配頁(yè)機中書(shū)帖檢測系統的研究

印刷品生產(chǎn)工序之一是將經(jīng)過(guò)印刷機印刷出來(lái)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(shū)帖，根據檢查區域內的反射光強弱進(jìn)行判別。該方案對周?chē)饩€(xiàn)敏感，對書(shū)帖紙張光潔度、反光性能及印刷濃度有較大的依賴(lài)性，特別對于色彩變化較大的書(shū)帖，檢查精度很低，達不到理想的效果；二是使用光學(xué)圖像識別技術(shù)，針對書(shū)帖中部分內容作圖像識別。然而由于放置偏移，或在工作過(guò)程中發(fā)生的相對位置移動(dòng)或扭轉，書(shū)帖鑒別率也不高。

當前，條形碼作為一種及時(shí)、準確、可靠、經(jīng)濟的數據輸入手段，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)現場(chǎng)，不失為一種簡(jiǎn)單、行之有效的書(shū)帖檢測系統，本方案設計的出發(fā)點(diǎn)正基于此。

圖1 系統組成

系統結構和工作原理

一個(gè)基于條形碼識別的書(shū)帖檢測系統由如下部分組成：(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，(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(shū)帖的版面邊緣部分印上條形碼，作為系統后續檢測設備識別的依據。然后使用帶有條形碼閱讀器的嵌入式控制系統，將讀取到的條形碼信息與設定的基準條碼信息進(jìn)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(lèi)書(shū)帖的操作。

計算機可通過(guò)通訊接口與嵌入式控制系統通信，讀取條碼內容，從而獲取書(shū)帖信息，再通過(guò)計數等操作，將該信息寫(xiě)入數據庫中。該計算機處于公司局域網(wǎng)中，其他任何辦公區域的計算機也可以實(shí)時(shí)地訪(fǎng)問(wèn)該計算機中的數據庫，以及時(shí)了解生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)情況.

系統的設計和實(shí)現

在具體系統實(shí)現中，我們選用現有的條形碼閱讀器，配合單片機系統構成嵌入式控制單元，通過(guò)RS485串行通訊口，將控制單元的控制信息寫(xiě)入計算機數據庫。

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(diǎn)：
● 可以識別多種常用條形碼制。
● 具備鍵盤(pán)（PS/2）、RS232、USB等多種數字接口。
● 讀取速度快。
● 具備多種讀取方式和節電方式。

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

2 嵌入式控制系統

● 硬件部分設計
嵌入式控制系統部分包含閱讀器的數字接口電路部分以及一個(gè)單片機系統和其外圍接口電路。
硬件框圖如圖2所示。

圖2 檢測部分硬件框圖

復位和看門(mén)狗芯片選用了MAX813,由它監視軟件的運行,防止出現程序跑飛或死機現象；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(xiě)軟件，軟件系統機要實(shí)現的功能如圖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(jìn)紙信號,然后模擬人手按鈕,啟動(dòng)感應器工作,讀取到條形碼信息后進(jìn)行判斷,根據判斷結果,進(jìn)行不同的輸出，同時(shí)還可以同上位機通信。

軟件工作過(guò)程中,為了實(shí)時(shí)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(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(guò)長(cháng)時(shí)間占用CPU資源。

主程序上電初始化后，依次查看各個(gè)事件標志，若發(fā)現存在該事件請求，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(jìn)紙節拍,接收計算機發(fā)來(lái)的數據,條形碼讀取到后的比對判斷以及判斷后的處理等。整個(gè)系統流程如圖4所示。

進(jìn)紙節拍是由外部進(jìn)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(pán)的方式發(fā)送條形碼內容，其接口信號時(shí)序如圖5所示。

圖5 條形碼閱讀器數字接口時(shí)序

而其他兩個(gè)事件，錯誤書(shū)帖和白紙事件則來(lái)自于軟件進(jìn)行條碼信息的比對結果。

①  處理進(jìn)紙節拍信號處理

在檢測到條形碼讀入請求—進(jìn)紙信號事件后，應該啟動(dòng)條形碼閱讀器，讀取條形碼信息。閱讀器上原來(lái)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)現開(kāi)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(shí)，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(pán)接口傳送數據時(shí)，每一個(gè)數字或字符的編碼規則是“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：“編碼+0x4F+編碼”。所以在進(jìn)行比對時(shí)要注意基準條形碼指針和待判定條形碼指針的移動(dòng)：基準指針每次移動(dòng)1字節，而待判指針要移動(dòng)3字節。
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(shū)帖錯誤狀態(tài)下，單片機將根據設定好的軟件輸出告警指示信號，并向書(shū)帖剔除設備輸出驅動(dòng)控制信號，剔除錯誤書(shū)帖；若只在流水線(xiàn)最后安裝一臺書(shū)帖剔除設備，單片機將開(kāi)始對進(jìn)紙節拍計數，當該錯誤書(shū)帖經(jīng)過(guò)后，單片機向書(shū)帖剔除設備發(fā)出信號，剔除設備將包括該錯誤書(shū)帖的書(shū)帖集剔除。

3 計算機通信部分

在配頁(yè)機流水線(xiàn)上，每個(gè)裝了書(shū)帖的配頁(yè)站都要安裝一個(gè)閱讀器和嵌入式控制系統，而這所有書(shū)帖檢測設備還可以通過(guò)總線(xiàn)連接到計算機，通過(guò)計算機進(jìn)一步完成書(shū)帖統計、查詢(xún)等功能。

在物理層設計上，采用成熟的RS485串行通信總線(xiàn)連接到不同的檢測設備和計算機；在鏈路層設計中，為保證數據幀可靠的收發(fā)，除了校驗和之外，還有數據幀的特殊幀頭字節和幀尾字節等，避免鏈路上的干擾。

4 數據庫部分

計算機上使用VC++6.0編寫(xiě)人性化的操作界面，使用ADO（ActiveX Data Object）管理數據庫。運行期間通過(guò)執行SQL命令取得所要獲取的結果記錄集。

總結

該系統可以使用在任何帶有條碼的物品檢測系統中，針對不同的應用需求，只要根據現場(chǎng)情況，將不同的電氣機械機構連接到該系統的輸出端子上，即可以按照所需求的控制邏輯進(jìn)行自動(dòng)檢測。