配頁機中書帖檢測系統(tǒng)的研究

    印刷品生產工序之一是將經(jīng)過印刷機印刷出來的單頁印張進行裝訂、成型，而其成敗關鍵就是配頁工序。

    為了避免人工配頁發(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)域內的反射光強弱進行判別。該方案對周圍光線敏感，對書帖紙張光潔度、反光性能及印刷濃度有較大的依賴性，特別對于色彩變化較大的書帖，檢查精度很低，達不到理想的效果；二是使用光學圖像識別技術，針對書帖中部分內容作圖像識別。然而由于放置偏移，或在工作過程中發(fā)生的相對位置移動或扭轉，書帖鑒別率也不高。

    當前，條形碼作為一種及時、準確、可靠、經(jīng)濟的數(shù)據(jù)輸入手段，已經(jīng)普及使用。因此，采用條形碼識別技術，將其運用于印刷產品裝訂生產現(xiàn)場，不失為一種簡單、行之有效的書帖檢測系統(tǒng)，本方案設計的出發(fā)點正基于此。

圖1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)結構和工作原理

    一個基于條形碼識別的書帖檢測系統(tǒng)由如下部分組成：(1)帶有條形碼的待檢測物品，(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)中的計算機。

    其組成結構如圖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)檢測設備識別的依據(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定的基準條碼信息進行比對，針對讀取到的條形碼信息，按照設定的控制邏輯，結合外部電氣機械機構，完成對該類書帖的操作。

    計算機可通過通訊接口與嵌入式控制系統(tǒng)通信，讀取條碼內容，從而獲取書帖信息，再通過計數(shù)等操作，將該信息寫入數(shù)據(jù)庫中。該計算機處于公司局域網(wǎng)中，其他任何辦公區(qū)域的計算機也可以實時地訪問該計算機中的數(shù)據(jù)庫，以及時了解生產過程和生產情況.

系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)

    在具體系統(tǒng)實現(xiàn)中，我們選用現(xiàn)有的條形碼閱讀器，配合單片機系統(tǒng)構成嵌入式控制單元，通過RS485串行通訊口，將控制單元的控制信息寫入計算機數(shù)據(jù)庫。

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：
● 可以識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讀取條碼的手動接觸開關部分，由手動啟動改為由嵌入式系統(tǒng)自動控制啟動，即通過嵌入式系統(tǒng)控制的繼電器觸點的閉合和釋放來模擬人手的控制。

2 嵌入式控制系統(tǒng)

● 硬件部分設計
    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單片機系統(tǒng)和其外圍接口電路。

    硬件框圖如圖2所示。

圖2 檢測部分硬件框圖

    復位和看門狗芯片選用了MAX813,由它監(jiān)視軟件的運行,防止出現(xiàn)程序跑飛或死機現(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)機要實現(xiàn)的功能如圖3所示。

圖3 檢測部分軟件功能框圖

圖4 主程序流程圖

    軟件負責捕獲進紙信號,然后模擬人手按鈕,啟動感應器工作,讀取到條形碼信息后進行判斷,根據(jù)判斷結果,進行不同的輸出，同時還可以同上位機通信。

    軟件工作過程中,為了實時捕捉請求信號的輸入，對信號輸入的讀取采用中斷方式。接收到信號后，置相應請求事件標志，而對請求信號的處理在中斷外進行，這樣既可以有效捕獲到請求輸入信號，又避免中斷程序過長時間占用CPU資源。

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

    進紙節(jié)拍是由外部進紙機構觸發(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)字條碼信號的高優(yōu)先級中斷觸發(fā)。

    設置CIPHER接口板以PS/2鍵盤的方式發(fā)送條形碼內容，其接口信號時序如圖5所示。

圖5 條形碼閱讀器數(shù)字接口時序

    而其他兩個事件，錯誤書帖和白紙事件則來自于軟件進行條碼信息的比對結果。

①  處理進紙節(jié)拍信號處理

    在檢測到條形碼讀入請求—進紙信號事件后，應該啟動條形碼閱讀器，讀取條形碼信息。閱讀器上原來的手動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現(xiàn)開啟閱讀器的目的。

② 處理條形碼判斷的事件

    單片機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，首先要將讀到的條形碼和設定好的基準信息比對。由于條形碼在使用鍵盤接口傳送數(shù)據(jù)時，每一個數(shù)字或字符的編碼規(guī)則是“通碼和斷碼的方式”，即要傳送的每個字符都包括三個字節(jié)：“編碼+0x4F+編碼”。所以在進行比對時要注意基準條形碼指針和待判定條形碼指針的移動：基準指針每次移動1字節(jié)，而待判指針要移動3字節(jié)。

    讀取條形碼后進行判斷的狀態(tài)遷躍如圖6所示。

圖6 條形碼判斷狀態(tài)圖

    在書帖錯誤狀態(tài)下，單片機將根據(jù)設定好的軟件輸出告警指示信號，并向書帖剔除設備輸出驅動控制信號，剔除錯誤書帖；若只在流水線最后安裝一臺書帖剔除設備，單片機將開始對進紙節(jié)拍計數(shù)，當該錯誤書帖經(jīng)過后，單片機向書帖剔除設備發(fā)出信號，剔除設備將包括該錯誤書帖的書帖集剔除。

3 計算機通信部分

    在配頁機流水線上，每個裝了書帖的配頁站都要安裝一個閱讀器和嵌入式控制系統(tǒng)，而這所有書帖檢測設備還可以通過總線連接到計算機，通過計算機進一步完成書帖統(tǒng)計、查詢等功能。

    在物理層設計上，采用成熟的RS485串行通信總線連接到不同的檢測設備和計算機；在鏈路層設計中，為保證數(shù)據(jù)幀可靠的收發(fā)，除了校驗和之外，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)庫部分

    計算機上使用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。運行期間通過執(zhí)行SQL命令取得所要獲取的結果記錄集。

總結

    該系統(tǒng)可以使用在任何帶有條碼的物品檢測系統(tǒng)中，針對不同的應用需求，只要根據(jù)現(xiàn)場情況，將不同的電氣機械機構連接到該系統(tǒng)的輸出端子上，即可以按照所需求的控制邏輯進行自動檢測。