配頁機(jī)中書帖檢測系統(tǒng)的研究

    印刷品生產(chǎn)工序之一是將經(jīng)過印刷機(jī)印刷出來的單頁印張進(jìn)行裝訂、成型，而其成敗關(guān)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(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(dá)不到理想的效果；二是使用光學(xué)圖像識別技術(shù)，針對書帖中部分內(nèi)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(zhuǎn)，書帖鑒別率也不高。

    當(dāng)前，條形碼作為一種及時、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，采用條形碼識別技術(shù)，將其運用于印刷產(chǎn)品裝訂生產(chǎn)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(shè)計的出發(fā)點正基于此。

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(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)檢測設(shè)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(shè)定的基準(zhǔn)條碼信息進(jìn)行比對，針對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)，完成對該類書帖的操作。

    計算機(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，再通過計數(shù)等操作，將該信息寫入數(shù)據(jù)庫中。該計算機(jī)處于公司局域網(wǎng)中，其他任何辦公區(qū)域的計算機(jī)也可以實時地訪問該計算機(jī)中的數(shù)據(jù)庫，以及時了解生產(chǎn)過程和生產(chǎn)情況.

系統(tǒng)的設(shè)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(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算機(jī)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(guān)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(shè)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(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(fù)責(zé)捕獲進(jìn)紙信號,然后模擬人手按鈕,啟動感應(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，同時還可以同上位機(jī)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(yīng)請求事件標(biāo)志，而對請求信號的處理在中斷外進(jìn)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(biāo)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(biāo)志。所要處理的事件包括:捕獲進(jìn)紙節(jié)拍,接收計算機(jī)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(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)字條碼信號的高優(yōu)先級中斷觸發(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(jìn)行條碼信息的比對結(jié)果。

①  處理進(jìn)紙節(jié)拍信號處理

    在檢測到條形碼讀入請求—進(jìn)紙信號事件后，應(yīng)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(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，首先要將讀到的條形碼和設(shè)定好的基準(zhǔn)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(jìn)行比對時要注意基準(zhǔn)條形碼指針和待判定條形碼指針的移動：基準(zhǔn)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(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，并向書帖剔除設(shè)備輸出驅(qū)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(shè)備，單片機(jī)將開始對進(jìn)紙節(jié)拍計數(shù)，當(dāng)該錯誤書帖經(jīng)過后，單片機(jī)向書帖剔除設(shè)備發(fā)出信號，剔除設(shè)備將包括該錯誤書帖的書帖集剔除。

3 計算機(jī)通信部分

    在配頁機(jī)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(shè)備還可以通過總線連接到計算機(jī)，通過計算機(jī)進(jìn)一步完成書帖統(tǒng)計、查詢等功能。

    在物理層設(shè)計上，采用成熟的RS485串行通信總線連接到不同的檢測設(shè)備和計算機(jī)；在鏈路層設(shè)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(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。運行期間通過執(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系統(tǒng)中，針對不同的應(yīng)用需求，只要根據(jù)現(xiàn)場情況，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)行自動檢測。