自動全方位掃碼裝置的設計

江浩 周珣 朱靜 郭清

摘? 要：隨著網絡商務和網上購物的迅速發展，很多行業對于快遞業的要求越來越高。目前，在快遞分配的環節中，有一項重要的步驟就是掃碼分揀。這個步驟通常由人力完成，因此耗時耗力。如果將這個環節改變成全自動的模式，那將有效縮短快遞分揀的速度，節省人力，提高掃碼分揀的精準性，從而提高快遞公司分配貨物的效率。本文基于單片機控制電機前后移動及旋轉的原理，來實現自動全方位掃碼。

關鍵詞：全方位掃碼? 步進電機? 單片機? 設計

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）08（b）-0064-03

Abstract： With the rapid development of online commerce and online shopping， many industries have increasingly higher requirements for the express delivery industry. At present， in the process of express distribution， an important step is to scan and sort. This step is usually done by manpower， so it takes time and effort. If this link is changed to a fully automatic mode， it will effectively shorten the speed of express sorting， save manpower， improve the accuracy of scanning and sorting， and thus improve the efficiency of express companies to distribute goods. Based on the principle of single-chip microcomputer to control the movement and rotation of the motor， this paper realizes the automatic omni-directional code scanning.

Key Words： Omnidirectional scanning code; Stepper motor; Single chip microcomputer; Design

日益龐大的物流配送工作對快遞公司的工作效率提出了更高的要求。現代物流配送的關鍵環節，就是快遞的分揀作業，一個強大的分揀系統體現一家快遞公司的競爭實力，分揀系統的發展仍在繼續。近年，隨著二維碼的普及，快遞行業也運用掃碼來達到分揀效果，大部分快遞公司都采用掃碼分揀的形式對快遞進行定位、分揀，但快遞公司內常見的掃碼器為手持掃碼器，這種掃碼器需要人工手持進行掃碼工作，且需要分揀員將每個快遞貼有條碼一面放置上側以供掃碼。這容易導致漏掃、底部難以掃描的問題，對于快遞公司而言，影響整體運輸效率;對于快遞分揀員而言，工作量大、易發生紕漏，導致快遞運輸的時間增加。所以快遞行業發展的趨勢必定是自動化、智能化，這不僅節省人力資源，更能提高公司的整體效益。因此，研究快遞分揀的全方位化、自動化對快遞行業的發展具有推動意義。

1? 自動全方位掃碼裝置的基本結構

本文設計一種可移動旋轉的自動全方位掃碼裝置如圖1所示。該裝置包括支撐架體，還包括帶感應器的透明夾板、支撐臂、舵機和導輪，帶感應器的透明夾板包括上層透明架板和下層透明夾板，支撐架體的下方設有快遞堆放框，支撐架體的兩側設有行走機構，路徑機構為槽型軌道，透明夾板的兩側分別設有支撐臂，并由舵機控制支撐臂實現360度旋轉，支撐臂內置電機和絲桿，電機控制絲桿實現透明夾板上升下降，舵機與設在行走機構上的導輪相連，從而使得透明夾板沿著行走機構實現水平快速移動，其中透明夾板的兩側與兩側的支撐臂之間分別設有內置掃碼器。

快遞自由落體至下側透明夾板的過程中，透明夾板感應后傳輸信號，并通過夾板兩側支撐臂內置電機控制絲桿調節下側透明夾板上升位移，上側夾板固定不動，從而實現夾緊快件。與此同時，夾板上升過程中，支撐臂內置掃碼器對快件兩側進行掃碼，而后夾板由導輪帶動移動至掃碼架處，由舵機控制支撐桿360度旋轉，使掃碼架上的掃碼器對快件進行四面掃實現自動全方位掃碼，從而節約人力成本并提高工作效率。

2? 自動全方位掃碼裝置的傳動裝置

自動全方位掃碼裝置的傳動裝置主要步進電機控制系統、絲桿和夾板，掃碼器與舵機構成等部分組成。步進電機控制系統如圖2所示，主要由單片機、驅動模塊、步進電機和電源組成。

步進電機的驅動電路是由脈沖信號來控制的（脈沖信號一般由單片機或CPU產生）。[1]每當步進驅動器接收到一個脈沖信號，步進電機就按設定的方向轉動一個步距角，改變步進電機的轉速可以調節脈沖信號的頻率。步進電機在CPU控制下，按工作程序實現一定角度的旋轉和調速[2]。

電機與絲桿放置于透明夾板兩側的支撐臂內，可實現控制下方透明夾板上移，上方透明板固定。在透明板上設置壓力傳感器，從而實現夾緊快件的目的。絲桿中間空隙處設置掃碼裝置，可以對箱體快件若貼在兩側支撐臂方向的條形碼進行掃碼。

板夾的夾持材料采用亞克力板，其極強的透光率適合掃碼;其較好的塑性，可以容許兩側步進電機間的輕微不同步;而其一定的硬度，可以夾持快遞。

舵機連接在支撐臂外側，在夾板行至掃碼架時，控制整個支撐臂進行360度旋轉運動，配合掃碼架進行掃碼。舵機的控制系統由單片機、數字舵機、支撐臂和電源模塊組成。

掃碼架的材料為鋁型材，方便安裝。掃碼器為條碼閱讀器，采用固像式掃碼器，其讀取率在所有類型的條碼閱讀器中最高，安裝靈活。固像式條碼閱讀器的掃碼范圍也很廣闊，大視野、大景深，通過該種型號掃碼器，本項目上的快件完全可以被掃描到。

行走機構由滾輪與槽型軌道構成以帶動支撐臂在導軌上進行前后移動。滾輪由馬達驅動，使其有在軌道中向前向后運動的力。驅動采用四驅直流電機，由L298N與單片機聯合控制，能夠實現速度的調節與前后移動[3]。

3? 自動全方位掃碼裝置的軟件設計

控制系統采用STM32核心開發板，由STM32控制電機工作，各電機配有相應電源及驅動模塊，在電機接收到STM32命令時，便會做出響應驅動響應的器件開始工作，自動全方位掃碼裝置的工作流程圖如圖3所示。

4? 結語

本文研究設計的自動全方位掃碼裝置由單片機控制電機來驅動器件工作從而實現自動夾持、旋轉移動快遞和全方位掃碼的功能。該裝置只能實現全方位掃碼，在快遞分揀系統中只是一個小部分。因此，以后想改進該裝置，將掃碼和分揀相連接，使其能融入整個分揀系統。初步想法是通過連接傳送帶將快遞送至透明板，并設計好掃碼之后的分揀流程，根據掃碼結果確定快遞流向，并將其分揀到對應區域，完善掃碼分揀系統的自動化程度。

參考文獻

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