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基于RFID无线射频识别技术的图书分拣系统设计.docx
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摘 要
图书管理对于工作人员来说是一项比较繁重且重复性非常高的工作,具有的技术含
量较低,但是需要浪费大量的人力成本,本文考虑到图书管理存在的这一问题,设计了
一款基于 RFID 的图书分拣机器人,系统使用 RFID 标签来对图书进行分类,机器人在
识别到特定的 RFID 标签后,就会将图书放置到特定的位置,从而完成对图书的自动分
拣工作。本文的系统包含了单片机模块、RFID 识别模块、电机驱动模块以及按键模块,
通过对这些模块的软硬件联调,完成了整个系统的设计,经过实验测试,本文的系统可
以正确地实现对图书的分拣工作,对于图书馆工作的管理人员来说,可以明显地提高图
书分拣的效率,并降低图书馆的人力成本。
关键词:
图书分拣;机器人系统;RFID 标签;RFID 识别
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目 录
一、 绪论 ......................................................................................................... 1
(一) 研究背景与意义 .......................................................................... 1
(二) 国内外发展现状 .......................................................................... 1
(三) 本文的研究内容 .......................................................................... 2
二、 系统方案设计.......................................................................................... 4
(一) 系统需求分析 .............................................................................. 4
(二) 系统方案设计 .............................................................................. 4
三、 硬件设计.................................................................................................. 8
(一) 供电电路设计 .............................................................................. 8
(二) 单片机模块设计 .......................................................................... 8
(三) RFID 识别模块设计...................................................................... 9
(四) 循迹模块设计 ............................................................................ 10
(五) 舵机模块设计 ............................................................................ 11
(六) 电机驱动模块设计 .................................................................... 11
(七) 整体电路设计 ............................................................................ 12
四、 软件设计................................................................................................ 14
(一) 主程序设计 ................................................................................ 14
(二) 循迹部分软件设计 .................................................................... 14
(三) 舵机控制程序设计 .................................................................... 15
(四) 按键扫描程序设计 .................................................................... 16
五、 实验测试................................................................................................ 18
(一) 硬件调试 .................................................................................... 18
(二) 软件调试 .................................................................................... 18
(三) 系统仿真 .................................................................................... 19
六、 结论 ....................................................................................................... 23
致谢 ................................................................................................................. 24
参考文献 ......................................................................................................... 25
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一、绪论
(一)研究背景与意义
射频识别技术是一种利用标签来对物体进行识别的技术,长期以来都被人们用作门
禁系统的识别标签,但是随着社会工业化的发展,人们逐渐扩展了射频识别技术的应用
领域,将其用于其他各类行业中,如 ETC 车道、工业分拣等。在射频识别技术中,RFID
技术由于其高精准的识别率以及低制造成本的特性,受到了用户的广泛好评,长期以来
都占据了行业中的大部分市场。RFID 系统一般由两部分组成:识别模块与 ID 卡模块,
其中 ID 卡模块用来对用户、物品的信息进行标识,而识别模块则用来对识别出 ID 卡模
块中包含的相关数据,并根据数据库中预先存储的 ID 信息来对用户、物品进行自动识
别。这种简单的工作模式简化了工业生产环境中的验证工作,所以在各种分拣行业中受
到了广泛的使用。
图书管理对于工作人员来说是一项比较繁重且重复性非常高的工作,具有的技术含
量较低,但是需要浪费大量的人力成本,本文考虑到图书管理存在的这一问题,设计了
一款基于 RFID 的图书分拣机器人,系统使用 RFID 标签来对图书进行分类,机器人在识
别到特定的 RFID 标签后,就会将图书放置到特定的位置,从而完成对图书的自动分拣
工作。本文的系统包含了单片机模块、RFID 识别模块、电机驱动模块以及按键模块,通
过对这些模块的软硬件联调,完成了整个系统的设计,经过实验测试,本文的系统可以
正确地实现对图书的分拣工作,对于图书馆工作的管理人员来说,可以明显地提高图书
分拣的效率,并降低图书馆的人力成本。
(二)国内外发展现状
身份识别的出现是人类发展史中不可缺少的一笔,在人类发展史的早期,人们不像
现在这样具有高精度的仪器来对人们的身份进行识别,尤其是在采用书信进行往来时,
很难对书信的对方进行验证,确保信息的无误,特别是在军事领域中,必须保证来往书
信的正确性。所以最早的身份识别方案时通过字迹来进行验证的,但是字迹很容易被人
们模仿,导致无法对人们的身份进行严格的验证。所以人们对于更强身份验证工具的需
求一直存在,知道 18 世纪后期,亨利提出了利用指纹来对人类的身份进行甄别的理论,
这一理论给指纹识别系统的出现奠定了基础。但是由于那时候计算机还未出现,指纹识
别还仅仅以一种理论的形式存在,因为普通人无法以肉眼的来观察到指纹之间的差别。
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直到上世纪 70 年代,计算机的出现给指纹的自动识别提供了契机,使用计算机来读拍
摄得到的指纹图像进行识别,可以在很短的时间内对两个指纹图样进行验证,但是这种
验证方式对拍摄行为有很强的依赖性,需要用户的模板图样与实际图样严格相似才能进
行比对,所以暂时无法大规模的使用。到了上世纪 70 年代中期左右,模式识别的理论
已经逐渐成熟,此时已经不需要保证模板指纹与实际拍摄的指纹严格相似,而只需要对
两者的模式进行匹配即可,这给指纹识别的普及带来了很大的希望。乃至早在上世纪 70
年代末期,一些先行者就将指纹识别技术应用在了军事领域中,他们使用激光来对指纹
的特征进行提取,这种方式获得了不错的评价。真正意义上的指纹核对机是在上世纪 80
年代有日本的科学家研发的,这些设计的指纹核对机主要面向公安系统,为警方提供一
些安防侦测的作用。
我国利用指纹来进行身份验证的理念最早于唐朝出现,在唐朝时期,政府部分通过
指纹来对犯人的身份进行记录,但是我国在指纹识别理论的研究方面一直落后于西方世
界,直到改革开发之后,我国引入了大量的国外先进技术,指纹识别机也包含在内,早
上上世纪 90 年代,青岛就引入了很多的指纹识别机,这些指纹识别机主要供给警方使
用,用来完成一些刑事侦查的工作。至此,我国在指纹识别方面的技术发展才真正与国
际接轨。进入二十一世纪后,指纹识别系统对于普通人来说,已经不再是一个遥远的话
题,尤其是在智能手机的问世之后,指纹识别已经随处可见,基于指纹识别的研究也成
为了目前科学界的一大热点之一,我国在这方面拥有很高的技术沉淀,特别是在一些科
技公司,如华为、小米等,在指纹识别的研究领域中具有很高的话语权,为我国的科学
发展提供了坚实的基础。
虽然一些指纹识别技术等更加先进的技术受到了人们的广泛使用,但是限于成本的
因素,在一些低端的场景中,仍然有大量的 RFID 识别技术存在,尤其是在公允交通运
输、小区安防等场景中,RFID 技术仍然占有一定的地位。RFID 技术能在这些场景中普遍
应用的原因在于,采用 RFID 技术不只局限于对人体特征的识别,而可以将 RFID 技术应
用于其他物品,特别是在物流领域中,使用 RFID 来对物体进行标签,可以对物体进行自
动识别,从而避免管理员的手工操作,为企业节约一定的成本。尤其是在物联网技术逐
渐普及的今天,RFID 认证技术为传感器之间的数据交互提供了很大的便利,所以对于
RFID 的研究仍然在如火如荼的进行中。
(三)本文的研究内容
本文主要围绕一款基于 RFID 无线射频识别技术的图书分拣机器人系统的设计,系
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统的主要应用场景是图书馆,通过采用 RFID 技术来对图书进行自动分拣,从而可以在
一定程度上简化图书馆管理员的工作强度,并为图书馆节省一定的劳动成本。总体而言,
本文设计的图书分拣机器人包含如下所示的几个功能:
1、RFID 自动识别功能。系统设计了 RFID 识别模块来对图书进行自动识别,每一本
书都被设计上自己的 ID 标签,当书籍经过机器人的扫描时,机器人就可以自动识别出
这本书具有的类别信息,系统从而可以识别对图书的自动识别。
2、图书分拣功能。系统设计了机械臂电路来对图书完成自动分拣工作,当图书经过
RFID 识别模块被识别出类型信息后,机器人就会通过机械臂来对图书完成自动分拣的工
作。
3、循迹功能。为了使机器人能够在场馆内自由的行驶,本文设计了循迹电路来使机
器人能够记住自己的行驶路线,这样可以使用户对机器人的行为有更细粒度的控制。
本文通过设计上述的三个功能,实现了该 RFID 图书自动分拣机器人的设计,系统
可以完成 RFID 自动识别、图书分拣以及循迹的功能,从而可以让机器人在图书馆内自
动完成图书分拣工作,而不需要工作人员的参与。
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