基于STC89C52單片機的圖書館智能上書機的設計

王鈞華 王藝霏

隨著時代的發展，科學的進步，智能已經步入了生活、醫療、學習、工作。智能化是生活水平的側面象征，為此移動式上書機為了解放勞動力、加快上書頻率為思想，本著智能化、專用化的設計理念，結合傳感器、單片機等自動控制技術來設計。將傳統的手動上書轉化為自動上書，來緩解圖書館的經濟壓力，并使得人工上書量減少。本次上書機的設計是以STC89C52單片機作為控制器，設計出一種避障、識別書籍特征進行圖書管理的智能小車。當有識別到書本時通過光敏晶體管實現對特征的檢測作用，當別識別物出現時便會啟動蜂鳴器開始做出動作，通過單片機來實現自行控制，以及實現自動躲避障礙的功能。其中小車驅動由L298N驅動電路完成。

上書機;STC89C52;智能

引言

本項目通過紅外傳感器檢測圖書條形碼，通過查詢數據庫快速找到對應書籍放置位置，解決圖書管理員原有的上書難上述錯誤率高的問題。本項目通過機械手臂結構，實現智能化設計，減少人工勞動。利用ZigBee技術達到精確定位，智能高效的完成上書任務。本項目結合數據庫、單片機、機械知識、傳感器為基礎，完成書的順序排放、自動上書和語音查詢等功能。本項目綜合性強，采用單片機控制，減少上述錯誤率，節省時間。增加采集翻閱量數據配合借閱量，完善圖書館大數據，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，錯誤率高。根據網絡查詢看到，目前國內外還沒有一款智能的移動上書機。所以我們的項目還處于對智能移動上書機的創意階段。隨著科技文化的發展，人們對精神層次追求的不斷提高，各個圖書館的藏書量尤其是大學校內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，我們的項目有很強的創新性，如果項目實現，將來有很大的發展空間和應用前景。并且可以大大的降低圖書館雇傭人力的經濟成本，并且大大提高圖書的上書效率。

一、方案設計

本設計由控制模塊發出指令實現控制系統，按照單片機的發出的指令執行相應的動作。上書機的避障作用主要是通過安裝在上書機前方的2個紅外光外傳感器的傳感作用進行感知，達到避障的目的。光敏晶體管將識別到的特征轉化成電信號。根據自動控制的基本要求，智能上書機在無人干預的情況下依靠處理器自動完成所有的系統設計要求。光電檢測傳感器找到識別特征，引導上書機。自動避障通過紅外光電開關感應前方的障礙物，程序判斷處理控制小車轉彎避開障礙物。

二、上書機的系統設計

控制系統采用89C52單片機，其使用廣泛，性價比高，資源豐富且執行速度較高;89C52單片機使用串口對單片機進行燒錄程序，下載程序較為方便;其內部集成了看門狗電路，不會輕易被干擾。由于單片機P0口內部不含上拉電阻，為高阻態，不能正常地輸出高/低電平，該組I/O口在使用時考慮外接上拉電阻以保障單片機正常運行。通過光電傳感器的輸出信號進行避障，主控制最小系統設置了復位按鈕，當上書機出現問題時可通過復位按鈕重新啟動。

對于采用H橋式來對電路進行驅動可以有效控制系統的行進及動作，由于其內部大多數是由H橋式電路來進行驅動電路，所以可以采用該電路來對小車進行驅動。通過單片機的作用來對L298N、PWM等芯片進行信號輸出來控制小車行駛速度，以及小車的開始啟動。可以將其5、7、10、12四個引腳接到單片機上，通過單片機的編程作用就可以實現直流電機正負反轉驅動。

識別模塊采用大功率三極管驅動，在此電路當中，如果傳感器沒有檢測到特征時傳感器不發生導通，會引起傳感器上的陽極上拉電阻，經過比較濾波器整形后輸出為高電壓;當傳感器檢測到特征的存在時，傳感器發生導通，比較器將會輸出低電壓。

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用。并且由于78系列的三端穩壓IC組成的穩壓電源外圍需要的元器件很少，電路的內部還存在過流或者過熱的調整管的存在可以對電路內部進行保護防止損壞的現象發生。從使用的角度上來說其價格較為便宜，使用方便。能夠基本滿足上書機的對于單片機控制系統以及L298N芯片的供電需求。

本系統對于障礙檢測選用的傳感器為E18-D50NK型號傳感器，因為此紅外傳感器屬于反射式接近開關傳感器，可以用于對物體反射進行檢測，該傳感器使用方便、穩定可靠。其輸出信號為數字信號輸出，不需要進行A/D轉換，可以直接與單片機I/O接口連接。當傳感器檢測到信號時輸出電壓為低電壓，而在正常情況下沒有信號輸入時其輸出為高電壓。為能讓單片機正常檢測，在信號輸出端需外接一個1KΩ上拉電阻。檢測距離可達50cm，距離可通過可調電位器調節。

三、系統程序設計

上書機連通電源后，利用傳感器等部件對周圍的環境進行信息采集，通過單片機對周圍的情況進行實時判斷以及周邊的障礙物的分布情況。根據情況作出相應的轉向，前進后退等動作，是上書機不斷地趨近取目標特征位置，在達到特征位置時，進行動作。

本系統共使用6個傳感器，裝在小車車頭，每隔45度角裝載一個，正前方裝有兩個，一個近距離的，一個遠距離的。近距離特征傳感器用來判斷是否動作，當傳感器檢查到特征信號，其輸出信號為110011時，單片機接收到輸出信號，驅動模塊驅動進行動作。

結語：

本文是在基于STC89C52單片機為主模塊進行試驗的目的設計，其主要包括主控模塊、檢測模塊、避障模塊、驅動模塊、電源模塊等組成。通過對模塊的設計以及搭建，對智能上書機的系統進行了測試。其具有反應迅速、工作穩定、性價比高等特點。