配頁(yè)機(jī)中書帖檢測(cè)系統(tǒng)的研究

印刷品生產(chǎn)工序之一是將經(jīng)過印刷機(jī)印刷出來的單頁(yè)印張進(jìn)行裝訂、成型，而其成敗關(guān)鍵就是配頁(yè)工序。

為了避免人工配頁(yè)發(fā)生的諸如重帖、少帖、亂帖等現(xiàn)象，目前采用了兩種主要解決方案：一是采用光電擴(kuò)散反射原理，把紅色LED作為光源照射書帖，根據(jù)檢查區(qū)域內(nèi)的反射光強(qiáng)弱進(jìn)行判別。該方案對(duì)周圍光線敏感，對(duì)書帖紙張光潔度、反光性能及印刷濃度有較大的依賴性，特別對(duì)于色彩變化較大的書帖，檢查精度很低，達(dá)不到理想的效果；二是使用光學(xué)圖像識(shí)別技術(shù)，針對(duì)書帖中部分內(nèi)容作圖像識(shí)別。然而由于放置偏移，或在工作過程中發(fā)生的相對(duì)位置移動(dòng)或扭轉(zhuǎn)，書帖鑒別率也不高。

當(dāng)前，條形碼作為一種及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠、經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)輸入手段，已經(jīng)普及使用。因此，
采用條形碼識(shí)別技術(shù)，將其運(yùn)用于印刷產(chǎn)品裝訂生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，不失為一種簡(jiǎn)單、行之有效的書帖檢測(cè)系統(tǒng)，本方案設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)正基于此。

圖1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

一個(gè)基于條形碼識(shí)別的書帖檢測(cè)系統(tǒng)由如下部分組成：(1)帶有條形碼的待檢測(cè)物品，(2)條碼閱讀器，(3)嵌入式控制系統(tǒng)，(4)處于企業(yè)局域網(wǎng)中的計(jì)算機(jī)。

其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

首先，在書帖的版面邊緣部分印上條形碼，作為系統(tǒng)后續(xù)檢測(cè)設(shè)備識(shí)別的依據(jù)。然后使用帶有條形碼閱讀器的嵌入式控制系統(tǒng)，將讀取到的條形碼信息與設(shè)定的基準(zhǔn)條碼信息進(jìn)行比對(duì)，針對(duì)讀取到的條形碼信息，按照設(shè)定的控制邏輯，結(jié)合外部電氣機(jī)械機(jī)構(gòu)，完成對(duì)該類書帖的操作。

計(jì)算機(jī)可通過通訊接口與嵌入式控制系統(tǒng)通信，讀取條碼內(nèi)容，從而獲取書帖信息，再通過計(jì)數(shù)等操作，將該信息寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中。該計(jì)算機(jī)處于公司局域網(wǎng)中，其他任何辦公區(qū)域的計(jì)算機(jī)也可以實(shí)時(shí)地訪問該計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)庫(kù)，以及時(shí)了解生產(chǎn)過程和生產(chǎn)情況.

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

在具體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，我們選用現(xiàn)有的條形碼閱讀器，配合單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成嵌入式控制單元，通過RS485串行通訊口，將控制單元的控制信息寫入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)。

1 條形碼閱讀器的選擇及改造

這里選用了CIPHER公司的1000型手持式條形碼閱讀器。該閱讀器具有如下優(yōu)點(diǎn)：
● 可以識(shí)別多種常用條形碼制。
● 具備鍵盤（PS/2）、RS232、USB等多種數(shù)字接口。
● 讀取速度快。
● 具備多種讀取方式和節(jié)電方式。

我們把閱讀器上的用于啟動(dòng)讀取條碼的手動(dòng)接觸開關(guān)部分，由手動(dòng)啟動(dòng)改為由嵌入式系統(tǒng)自動(dòng)控制啟動(dòng)，即通過嵌入式系統(tǒng)控制的繼電器觸點(diǎn)的閉合和釋放來模擬人手的控制。

2 嵌入式控制系統(tǒng)

● 硬件部分設(shè)計(jì)
嵌入式控制系統(tǒng)部分包含閱讀器的數(shù)字接口電路部分以及一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)和其外圍接口電路。
硬件框圖如圖2所示。

圖2 檢測(cè)部分硬件框圖

復(fù)位和看門狗芯片選用了MAX813,由它監(jiān)視軟件的運(yùn)行,防止出現(xiàn)程序跑飛或死機(jī)現(xiàn)象；為了更精確地控制通信速率, 選用了11.592MHz的晶振；單片機(jī)則選用了ATMEL公司的AT89C51。

● 嵌入式軟件部分
使用C51編寫軟件，軟件系統(tǒng)機(jī)要實(shí)現(xiàn)的功能如圖3所示。

圖3 檢測(cè)部分軟件功能框圖

圖4 主程序流程圖

軟件負(fù)責(zé)捕獲進(jìn)紙信號(hào),然后模擬人手按鈕,啟動(dòng)感應(yīng)器工作,讀取到條形碼信息后進(jìn)行判斷,根據(jù)判斷結(jié)果,進(jìn)行不同的輸出，同時(shí)還可以同上位機(jī)通信。

軟件工作過程中,為了實(shí)時(shí)捕捉請(qǐng)求信號(hào)的輸入，對(duì)信號(hào)輸入的讀取采用中斷方式。接收到信號(hào)后，置相應(yīng)請(qǐng)求事件標(biāo)志，而對(duì)請(qǐng)求信號(hào)的處理在中斷外進(jìn)行，這樣既可以有效捕獲到請(qǐng)求輸入信號(hào)，又避免中斷程序過長(zhǎng)時(shí)間占用CPU資源。

主程序上電初始化后，依次查看各個(gè)事件標(biāo)志，若發(fā)現(xiàn)存在該事件請(qǐng)求，則馬上對(duì)該事件處理，處理完畢后清除該請(qǐng)求標(biāo)志。所要處理的事件包括:捕獲進(jìn)紙節(jié)拍,接收計(jì)算機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù),條形碼讀取到后的比對(duì)判斷以及判斷后的處理等。整個(gè)系統(tǒng)流程如圖4所示。

進(jìn)紙節(jié)拍是由外部進(jìn)紙機(jī)構(gòu)觸發(fā)的，軟件上采用了外部中斷的方式。通信事件由軟件的串行接收中斷觸發(fā)，條碼處理事件則由接收數(shù)字條碼信號(hào)的高優(yōu)先級(jí)中斷觸發(fā)。

設(shè)置CIPHER接口板以PS/2鍵盤的方式發(fā)送條形碼內(nèi)容，其接口信號(hào)時(shí)序如圖5所示。

圖5 條形碼閱讀器數(shù)字接口時(shí)序

而其他兩個(gè)事件，錯(cuò)誤書帖和白紙事件則來自于軟件進(jìn)行條碼信息的比對(duì)結(jié)果。

①  處理進(jìn)紙節(jié)拍信號(hào)處理

在檢測(cè)到條形碼讀入請(qǐng)求—進(jìn)紙信號(hào)事件后，應(yīng)該啟動(dòng)條形碼閱讀器，讀取條形碼信息。閱讀器上原來的手動(dòng)按扭改造為由繼電器觸電模擬，將繼電器閉合則可以完全實(shí)現(xiàn)開啟閱讀器的目的。

② 處理?xiàng)l形碼判斷的事件

單片機(jī)接收到完整的條形碼信息后，置位條形碼判斷事件。在處理判斷事件時(shí)，首先要將讀到的條形碼和設(shè)定好的基準(zhǔn)信息比對(duì)。由于條形碼在使用鍵盤接口傳送數(shù)據(jù)時(shí)，每一個(gè)數(shù)字或字符的編碼規(guī)則是“通碼和斷碼的方式”，即要傳送的每個(gè)字符都包括三個(gè)字節(jié)：“編碼+0x4F+編碼”。所以在進(jìn)行比對(duì)時(shí)要注意基準(zhǔn)條形碼指針和待判定條形碼指針的移動(dòng)：基準(zhǔn)指針每次移動(dòng)1字節(jié)，而待判指針要移動(dòng)3字節(jié)。
讀取條形碼后進(jìn)行判斷的狀態(tài)遷躍如圖6所示。

圖6 條形碼判斷狀態(tài)圖

在書帖錯(cuò)誤狀態(tài)下，單片機(jī)將根據(jù)設(shè)定好的軟件輸出告警指示信號(hào)，并向書帖剔除設(shè)備輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，剔除錯(cuò)誤書帖；若只在流水線最后安裝一臺(tái)書帖剔除設(shè)備，單片機(jī)將開始對(duì)進(jìn)紙節(jié)拍計(jì)數(shù)，當(dāng)該錯(cuò)誤書帖經(jīng)過后，單片機(jī)向書帖剔除設(shè)備發(fā)出信號(hào)，剔除設(shè)備將包括該錯(cuò)誤書帖的書帖集剔除。

3 計(jì)算機(jī)通信部分

在配頁(yè)機(jī)流水線上，每個(gè)裝了書帖的配頁(yè)站都要安裝一個(gè)閱讀器和嵌入式控制系統(tǒng)，而這所有書帖檢測(cè)設(shè)備還可以通過總線連接到計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)一步完成書帖統(tǒng)計(jì)、查詢等功能。

在物理層設(shè)計(jì)上，采用成熟的RS485串行通信總線連接到不同的檢測(cè)設(shè)備和計(jì)算機(jī)；在鏈路層設(shè)計(jì)中，為保證數(shù)據(jù)幀可靠的收發(fā)，除了校驗(yàn)和之外，還有數(shù)據(jù)幀的特殊幀頭字節(jié)和幀尾字節(jié)等，避免鏈路上的干擾。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)部分

計(jì)算機(jī)上使用VC++6.0編寫人性化的操作界面，使用ADO（ActiveX Data Object）管理數(shù)據(jù)庫(kù)。運(yùn)行期間通過執(zhí)行SQL命令取得所要獲取的結(jié)果記錄集。

總結(jié)

該系統(tǒng)可以使用在任何帶有條碼的物品檢測(cè)系統(tǒng)中，針對(duì)不同的應(yīng)用需求，只要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，將不同的電氣機(jī)械機(jī)構(gòu)連接到該系統(tǒng)的輸出端子上，即可以按照所需求的控制邏輯進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。