CN106652258A - 图书馆借还书控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了图书馆借还书控制系统,包括可编程逻辑控制器(1)、电源模块(2)、驱动器(3)、电机本体(4)、编码器(5)、接近开关(6)、扫描枪(7)、软件控制模块（8）、触摸屏（9）、机械臂（10），其中可编程逻辑控制器(1)分别与驱动器(3)、编码器(5)、接近开关(6)、软件控制模块（8）、触摸屏（9）相连，驱动器(3)还与电机本体(4)相连，电机本体(4)还与机械臂（10）相连，软件控制模块（8）还与扫描枪(7)相连。本发明实现了图书的自动取还功能，实现了全自助无人式图书馆控制系统，节约了取还书人们的时间，大大提高借还书效率。

Description

图书馆借还书控制系统

技术领域

本发明属于自动化系统控制领域，更具体地说是图书馆借还书控制系统。

背景技术

人类的社会实践所取得的经验、文化和知识都通过图书馆得以系统的保存并流传下来，成为今天人类的宝贵的文化遗产和精神财富。图书馆收藏的图书资料是人类长期积累的一种智力资源，图书馆对这些资料进行加工、处理、开发，同时，图书馆将这些图书资料提供给用户参考，扩充了图书馆用户的脑力资源，图书馆提供的服务满足了社会对文化娱乐的需要，丰富和活跃了人民群众的文化生活，在精神文明健设中起到了不可磨灭的作用。

就我国高校图书馆而言，新的知识、信息及新的科学技术的传播和交流，很重要的一个途径就是通过图书资料来进行的。任何科学理论研究必须从收集、掌握和熟悉图书资料开始，掌握前人已经取得的成果，掌握国内外科学研究的现状，掌握相邻学科所提供的有力条件等有关文献资料，以便在前人的基础上，提出新问题、做出新概括、取得新进展、获得新理论。这就需要在前人基础上去学习、笑话和掌握自己需要的优秀成果，以开阔眼界、扩展思路、受到启示，并以此为起点去攀登新的科学技术高峰。所以高校图书馆的建设尤为重要，作为学校重要的文献信息中心，是为教学和科研提供文献查阅的服务性机构，具有很强的专业性和学术性。因此高校图书馆建设是高校评估工作中一个不可缺少的环节。然而随着计算机和网络技术的发展，各类电子产品的问世，对传统图书馆服务和工作带来了不小的冲击。首先传统图书馆查阅到图书信息后有时需要学生到几个不同借阅室进行查找借阅大大浪费了时间，其次取还书时间受制于图书馆工作人员的工作时间，本论文所论述的高校图书馆系统就可以不受时间限制，不需要多处借阅室借阅图书，提高借还书效率，可以随时还书的特点，提高高校师生们的借还书体验，提高图书馆服务质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服传统图书馆的不足，提高借还书效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供图书馆借还书控制系统，包括可编程逻辑控制器1、电源模块2、驱动器3、电机本体4、编码器5、接近开关6、扫描枪7、软件控制模块8、触摸屏9、机械臂10，其中可编程逻辑控制器1分别与驱动器3、编码器5、接近开关6、软件控制模块8、触摸屏9相连，驱动器3还与电机本体4相连，电机本体4还与机械臂10相连，软件控制模块8还与扫描枪7相连，电源模块2为可编程逻辑控制器1与驱动器3供电；

通过扫描枪7扫描书目上的条形码或点击触摸屏9来获取图书信息后把图书信息传递给软件控制模块8，软件控制模块8传输控制信息给可编程逻辑控制器1，可编程逻辑控制器1向驱动器3发送信号来控制电机4根据编码器5的读数来移动，当电机4带动机械手10移动至指定位置对应的接近开关6时，接近开关6发送达到指定位置的指令给可编程逻辑控制器1，可编程逻辑控制器1控制电机4停止工作。

本发明与现有技术相比，具有显著的优点：

1、本发明提出的控制系统采用基于可编程逻辑控制器开发的，自助图书馆是一种集顺序控制、运动控制、过程控制相结合的机电一体化产品，而基于可编程逻辑控制器PLC的控制系统能够适应和满足其要求，PLC是专门为顺序生产过程而设计的可编程逻辑控制器，有以下几个优点：1.可靠性高，抗干扰能力强，系统故障自诊断能力突出。2.体积小，便于安装和使用。3.适应性好，采用模块化设计，如系统需要小变动，只需修改相应的接线和程序即可。4.指示性好，电源，CPU，输入输出接口等都设有指示灯，实时反映工作状态，利于系统的现场调试。

2、软件控制模块开发使用了C++Builder，它是由Borland公司推出的集成开发工具，C++Builder具有一套可视化的开发环境有以下几个优点：1.C++Builder优化的32位原码编译器建立在Borland公司久经考验的编译技术基础之上，提供了高度安全性、可靠性、快速性的编译优化方法，完全编译出原始机器码而非中间码，软件执行速度大大提高。在编译和连接过程中，C++Builder自动忽略未被修改的原代码和没有使用的函数，从而大大提高了编译和链接速度。2.C++Builder可以编译所有符合ANSI/ISO标准的原代码，支持最新ANSI C++/C语言特征：模板、异常、运行类型信息等，另外它还可以使用标准C++库且支持标准模板库STL，以前的所有C++/C原代码可以不经过修改，直接移植到C++Builder环境下来。

3.本发明使用的编码器为多圈绝对值型编码器，省去了增量式编码器中间对脉冲计数的过程，在系统掉电后中间无论编码器怎样移动，上电后直接读取数据与起始值对比即可，不会出现增量式编码器的零点偏移情况，更为精确，增加了精度。

4.本发明使用了接近开关，在电机进行移动之后都可以检测是否移动到还书口位，避免因为编码器读数不准而造成的位置不准而导致还书时造成图书损坏。

5.本发明选用的电机为伺服电机作为驱动电机，相比于步进电机其工作效率更高，并且精度更高。减少因为电机没有走到位还书口所造成的图书的损坏。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的控制系统框图。

图2为本发明的可编程逻辑控制器的工作阶段的流程图。

图3为本发明的编码器输出时序图。

图4为本发明的伺服运动控制系统工作示意图。

图5为本发明的系统程序流程图。

图1中1为可编程逻辑控制器PLC、2电源模块、3驱动器、4电机本体、5编码器、6接近开关、7扫码机、8软件控制模块、9触摸屏、10机械臂。

具体实施方式

本发明采用基于可编程逻辑控制器的图书馆借还书控制系统。PLC控制驱动器，从而控制电机按照编码器读数进行动作，同时可编程逻辑控制器PLC与上位机进行通信交互，上位机与扫码机和触摸屏进行信息交互得知取还书的具体信息。

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图对对发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，本发明的图书馆借还书控制系统，包括可编程逻辑控制器PLC1、电源模块2、驱动器3、电机本体4、编码器5、接近开关6、扫描枪7、软件控制模块8、触摸屏9、机械臂10，其中可编程逻辑控制器PLC1分别与驱动器3、编码器5、接近开关6、软件控制模块8、触摸屏9相连，驱动器3还与电机本体4相连，电机本体4还与机械臂10相连，软件控制模块8还与扫描枪7相连，电源模块2为可编程逻辑控制器1与驱动器3供电。

本发明的借书与还书流程如下:在借书的过程中只需要在触摸屏上点击所需要的书目，触摸屏发指令给可编程逻辑控制器PLC，PLC与上位机进行信息交互，确定所需要图书的所有位置，当找到书目位置时软件控制模块会将位置信息发送给PLC，可编程逻辑控制器PLC向驱动器发送信号，驱动器控制电机带动机械臂运动，将用户所需书目取至出书口；

还书过程中，扫描枪通过扫描书目上的条形码把图书信息传递给软件控制模块，然后软件控制模块传输控制信息给可编程逻辑控制器，然后可编程逻辑控制器PLC向驱动器发送信号，驱动器控制电机，电机根据编码器读数来进行移动至接近开关返还书目到达指定位置的指令到可编程逻辑控制器，PLC控制电机停止工作。

1、可编程逻辑控制器

采用可编程存储器，用于处理数字运算和逻辑运算，其内部存储执行逻辑运算，顺序运算，计数，定时和算术运算的操作指令；可编程逻辑控制器具有多种程序设计语言，包括梯形图语言，功能模块图语言和结构化语句描述语言，梯形图语言直观易懂，为不熟悉系电子电路，计算机原理，汇编语言的人员提供了方便，而结构性语句是相对高级的程序语言，相比于梯形图而言使用上更为灵活，实现功能更全。

PLC实质上是工业计算机，是计算机技术与传统继电-接触器控制技术相结合的产物。从硬件结构上看，PLC主要有中央处理单元CPU、存储器ROM/RAM、输入/输出部件I/O部件、通信接口、电源和编程器组成；从逻辑结构看，PLC以CPU为核心，通过各种总线与输入信号模块、输出信号模块、接口模块、通信处理器模块、功能模块以及其他模块共同构成PLC控制系统。高校自助图书馆系统的下位机模块众多，下位机控制中心不仅需要需要与上位机进行实时交互，还有接受其他传感器模块输入的信号进行实时分析，选择何种形式的控制产品需要综合考虑，需要满足产品性能高效、系统运行稳定、成本低廉、易于开发、便于维护等要求。本系统选用松下FPX C40T系列小型PLC，其具有以下功能特点：1、高速运算能力。通过配备32位RISC处理器，实现了小型PLC的超高速运算处理，5000步※1的扫描时间不足2ms；2、具备大容量的程序存储器。满足了适应通信、位置控制、模拟量控制等不断扩大的功能需求，为后期的设备改造也提高了充足的程序容量；3、提供了独立的注释存储器。FP-X中配备了独立的注释存储器，所有注释均可与程序一起存储至PLC内，因此便于对程序进行管理，便于维护；4、广泛的扩展性I/O最多300点。可通过功能扩展插件，使扩展范围更进一步扩大也可控制成本；5、支持多种通讯方式。通过使用通信插件，完美支持Ethernet、Modbus-RTU等通讯协议。

如图2所示，PLC的扫描过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入端子状态存入内存中各对应的输入映像寄存器，此时，输入映像寄存器被刷新；在程序执行阶段，PLC按照先左后右，先上后下的顺序对每条指令进行扫描，当指令设计输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器中“读入”对应输入映像寄存器的当前状态，然后进行相应的运算，将运算结果再存入内部映像寄存器中；输出刷新阶段，在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有输出继电器的状态在刷出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。

2、编码器模块

本文选用的是多圈绝对值型编码器。其输出时序图如图3所示。该编码器总共输出22位，前12位为圈数，后10位为单圈线数。采用的是SSI接口，其位置值在控制器发出的时钟脉冲信号下，由高有效位开始同步传输。在时钟脉冲信号的首个上升沿，当前位置值被送出。在时序图中，编码器在接收到主控制器发送的第一个时钟下降沿时开始准备数据，t0表示从设备准备好可以发送的数据所需要的时间，该时间越短，则代表所使用器件运算速度越快，SSI通信对时序的要求是t0≥0.5us。T是一个时钟周期，要求1us≤T≤10us，t2表示设备接收时钟上升沿后发送数据的延迟，要求t2≤0.2us，t1表示数据中断信号，从设备接收到的高电平大于t1时，结束数据传输，要求t1≥30us。

3、电机模块

本系统选用的为伺服电动机，伺服电机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

如图4所示，伺服电机是一个典型闭环反馈系统，减速齿轮组由电机驱动，其终端输出端带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服电机精确定位的目的。

4、软件控制模块

本发明的软件控制模块的开发使用C++Builder，C++Builder优化的32位原码编译器建立在Borland公司久经考验的编译技术基础之上，提供了高度安全性、可靠性、快速性的编译优化方法，完全编译出原始机器码而非中间码，软件执行速度大大提高。在编译和连接过程中，C++Builder自动忽略未被修改的原代码和没有使用的函数，从而大大提高了编译和链接速度。C++Builder的CPU透视工具包括五个独立的小面板，可以对正在运行程序从内部进行深层次的了解。另外C++Builder还提供了一个专业开发环境所必需的命令行工具，以帮助建立C++程序或者准备编译和连接的程序进行更精细的控制。

C++Builder可以编译所有符合ANSI/ISO标准的原代码，支持最新ANSI C++/C语言特征：模板、异常、运行类型信息等，另外它还可以使用标准C++库且支持标准模板库STL，以前的所有C++/C原代码可以不经过修改，直接移植到C++Builder环境下来。C++Builder完全支持32位长文件名、多线程程序设计，且允许程序员直接调用任NT API函数。

C++Builder的集成开发环境提供了可视化窗体设计器、对象观察器、控件板、工程管理器、集成编辑器和调试器等一系列可视化快速应用程序开发RAD工具，让程序员可以很轻松地建立和管理自己的程序和资源。

5、触摸屏模块

Kinco HMIware组态编辑软件是上海步科自动化有限公司KincoElectricShanghaiLts为MT4000/5000系列HMI开发的专用人机界面组态编辑软件。该软件为用户提供了一个强大的集成开发环境。

在本系统中用户使用时用户首先轻触一下触摸屏，退出屏保界面，同时把自己所需要借阅书全选后放入借书车内类似于淘宝的购物车，点击确认按钮，这时触摸屏发指令给PLC，PLC与上位机进行信息交互，确定所需要图书的所有位置，当找到书目位置时软件控制模块会将位置信息发送给PLC，从而PLC控制电机动作，将用户所需书目取至出书口，界面显示取书完成，3s后自动跳转至初始界面供下一位借阅者者使用，用户取书结束。

如图5所示，程序首先对整个控制系统进行初始化设置。初始化模块主要包括：时钟、I/O的设置，并行接口的基本配置及初始化，AD转换的基本配置及初始化，数据结构设计及初始化等。

在初始化完成后，控制系统打开端口开始接收上位机指令。待确认指令接收完成后，将已经接收到完整的数据转存至其他变量区，防止再次重复接收其他数据。等待数据转存结束后，分析接收到的指令，如果指令起始位或长度不正确，向上位机反馈接收异常的消息，如果是正确的指令，根据指令类型开始自检、借书或者还书程序的执行。

在执行动作完成后，确认是否关闭，不关闭则继续等待上位机发送指令，进行下一个周期，关闭则结束整个流程。

6、电源模块

电源模块包括用于给可编程逻辑控制器PCL的供电电源，该电源是将外部输入的交流电转换后转换成满足CPU、存储器、输入/输出接口内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。

Claims (6)

1.一种图书馆借还书控制系统,其特征在于，包括可编程逻辑控制器(1)、电源模块(2)、驱动器(3)、电机本体(4)、编码器(5)、接近开关(6)、扫描枪(7)、软件控制模块(8)、触摸屏(9)、机械臂(10)，其中可编程逻辑控制器(1)分别与驱动器(3)、编码器(5)、接近开关(6)、软件控制模块(8)、触摸屏(9)相连，驱动器(3)还与电机本体(4)相连，电机本体(4)还与机械臂(10)相连，软件控制模块(8)还与扫描枪(7)相连，电源模块(2)为可编程逻辑控制器(1)与驱动器(3)供电；

通过扫描枪(7)扫描书目上的条形码或点击触摸屏(9)来获取图书信息后把图书信息传递给软件控制模块(8)，软件控制模块(8)传输控制信息给可编程逻辑控制器(1)，可编程逻辑控制器(1)向驱动器(3)发送信号来控制电机(4)根据编码器(5)的读数来移动，当电机(4)带动机械手(10)移动至指定位置对应的接近开关(6)时，接近开关(6)发送达到指定位置的指令给可编程逻辑控制器(1)，可编程逻辑控制器(1)控制电机(4)停止工作。

2.根据权利要求1所述图书馆借还书控制系统,其特征在于，所述可编程逻辑控制器(1)采用可编程存储器，用于处理数字运算和逻辑运算，其内部存储执行逻辑运算，顺序运算，计数，定时和算术运算的操作指令。

3.根据权利要求1所述图书馆借还书控制系统,其特征在于，所述可编程逻辑控制器(1)具有多种程序设计语言，包括梯形图语言，功能模块图语言和结构化语句描述语言。

4.根据权利要求1所述图书馆借还书控制系统,其特征在于，所述软件控制模块(8)使用C++Builder，C++Builder为可视化的开发环境，支持标准C++/C语言，编译后直接得到机器码。

5.根据权利要求1所述图书馆借还书控制系统,其特征在于，所述电源模块(2)包括用于给可编程逻辑控制器(1)的供电电源，该电源是将外部输入的交流电转换后转换成满足CPU、存储器、输入/输出接口内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。

6.根据权利要求1所述图书馆借还书控制系统,其特征在于，所述触摸屏(9)用于将借书信息通过接口与上位机信息交互从而控制可编程逻辑控制器(1)控制电机动作，到达指定借还书位置。