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1、 一种基于STM32的快递包裹六面扫码装置 孙会泽，吴蓬勃，张金燕，王拓，南陪钧，于逸龙，刘慧，刘涛（1.石家庄邮电职业技术学院，河北石家庄，050021；2.河北工程技术学院，河北石家庄，050091）0 引言随着电商与互联网技术的飞速发展，快递包裹的业务量激增，这对快递分拣效率提出了更高要求13。交叉带分拣机作为快递分拣中心的核心装备，对快递业提质增效起着关键作用。在交叉带分拣机的供包环节，需要大量的人力完成包裹扫码上车工作，人工成本高，供件效率低，与高速运转的分拣机不相匹配。本装置可以代替人工完成包裹扫码工作，通过翻转机构和旋转台，在2台相机的配合下，完成包裹六面扫描，获取包裹条码信息，
2、提高供件效率。与现有大型六面扫码设备相比，本装置具有更低的成本，而且更加适配分拣机供包的场景。1 系统总体设计系统架构如图1所示。翻转板A和B通过中间轴进行连接，分别由2台电机控制。翻转板A上面有一个360度旋转台。在翻转板A和B的两侧分别有D1和D2两个位置传感器，检测两个翻转板的位置。在垂直方向有一台侧面扫码相机，可在旋转台的配合下，对包裹四个侧面进行条码扫描。在顶部有一台正反面扫码相机，可以在翻转板A和B的配合下，完成包裹正反面的条码扫描。两侧的传输带分别完成包裹的送入和输出，如果包裹六面都未扫到条码，则通过拨杆装置，送入人工核验箱。图1 系统架构图2 硬件设计系统硬件组成，如图2所示。
3、STM32通过两路串口分别连接两台扫码相机，通过中断引脚连接两个红外感应位置传感器A和B，通过GPIO控制拨杆动作，通过PWM接口连接步进电机驱动模块，分别驱动翻转电机A、B以及旋转电机C；其扫描结果通过CAN总线传送到中控计算机。图2 系统硬件组成2.1 STM32最小系统STM32最小系统（如图3所示）以STM32F103RET6为核心，该芯片采用Cortex-M3内核，72MHz主频，内置512K Flash和64K SRAM，配有4路通用16位定时器、两路PWM定时器、5路USART和1路CAN控制器。图3 STM32最小系统STM32F103RET6通过USART1和USART2连接
4、两路扫描相机；内部定时器通过GPIO口PB7、PA6和PB10输出PWM脉冲，在使能引脚Mx_EN和方向控制引脚Mx_DIR的配合下，控制三路步进电机驱动电路，进而控制翻转电机A、B和旋转电机C的运动状态。2.2 步进电机驱动电路步进电机驱动电路以TB67S109A为核心，如图4所示。TB67S109A是具备PWM斩波器的双极步进电机驱动器，可通过PWM控制步进电机运动，允 许 全 步、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32步运行，内置错误检测电路、热关断、过流关断和上电复位。图4 步进电机驱动电路46为防止驱动电路对STM32的干扰，STM32的方向引脚DIR、使能引脚EN和步进脉冲引脚
5、PWM分别通过光耦TLP521和6N137送入TB67S 109A。由于脉冲PWM信号为高频信号，所以采用了10Mbit/s的高速光耦6N137。TB67S109A的39、46、47引脚为细分引脚，用于设置步进电机的细分值，通过拨码开 关SM1进 行 设 置；7、8、29、30引脚用于电流采样，可以通过采样电阻R11和R12和基准电压Vref，设置峰值输出电流值Iout，计算公式为：Iout=Vref/5/RS，其中RS为采用电阻；10、11、16、17、20、21、26、27引脚连接电机绕组A相和B相，向步进电机输出电流，驱动电机运动。图5 为步进电机驱动电路的低功耗管理电路，74HC123
6、D为单稳态触发器，当2脚1B有脉冲信号时，触发器输出13脚1Q为高电平，电阻R35与R36并联，然后与RP1分压；当2脚1B没有脉冲信号时，触发器输出13脚1Q为低电平，电阻R35与RP1并联，然后与R36分压，Vref电压变低，从而降低TB67S109A峰值输出电流Iout，进而实现在无脉冲信号输入时，降低驱动电路功耗的目标。图5 低功耗管理电路2.3 CAN总线通信电路CAN总线通信电路如图6所示，采用了NXP公司的第三代高速、低功耗CAN收发器TJA1042，传输速率可达1Mbit/s；在电流极低的待机模式，可以通过主机总线唤醒。在图6中，TJA1042的1脚和4脚连接STM32的CAN
7、接口；8脚STB为待机模式控制输入，当STB接低电平时为正常模式，接高电平时进入待机模式；5脚VIO为IO电平适配器，允许与供电压35V的MCU直接连接。图6 CAN总线通信电路3 软件设计系统软件流程如图7所示。传输带将包裹送入装置后，位置传感器会检测到包裹，触发STM32外部中断，STM32控制顶部相机进行扫码，如果检测到条码，则将扫描结果通过CAN总线传输到中控计算机，然后通过翻转电机将包裹倾倒在输出传输带上，准备进入分拣环节。如果顶部相机未扫描到条码，则STM32控制旋转电机运动，开启侧面条码扫描，如果检测到条码，则传输结果到中控计算机；如果包裹旋转一周都未扫描到条码，则STM32控制
8、翻转电机对包裹进行翻转，顶部相机对包裹底面进行扫描。如果六个面都未扫描到条码，则包裹送到输出传送带后，STM32控制拨杆将包裹拨动到人工核验箱，等待人工核验。图7 软件流程图驱动步进电机运转，需要脉冲信号，通过脉冲频率调整电机速度，通过脉冲数量控制步进电机旋转角度。通过STM32输出PWM脉冲，一般通过定时器中断实现78，但这样会占用大量的MCU资源，尤其是多路PWM脉冲的输出。为实现三路步进电机的高效控制，本系统采用定时器TIM+DMA方式驱动步进电机。定时器通过GPIO口输出频率可调的PWM信号，控制步进电机运动速度；通过DMA设置输出的脉冲数量，控制步进电机旋转角度。下面以旋转步进电机驱
9、动为例，详细讲解STM32采用TIM+DMA方式输出有限数量PWM波形的方法。旋转电机的PWM驱动GPIO为STM32的PB10口，通过GPIO重映射，可映射到定时器2的通道3，即：TIM2_CH3。定时器2初始化的步骤如下：（1）开启外设时钟，包括：定时器TIM2，GPIOB，以及复用时钟AFIO。由于PB10默认复用功能不是TIM2_CH3，所以需要进行GPIO重映射：GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap2_TIM2,ENABLE)。（2）配置GPIO口模式：配置PB10为复用推挽模式GPIO_Mode_AF_PP，配置步进电机方向和使能引脚PB9和P
10、B10为输出推挽模式GPIO_Mode_Out_PP。（3）配置定时器2基础参数，包括：重装载值、预分频值、计数模式等。本系统设置分频后的频率为100kHz，计数值为100，即输出PWM频率为1kHz。（4）配置定时器2输出比较参数，包括：PWM输出比较模式设置，占空比设置为50%，配置TIM2与DMA对应的通道，使能TIM2等。定时器2通道3TIM2_CH3对应DMA1的通道1。DMA的配置部分，主要负责建立内存数组send_buf到定时器2自动重装载值TIM2-ARR的通道。通过设置send_buf数组中连续非零值元素的数量，可以控制输出脉冲的个数，从而可以准确控制电机旋转角度。图8为STM32的PB10口输出的PWM波形图。图8 STM32输出的PWM波形图4 总结本文基于STM32设计了一款快递包裹六面扫码装置。通过STM32控制三路步进电机，对包裹进行旋转和翻转，在顶部和侧面扫码相机的配合下，对快递包裹的六面进行扫描，获取条码信息，通过CAN总线传输到中控计算机。从而代替人工完成快递包裹条码扫描，助力快递分拣中心提速增效。 -全文完-
