学海网

毕业设计-图书馆书籍自动存取机器人的设计和实现—整体平台搭建与硬件结构设计，共40页，13782字，附开题报告等
中文提要
鉴于目前图书馆的书籍管理工作主要还依赖人工管理，以及一些简单的机器辅助人工作业，仍没有做到全自动化智能化的图书管理工作，本文主要研究并构建一种基于RFID技术的智能机器人来实现智能图书归还平台系统，用以代替传统的人力劳动方式，简化书籍的管理工作。
本文研究了RFID(Radio Frequency Identification)技术在智能归还图书平台系统中的应用。RFID是一种无线射频识别技术，它是自动识别技术的一种。它拥有识别速度快，非接触式，可通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据的优点。
本文研究了智能归还图书平台系统的控制设计、驱动设计、传感器设计、代码设计等模块。控制模块部分由Arduino核心开发板接受pc端指令，控制其他外设功能。驱动模块部分使用双H桥直流驱动板控制供电、转速与扭矩。传感器模块部分主要应用Mini红外传感器完成平台的定位工作。
本文在图书馆书籍自动存取机器人项目中，主要进行硬件的设计及构建方面的研究。以平台能够自动完成对选定书籍存取和运送功能为目的设计该系统的硬件部分。最终构建完成的平台，主要以“平台横向运输装置”、“旋转书槽”和“书籍纵向运输装置”三个部分组成，分别完成平台的横向运动、书籍的装卸和书籍的存取功能。
本系统的优点是：在人力资源越来越昂贵的今天，综合RFID技术和机器人技术设计实现了自动化的图书存取管理系统，不但能够节省大量人力成本，而且可以很大程度上提高图书馆的工作效率。
关键词：人工智能；机器人；RFID；智能图书归还

目 录
1. 绪论 7
1.1. 研究背景与意义 7
1.2. 图书归还研究现状与发展 8
1.3. 智能图书存取系统的核心技术 8
1.3.1. 红外传感技术 8
1.3.2. RFID射频识别技术 8
2. 书籍自动存取机器人总体设计 10
3. 硬件架构和平台搭建 11
3.1. 控制模块 11
3.1.1. Arduino核心开发板 11
3.1.2. 传感器扩展板 12
3.2. 驱动模块 12
3.2.1. 双H桥直流电机驱动板 12
3.2.2. 驱动板的使用 13
3.3. 传感器模块 15
3.3.1. Mini红外传感器 15
3.3.1.1. 红外基础原理 15
3.3.1.2. Mini红外传感器介绍 16
3.3.2. RFID 射频识别 18
3.3.2.1. MF-RC522 非接触式读卡模块 18
3.3.2.2. Mifare 非接触式智能卡 18
3.4. 整体硬件平台的搭建 19
3.4.1. 平台整体设计 19
3.4.2. 主要材料及工具 19
3.4.3. 硬件平台的基本结构 20
3.4.4. 平台横向运输装置 21
3.4.5. 旋转书槽 22
3.4.6. 书籍纵向运输装置 23
3.5. 平台整体工作流程 25
4. 软件编程实现 26
4.1. 软件需求分析 26
4.2. 编程环境介绍 26
4.2.1. Arduino语言介绍 26
4.2.2. Java Swing 语言介绍 27
4.3. 核心动作与控制 28
4.4. 取书流程 29
4.5. 还书流程 30
4.6. SPI接口介绍 31
4.6.1. SPI接口概况 31
4.6.2. SPI类的使用 32
4.7. RFID识别的实现 33
4.7.1. RIFD的寻卡 33
4.7.2. RIFD的选卡和读卡 34
5. 项目总结与展望 37
5.1. 项目总结 37
5.2. 项目未来展望 37
参考文献 38
致 谢 39

主要内容
硬件部分：
在整体硬件方面主要分为控制、传动、识别三个部分。
控制方面：计划选择Arduino开发板。Arduino是一块基于开放源代码的
USB接口Simple I/O 接口板，它有很强的拓展性，语言简单，同时他还有十分丰
富的外设支持。
传动方面：我们提出过多种设计模式，包括轮式驱动，履带驱动等等，但
是经过分析和筛选后，我们采用了丝杠驱动，它的优点的移动稳定，定位精确
，动力充足。而其他两种驱动方式，轮式驱动的最大的弊端在于它的不可控性
，而履带驱动实现起来比较困难而且固定起来非常麻烦。
识别方面：我们在识别方面首要需要解决的问题是对空隙以及距离的检测
。在这一方面通常来说有三个比较普遍的方法。
第一个方法是激光测距，它的特点是具有直线性好，发散角小、能量集中
等。从测量原理通常分为三种：脉冲法、相位法、三角法。不同的测量方法具
有不同的适用领域。脉冲法（包括飞行时间法）由激光发生源发射一个激光脉
冲，当激光脉冲遇到物体时反射到发生源。测量激光发射时刻到接收时刻之间
的时间间隔，再除以光束，即可以计算出起点到目标距离；脉冲法通常用于远
距离大量程测量，测量距离从几百米到几公里，测量精度通常在厘米-分米，测
量时间短。相位法由发射源发射连续脉冲波，通过计算发射波和接收波间相位
差，从而计算距离；相位法通常用于近距离测量，测量距离从几十厘米到几十
米，测量精度通常可达毫米，测量时间比较长。三角法由发射源发射一束激光
，激光遇到目标物后反射到接收端。发射点，目标物，接收点构成一个三角形
，通过测量三角形角度，可以测量出仪器到目标距离。三角法通常用于非常近
距离测量，测量距离通常在几十毫米，测量精度可以达到微米级，测量时间非
常短。根据原理只有三角法的测距仪能够满足要求，但是激光测距仪有很昂贵
......