技术的图书自动排序系统， 所述的图书排序系统将图书的存储及排序 一体化， 如图2所示， 其特征包括以下步骤： 步骤1： 超声波距离信号的获取； 超声波测距模块安装在取书区传送带的一端， 超声波遇到障碍物时会发生反射， 设发 射信号经时间反射到接收模块， 则测得距离信号(为室温下声速) 并将信号传送到单片机控制系统； 步骤2： 判断取书区空间。

7、是否足够； 单片机控制系统将接收到的距离信号与取书区预留空间长度最小限定值进行比 较： 若， 说明取书区空间足够， 启动排序程序； 反之， 取书区空间不足够， 蜂鸣器开 关电路、 报警灯开关电路接通， 提醒工作人员及时处理， 并进入等待状态。 步骤3： 判断当前图书编号最小的托盘电磁夹是否打开； 排序程序启动后， 由单片机控制系统判断当前编号最小的图书对应的托盘电磁夹是否 打开， 如果打开说明当前编号最小图书已排序完成， 延时两秒， 以保证该图书被完全放到传 权利要求书 1/3 页 2 CN 111222606 A 2 送带上， 并控制取书区步进电机旋转（为上次取书区预留空间长度与当 前取书区。

8、预留空间长度的差值， 为取书区步进电机转轴半径） 即： 刚刚完成排序的图书 厚度； 反之排序仍在进行， 取书区步进电机不动作。 步骤4： 判断托盘是否全部释放； 单片机控制系统会在排完每一本图书后判断当前托盘是否全部处于空载状态， 若全部 处于空载状态则说明当前一组图书已完成排序， 排书筒步进电机复位， 系统进入等待状态； 反之继续执行步骤3， 直到托盘全部释放。 3.根据权利要求1所述的一种基于条码技术的图书自动排序系统， 其特征在于， 所述的 图书排序系统： 其特征在于， 可自动使排书筒托盘载满图书， 如图3所示， 其特 征包括以下步骤： 步骤1： 还书区步进电机启动 图书放到还书区传送带。

9、上之后， 还书区步进电机启动。 步骤2： 判断托盘上是否检测到压力信号； 判断托盘上是否检测到压力信号， 如果检测到压力信号， 说明图书已经传送到托盘上， 延时两秒， 确保图书能够完全放到托盘上,该托盘上的电磁夹关闭； 如果没有检测到压力信 号说明图书还没有传送到托盘上， 电磁夹不动作。 步骤3： 判断电磁夹是否全部关闭； 判断电磁夹是否全部关闭， 如果电磁夹全部关闭说明排书筒已装满图书， 还书区步进 电机停止， 可以进入排序阶段； 如果没有全部关闭， 则由单片机控制系统控制排书筒步进电 机旋转22.5 ， 即将下一托盘旋转到还书区传送带旁， 并返回步骤2， 直到电磁夹全部关闭。 其特征在于，。

10、 可实现图书的自动排序， 如图4所示， 其特征包括以下步骤： 步骤1： 获取图书编号信息； 由扫码器获取图书编号信息， 并通过上位机传递到单片机控制系统， 单片机控制系统 将图书编号信息赋予托盘编号， 并将图书编号由小到大进行排序， 托盘编号随之也以一定 的顺序排列， 初始状态下， 托盘编号方式为： 将数字1到16由小到大,从顶至下逆时针排序且 初次编号完成后不再改变， 初始状态下处于最底端的托盘号便是9号， 之后处于最底端的托 盘号便是刚刚释放的图书对应的托盘号。 步骤2： 判断是否为真； 设为当前编号最小的图书对应的托盘号， 为当前处于最底端的托盘号， 判断 是否为真， 如果为真， 则继续。

11、判断是否为真；如果为假， 则 判断是否为真， 若为真， 则单片机控制系统控制排书筒步进电 机顺时针旋转， 若为假， 则单片机控制系统控制 排书筒步进电机逆时针旋转， 并由单片机控制系统控制对应托盘上的电 磁夹打开； 步骤3： 判断是否为真； 若为 真 ， 则单 片 机 控 制 系统 控 制排 书 筒 步 进电 机 逆时 针 旋 转 权利要求书 2/3 页 3 CN 111222606 A 3 ， 并由 单片机控制系统控制对应托盘上的电 磁夹打开 ， 若 为假， 则单片机控制系统控制排书筒步进电机顺时针旋转， 并 由单片机控制系统控制对应托盘上的电磁夹打开。 步骤4： 判断托盘是否全部释放； 判。

12、断托盘是否全部释放， 若没有全部释放， 则返回执行步骤2， 直到托盘全部释放， 若全 部释放则排书筒复位， 等待为下一组图书排序。 权利要求书 3/3 页 4 CN 111222606 A 4 一种基于条码技术的图书自动排序系统 技术领域 0001 本发明涉及一种基于条码技术的图书自动排序系统， 属于智能控制和检测通信技 术领域。 背景技术 0002 图书馆， 是搜集、 整理、 收藏图书资料以供人借阅、 参考的机构， 图书馆有保存人类 文化遗产、 开发信息资源、 参与社会教育等职能。 其中文献整理是图书馆业务工作最重要的 一环之一。 当今， 为了使图书馆图书整齐有序往往需要专门的图书管理员手动。

13、将归还的图 书放到原来的位置， 需要耗费巨大的精力且效率低下， 并且各大高校和城市图书馆每天借 阅、 归还图书数量大， 更是增加了图书管理员的工作压力。 为了减轻图书管理员的工作压 力， 提高工作效率， 设计一种基于条码技术的图书自动排序系统， 当归还的图书放到还书区 传送带上时， 此时不再需要人为操作， 该系统可自动将图书送入排书筒进行排序， 极大的解 放了人力资源。 所设计的图书排序系统具有良好的稳定性和可靠性， 且效率高， 实用性强。 该系统涉及条码技术、 单片机技术、 检测技术、 数字信号处理、 模拟电子技术、 数字电子技术 及通信技术等知识背景。 发明内容 0003 本发明根据图书自。

14、动排序系统的具体技术特点， 实现图书排序的高效性、 准确性 和可靠性。 利用信号采集系统获取图书编号信息以及图书状态信息， 通过单片机控制系统 对还书区步进电机、 排书筒步进电机、 取书区步进电机、 电磁夹以及报警安全系统进行控 制， 使其完成图书自动排序， 提示取走整理好的图书， 以及紧急安全停机的各项功能。 从提 高系统的可靠性、 实用性、 高效性以及降低经济成本的角度出发， 以实现图书自动排序为目 的， 设计了一种基于条码技术的图书自动排序系统。 0004 为实现上述目的， 发明设计了一种基于条码技术的图书自动排序系统， 所述的图 书自动排序系统是基于步进电机驱动转轴的控制装置， 利用扫。

15、码器、 压力检测模块、 超声波 测距模块获取图书编号信息以及 图书状态信息， 通过单片机控制系统对步进电机和电磁夹进行控制使其完成图书自动 排序等各项功能， 其特征为： 该发明包括信号采集系统、 信号处理系统、 图书排序系统和报警安全系统； 所述的信号采集系统包括超声波测距模块 （1） ， 扫码器信号输入模块 （2） ， 压力检测模 块 （4） 和信号接收模块 （3） ， 完成图书信号的采集； 其中信号接收模块 （3） 的输入端分别与超声波测距模块 （1） 的输出端、 扫码器信号输入 模块 （2） 的输出端、 压力检测模块 （4） 的输出端相连， 信号接收模块 （3） 的输出端与信号处理 分析。

16、电路 （6） 的输入端相连； 所述的信号处理系统进行输入信号的分析处理与传输， 包括上位机 （5） 和信号处理分 析电路 （6） ， 完成模拟信号与数字信号的转化并传送到单片机控制系统 （10） ； 说明书 1/5 页 5 CN 111222606 A 5 其中上位机 （5） 的输入端与信号处理分析电路 （6） 的输出端相连， 上位机 （5） 的输出端 与单片机控制系统 （10） 的输入端相连， 信号处理分析电路 （6） 的输入端与信号接收模块 （3） 的输出端相连， 信号处理分析电路 （6） 的输出端与上位机 （5） 的输入端、 单片机控制系统 （10） 的输入端相连； 所述的图书排序系统将。

17、图书的存储及排序一体化， 包括单片机控制系统 （10） ， 16个电 磁夹控制电路 （11） ， 还书区步进电机控制电路 （12） ， 排书筒步进电机控制电路 （13） ， 取书区 步进电机控制电路 （14） ； 其中电磁夹控制电路 （11） 作用在等间距固定安装在排书筒步进电机转轴上的托盘的 电磁夹上， 单片机控制系统 （10） 的输入端分别与上位机 （5） 的输出端、 信号处理分析电路 （6） 的输出端、 急停电路 （9） 的输出端相连， 单片机控制系统 （10） 的输出端分别与蜂鸣器开 关电路 （7） 的输入端、 报警灯开关电路 （8） 的输入端、 电磁夹控制电路 （11） 的输入端、 。

18、还书区 步进电机控制电路 （12） 的输入端、 排书筒步进电机控制电路 （13） 的输入端、 取书区步进电 机控制电路 （14） 的输入端相连。 0005 所述的报警安全系统进行报警提醒以及突发状况的紧急处理， 包括蜂鸣器开关电 路 （7） ， 报警灯开关电路 （8） ， 急停电路 （9） ； 其中蜂鸣器开关电路 （7） 的输入端与单片机控制系统 （10） 的输出端相连， 报警灯开关 电路 （8） 的输入端与单片机控制系统 （10） 的输出端相连， 均由单片机控制系统控制， 完成提 醒及时取走取书区图书， 以及安全报警工作； 急停电路 （9） 的输出端与单片机控制系统 （10） 的输入端相连，。

19、 以应对突发状况， 使图书排序系统紧急停止。 0006 与现有技术相比， 本发明的有益技术效果： 在图书自动排序系统中借鉴条码技术、 无线通信技术以及自动化控制技术的研究成 果， 将条码技术以及无线通信技术应用于图书自动排序系统中图书序号的采集以及图书状 态信息的采集并完成快速传递， 系统将所获得的图书编号信息由小到大进行排序， 通过单 片机控制系统的控制， 实现对步进电机、 电磁夹、 蜂鸣器以及报警灯的控制， 完成图书的自 动排序、 书满提醒以及紧急安全停止等各项功能。 整个系统在图书排序方面实现全自动化， 系统结构简单， 操作方便， 成本低， 实用性强。 附图说明 0007 图1为本发明所。

20、述的基于条码技术的图书自动排序系统结构图。 0008 图2为本发明所述的图书自动排序系统控制流程图。 0009 图3为本发明所述的图书排序系统载书流程图。 0010 图4为本发明所述的图书排序系统排序流程图。 0011其中， 为当前取书区的预留空间，为上次取书区预留空间与当前取书区预 留空间的差值, 为取书区步进电机转轴半径, 为当前编号最小图书对应的托盘号， 为当前处于最底端的托盘号， 为常数， 即步进电机旋转的角度， 托盘编号方式为： 将数字1 到16由小到大,从顶至下逆时针排序且不再改变。 具体实施方式 0012 本发明的基于条码技术的图书自动排序系统， 主要应用于图书馆归还图书的整理 。

21、说明书 2/5 页 6 CN 111222606 A 6 排序， 根据附图叙述本发明的具体实施方式。 0013 图1为本发明所述的基于条码技术的图书自动排序系统结构图。 如图1所示， 本发 明的硬件电路具体实施方式如下： 本发明的一种基于条码技术的图书自动排序系统包括信号采集系统、 信号处理系统、 图书排序系统和报警安全系统； 信号采集系统包括超声波测距模块 （1） ， 扫码器信号输入模 块 （2） ， 压力检测模块 （4） 和信号接收模块 （3） ； 其中信号接收模块 （3） 的输入端分别与超声波测距模块 （1） 的输 出端、 扫码器信号输入模块 （2） 的输出端、 压力检测模块 （4） 的。

22、输出端相连， 信号接收模 块 （3） 的输出端与信号处理分析电路 （6） 的输入端相连； 所述的信号处理系统包括上位机 （5） 和信号处理分析电路 （6） ， 完成模拟信号与数字信 号的转化并传送到单片机控制系统； 其中上位机 （5） 的输入端与信号处理分析电路 （6） 的输出端相连， 上位机 （5） 的输出端 与单片机控制系统 （10） 的输入端相连， 信号处理分析电路 （6） 的输入端与信号接收模块 （3） 的输出端相连， 信号处理分析电路 （6） 的输出端与上位机 （5） 的输入端、 单片机控制系统 （10） 的输入端相连； 所述的图书排序系统包含单片机控制系统 （10） ， 16个电磁。

23、夹控制电路 （11） ， 还书区步 进电机控制电路 （12） ， 排书筒步进电机控制电路 （13） ， 取书区步进电机控制电路 （14） ； 其中电磁夹控制电路 （11） 作用在等间距固定安装在排书筒步进电机转轴上的托盘的 电磁夹上， 单片机控制系统 （10） 的输入端与上位机 （5） 的输出端、 信号处理分析电路 （6） 的 输出端、 急停电路 （9） 的输出端相连， 单片机控制系统 （10） 的输出端分别与蜂鸣器开关电路 （7） 的输入端、 报警灯开关电路 （8） 的输入端、 电磁夹控制电路 （11） 的输入端、 还书区步进电 机控制电路 （12） 的输入端、 排书筒步进电机控制电路 （1。

24、3） 的输入端、 取书区步进电机控制 电路 （14） 的输入端相连。 0014 图2为本发明所述的图书自动排序系统控制流程图。 如图2所示， 本发明在获取超 声波距离信号之后， 图书自动排序系统的具体实施方式如下： 步骤1： 超声波距离信号的获取； 超声波测距模块安装在取书区传送带的一端， 超声波遇到障碍物 时 会发 生反 射 ， 设发 射 信号经时 间反 射 到 接收 模块 ， 则 测得 距离 信号 (为室温下声速)并将信号传送到单片机控制系统； 步骤2： 判断取书区空间是否足够； 单片机控制系统将接收到的距离信号 与还书区预留空间长度最小限定值进行比 较： 若， 说明还书区空间足够， 启动。

25、排序程序； 反之， 还书区空间不足够， 蜂鸣器 开关电路、 报警灯开关电路接通， 提醒工作人员及时处理， 并进入等待状态。 0015 步骤3： 判断当前编号最小的图书对应的托盘电磁夹是否打开； 排序程序启动后， 由单片机控制系统判断当前编号最小的图书对应的托盘电磁夹是否 打开， 如果打开说明当前编号最小图书已排序完成， 延时两秒， 以保证该图书被完全放到传 送带上， 并且取书区传送带上的步进电机旋转（为上次取书区预留空间 与当前取书区预留空间 的差值， 为取书区步进电机转轴半径） 即： 刚刚完成排序的图书 说明书 3/5 页 7 CN 111222606 A 7 厚度； 反之排序仍在进行， 取。

26、书区步进电机不转动。 0016 步骤4： 判断托盘是否全部释放； 单片机控制系统会在排完每一本图书后判断当前托盘是否全部处于空载状态， 若全部 处于空载状态则说明当前一组图书已完成排序， 排书筒步进电机复位， 系统进入等待状态； 反之继续执行步骤3， 直到托盘全部释放。 0017 图3为本发明所述的图书排序系统载书流程图。 如图3所示， 当还书区传送带上放 有图书时， 本发明在图书自动排序系统中所述的图书排序系统具体实施方式如下： 步骤1： 还书区步进电机启动； 图书放到还书区传送带上之后， 还书区步进电机启动。 0018 步骤2： 判断托盘上是否检测到压力信号； 判断托盘上是否检测到压力信号。

27、， 如果检测到压力信号， 说明图书已经传送到托盘上， 延时两秒， 确保该图书能够被完全放到托盘上,该托盘上的电磁夹关闭； 如果没有检测到压 力信号说明图书还没有传送到托盘上， 电磁夹不动作。 0019 步骤3： 判断电磁夹是否全部关闭； 断电磁夹是否全部关闭， 如果电磁夹全部关闭说明排书筒已装满 图书， 可以进入排序阶段； 如果没有全部关闭， 则由单片机控制系统控制排书筒步进电 机旋转22.5 ， 即将下一托盘旋转到还书区传送带旁， 并返回步骤2， 直到电磁夹全部关闭。 0020 图4为本发明所述的图书排序系统排序流程图。 如图4所示， 当排书筒图书装载完 毕时， 本发明在图书自动排序系统中所。

28、述的图书排序系统具体实施方式如下： 步骤1： 获取图书编号信息； 由扫码器获取图书编号信息， 并通过上位机传递到单片机控制系统， 单片机控制系统 将图书编号信息赋予托盘编号， 并将图书编号由小到大进行排序， 托盘编号随之也以一定 的顺序排列， 初始状态下， 托盘编号方式为： 将数字1到16由小到大， 从顶至下逆时针排序且 初次编号完成后不再改变， 初始状态下处于最底端的托盘号便是9号， 之后处于最底端的托 盘号便是刚刚释放的图书对应的托盘号。 0021步骤2： 判断是否为真； 设为当前编号最小的图书对应的托盘号， 为当前处于最底端的托盘号， 判断 是否为真， 如果为真， 则继续判断-是否为真；。

29、如果为假， 则判断 -是否为真， 若-为真， 则单片机控制系统控制排书筒步进电机顺时 针旋转， 若-为假， 则单片机控制系统控制排书筒步 进电机逆时针旋转-， 并由单片机控制系统控制对应托盘上的电磁夹打 开； 步骤3： 判断-是否为真； 若-为真， 则单片机控制系统控制排书筒步进电机逆时针旋转， 并由单片 机控制系统控制对应托盘上的电磁夹打开， 若为假， 则单片机控制系统控制步进电机顺时 针旋转， 并由单片机控制系统控制对应托盘上的电磁夹打开。 0022 步骤4： 判断托盘是否全部释放； 说明书 4/5 页 8 CN 111222606 A 8 判断托盘是否全部释放， 若没有全部释放， 则返回执行步骤2， 直到托盘全部释放， 若全 部释放则排书筒复位， 等待为下一组图书排序。 说明书 5/5 页 9 CN 111222606 A 9 图1 说明书附图 1/4 页 10 CN 111222606 A 10 图2 说明书附图 2/4 页 11 CN 111222606 A 11 图3 说明书附图 3/4 页 12 CN 111222606 A 12 图4 说明书附图 4/4 页 13 CN 111222606 A 13 。