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【摘要】本文基于其無線識別數據的特點，結合以樹莓派為核心的智能小車，可以設計出一種低成本，高效率的快速分揀機器人，實現瞬時識別、精準分類、根據循跡路線實現分揀、通過超聲波避障避開障礙物等功能。與此同時連接圖書管理系統，使數據入庫，并實現歸還處理，大大提高圖書分類的準確性及高效性，最后使得人們在借閱過程中可以達到最優質的借閱體驗。

【關鍵詞】RFID；標簽；智能小車；黑線循跡；超聲波避障；數據庫

現如今，當代圖書種類繁多，為減輕大規模人工分揀的壓力，現利用RFID無線射頻識別技術，結合樹莓派小車設計出一種可以自動識別信息，并分類分揀的機器人。RFID系統是結合了計算機技術與通信技術的自動讀取信息并輸入電腦的系統，其天線模塊可實現電磁波與電流信號的轉換，并在其生成的電磁場范圍內，由閱讀器產生高頻信號，用于傳輸、接收數據。RFID系統具有抗干擾能力強、識別精確度高等特點，可實現標簽數據的無線近距離識別。在本文中所設計的基于RFID無線射頻識別技術的圖書分揀機器人，是結合RFID系統與以樹莓派為主板的智能小車設計的分揀機器人，利用樹莓派的Wi-Fi模塊在同一局域網范圍內連接計算機，實現RFID模塊與計算機數據庫之間的無線遠距離傳輸。此外，在小車的設計上增添黑線循跡行進模塊以及超聲波避障模塊實現小車的行進與避障，利用OpenCV以及攝像頭對特定的分揀筐進行識別，綜合以上功能制作出最終完整的圖書分揀機器人。相比人工作業，這樣不僅可以大大降低勞動力，還省去了繁復的過程，提升了圖書管理效率，更是可以提供給讀者最佳的服務體驗。

1總體方案設計

圖書分揀機器人主要由RFID閱讀模塊，樹莓派主板，智能小車（包括黑線循跡模塊，攝像頭，超聲波避障模塊，以及小車底板和四輪驅動）組成，并通過數據庫進行數據處理。一本圖書經傳送帶送上小車后，小車中的RFID閱讀模塊對標簽進行識別，通過樹莓派（自帶有Wi-Fi模塊）在局域網范圍內發送數據至計算機，讀入數據庫后進行后臺的數據分析處理以及分類。與此同時，樹莓派對小車傳送循跡行駛命令，并利用攝像頭識別對應的分揀筐，使其能夠在特定的分揀筐前停下，實現分揀。最后根據路線行駛，回到初始位置，繼續分揀下一本圖書。若在該過程中遇到障礙物，則根據超聲波避障模塊進行避障。總體方案框圖如圖1所示。

2RFID閱讀模塊設計

2.1RFID系統

RFID系統主要的功能是從標簽芯片中讀取已寫入的數據信息，此處選用RC522閱讀模塊，引腳電路圖如圖2所示，將其引腳與樹莓派對應引腳相連，就可以直接利用樹莓派中的Wi-Fi模塊進行網絡通信。之后利用樹莓派的SPI功能進行配置，使用python編寫程序，使其在近距離磁場范圍內可以識別標簽信息，將標簽信息通過Wi-Fi傳入計算機進行統一管理。需注意的是，RC522使用的是ISO14443協議，因此圖書標簽也要對應選擇具有相同協議的標簽才可以實現標簽識別。

2.2后臺數據庫處理系統

當標簽數據通過RFID系統讀入計算機后，需進入數據庫進行統一管理。此處利用MySQL編寫程序將該圖書的（已寫好的）基本信息，即圖書名稱、圖書編號、圖書分類以及借還信息等入庫并分類處理。

3攝像頭識別模塊設計

得到圖書信息后，要定位對應分揀筐就需要利用攝像頭模塊進行分揀筐的識別。此處需在圖書分揀框上貼好對應分類的圖片，如“文學”分類，就將“文學”圖片作為正樣本集，其他圖片作為負樣本集，通過一定的訓練，得到自己的OpenCV分類器。在小車運行中，利用訓練好的OpenCV分類器從實時拍攝的視頻幀中識別出對應的分揀筐。

4小車行進模塊設計

4.1黑線循跡模塊

該模塊主要由智能小車底盤前端下方裝有的兩個紅外傳感器構成，用于檢測其下方是否為黑線。當紅外線照射到黑線上時，紅外線被吸收，接收不到反射線，循跡模塊輸出高電平；當紅外線照射到地面上時，反射線被循跡模塊接收到，輸出低電平。編寫程序根據檢測結果對行駛控制做出判斷,即若左側輸出高電平，右側輸出低電平，小車左轉，以此類推，使小車智能地沿黑線行駛。

4.2超聲波避障模塊

因為超聲波遇到障礙物會反射回來，由此可以判斷前方是否有障礙物存在。而由于聲波的速度已知，為340m/s，所以只需要知道從發射到接收的時間差（誤差可忽略不計），就能輕松計算出測量距離，再結合發射器和接收器的距離，就能算出與障礙物的實際距離。根據上述特點編寫程序，結合小車前端使用HC-SR04超聲波模塊進行避障。

4.3書本搬運裝置

當小車可以正常行進后，還需要考慮其與書本間的互動。首先在還書處設計一個傳送帶，在還書時將書本放到傳送帶上，使其可以直接被運輸至小車車身。其次在小車的車身上設計一個小型傳送帶，編寫程序，當小車到達指定分揀筐并停止后（即速度為0），利用樹莓派啟動傳送帶運行開關，使車身上的書本可以直接滑落在分揀筐中，完成分揀。

5綜合測試

選用已寫好基本信息的ISO14443協議標簽，放上小車車身，可以看到計算機端立刻讀取出相應的圖書信息，與此同時，小車也開始沿規劃路線前進，遇到彎道處可跟隨黑線精確的轉彎。在小車前進途中擺放一處障礙物，小車靠近障礙物后立刻向右轉彎，繞過障礙物回到原定規劃路線繼續前進。到達對應分揀筐歸還圖書后，順利回到出發點，等待下一本書的分揀。總的來說，測試結果一切順利，分揀效果良好，效率較高。6結束語基于RFID系統以及樹莓派模塊單元設計出的自動圖書分揀機器人具有高效化、多功能化、數據可控化等優點。本課題充分研究了如何實現RFID的數據傳送與接收、樹莓派小車的控制與行進、以及綜合數據處理等幾個方面，不僅解決了圖書館實際分揀需求，而且在降低了人力資源成本的同時大幅度地提高了分揀效率，最終實現全智能化的圖書管理，使人工干預降到最低。同時，RFID技術的優越性，使該機器人也可應用于更多的開發平臺，在大規模分揀系統中都擁有著較大的發展前景。

參考文獻

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作者：李貝爾 李遠征 黎亮亮 張盛耀 單位：貴州大學大數據與信息工程學院