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新型智能钢印机的设计及实现
作者:成都理工大学 刘念聪 王银芝 孙未
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金融/办公设备展厅
计算器, 点钞机, 装订机, 考勤机, ...
摘 要:钢印机是办公设备中的一个重要组成部分,在目前实际应用中,一般都采用手动钢印机。为了提高办公自动化水平,设计出了一种新型的基于单片机技术的智能钢印机。它集光、机、电于一体,可实现自动盖章、工作频率可调、动态显示以及自动计数等功能,具有智能性、自动化、稳定可靠等优点,有着非常重要的应用和推广价值。
关键词:自动盖章;光机电一体化;单片机;电子继电器;牵引电磁铁

1 引言

现代社会,随着科学技术的发展,办公自动化程度的提高,人们对办公设备的要求也越来越高。钢印机在其中有着非常重要的地位,特别是在一些证件发放部门如大专院校、工厂企业、行政机关等在一定时期内都要印制大量证件。而目前使用的钢印机均为“手动钢印机”,不但操作强度大、效率低,而且存在着钢印质量不稳定、字迹不清晰等缺陷。因此,研制了基于光机电一体化技术的智能型钢印机,可以实现自动盖章、工作频率和行程可调、准确定位、自动计数和动态显示的功能,具有智能性,自动化,印痕清晰、均匀,稳定可靠,易于拆装和维修的特点,大大地提高了办公自动化水平。

2 结构及原理

智能钢印机主要有打印头装置、机身、支杆、摆杆、连接结和连接栓等部件以及电气系统和控制系统组成,如图1所示。

2.1钢印机的工作原理
其工作原理为:当电磁铁4通电时,衔铁被吸引上升,拉动摆杆7右侧部分向上摆动,在支杆5(即支点)的作用下,摆杆7的另一侧向下运动,从而推动上印章11向下运动,当上下印章与纸张接触并产生5 kg左右的相互作用力时,印章过程即可完成。

2.2 工作部件的设计及选择

2.2.1 动力元件

为了能使印章清晰均匀,智能钢印机采用了MQ2-5N-6121型牵引电磁铁作为动力元件,其性能参数如表1所示。且可以根据纸张的厚度来调整摆杆的左侧长度,从而取得满意的印章效果。

2.2.2 精确定位

在底座上安装了在X、Y轴方向上均可锁定的滑动标尺,在标尺外侧的底座上刻有精度为1 mm的刻度尺,在处理盖章任务时,使其能方便定位,取得很好的盖印效果。

2.2.3 行程可调

为了针对厚度不同的证件和机构便于拆装维修,在连接结和连接栓部分进行了精心设计,连接节2有一通孔,利用连接栓在通孔两侧的螺母进行锁定。实现行程的可调。

2.2.4 材料选用

从保证结构强度和节约成本的角度出发,底座1采用铸钢,支架2采用电焊钢管,其余部件均采用45号钢。

3 控制系统

3.1 硬件结构及工作原理

3.1.1 工作原理

控制电路中有一联动开关,对应着不同的工作频率,操作者可根据需要选用进行工作。当有纸张放进工作台上、下印章之间时,下印章12侧的发光二极管发出的光被遮挡,上印章11的光敏二极管即产生一个电动势,经放大器LM324的放大后,向单片机AT89C2051申请中断,单片机响应中断后,P1.0产生一个高电平,经放大器7406放大后,驱动JGX1F型交流电子继电器接通,从而使得MQ2-5N-6121型电磁铁工作。其控制电路如图2所示。

3.1.2 单片机

鉴于单片机I/O口线利用较少和系统控制的特点,CPU选用了ATMEL公司的AT89C2051单片机为其核心,其有20个PIN PDIP/SOIC包装,具有2K Bytes可重复规划的闪存(Reprogrammable Flash Memory)可写入/抹除1000次以上,操作电压范围:2.7~6 V,15个可双向和独立寻址的I/O线(缺少P0、P2和P3.6),直接LED驱动输出(沉入20 mA)等特点,且具有较强的抗振动和抗干扰能力,用其Flash ROM作系统程序的存储器。

3.1.3 检测电路

检测电路主要有光敏传感器,LM324放大器,反馈电阻R5等组成。系统中,光敏传感器采用国产2CU1A型光敏二极管,具有线性好、响应速度快、噪声低(对宽范围波长的光具有较高的灵敏度)、小型轻量以及耐振动与冲击等优点。其性能参数如表2所示。

3.1.4 执行电路

执行电路有放大器7406、JGX1F型电子继电器、MQ2-5N-6121型电磁铁以及双向可控硅等组成。电子继电器,又名固体继电器(Solid State Relay)或固体功率放大器,是一种无触点型电子开关。当加上触发信号时,P3.0输出高电平1,电子继电器主回路呈导通状态。在控制回路与负载回路之间具有电隔离,无机械触点,和电磁继电器有一样的功能,具有工作可靠、寿命长、对外界干扰小、抗干扰能力强、开关速度快及过零功能的特点。系统采用了北京科通电子继电器总厂生产的JGX1F型AC-SSR,其性能参数如表3所示。

3.1.5 程序运行监控系统(WATCHDOG)

为了提高系统的抗干扰性,防止程序进入死循环,系统采用计数器构成的WATCHDOG电路。将555接成一个多谐振荡器,周期为t0,将74LS93接成16进制计数器,当数到第八个脉冲时,QD端变成高电平单片机用P3.7输出清零脉冲,只要每次清零脉冲的时间间隔短于8个脉冲周期,计数器就永远计不到8,QD端保持低电平。当CPU受干扰而掉入死循环时,就不能送出复位脉冲了,计数器很快数到8,QD端立即变为高电平,经过微分电路C2,R3输出一个正脉冲,使CPU复位。该电路CPU复位信号有三个:上电复位(C1,R1),人工复位(KA,R2,R3)和WATCHDOG复位(C2,R3)通过或门综合后加到RESET端。74LS93的清零信号为高电平,为防止CPU掉入死循环前将P3.7变为高电平而使WATCHDOG失效,故在P3.7和计数器的清零端之间加一个微分隔离电路。

3.1.6 显示部分

系统选用4只七段共阳LED数码管、9015三极管和电阻等组成显示电路。系统检测信号经AT89C2051单片机处理后通过P1口直接驱动LED数码管,LED显示已盖章的证件数目。另外,选用一个红色发光二极管作为电源指示灯。

3.2 软件设计

系统软件采用汇编语言编制,包括主程序和中断巡回检测子程序、动态显示子程序。主程序的功能是完成系统自检,系统初始化。系统初始化包括硬件初始化和软件初始化,后者包括对中断的安排,系统时钟的初始化,堆栈的设置,状态变量的初始化等。
3.2.1 中断巡回检测程序

其流程如图3所示。

3.2.2 抗干扰程序
由于单片机系统工作在电磁铁的强磁场附近区域,承受强大的干扰,系统除了应用WATCHDOG监控系统外,还采用了软件抗干扰措施—陷阱技术.当CPU受到干扰后,往往将一些操作数当作指令码来执行,引起程序混乱。这时首先要尽快将程序纳入正轨(执行真正的指令系列)。为了对付弹飞的程序自动形成的死循环,系统设立了软件陷阱,将其安排在程序区、表格、未使用的ROM区和未使用的中断向量区。由于软件陷阱都安排在正常程序执行不到的区域,故不会影响程序的执行效率。

4 结论

智能型钢印机是各类证件发放部门必备办公自动化设备,经过反复试验和实际使用,盖章效果达到了设计和用户所预期要求,字迹清晰、整齐,深浅均匀,符合有关部门拓印的规定。有着非常广阔的市场前景。

参考文献:
[1]陈如全. 实用微机与单片机控制技术[M]. 成都:电子科技大学出版社,1993.
[2]胡汉才. 单片机原理及其接口技术[M]. 北京:清华大学出版社,1996.
[3]成大先.机械设计手册[M]. 第三版. 北京:化学工业出版社,2000.
[4]辛淑华. 现代机电工程测试技术[M]. 广州:华南理工大学出版社,2001.(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (3/13/2005)
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佳工网友 JBB (Email) 于7/9/2007 10:01:00 AM评论说:
请回答我并发到我的邮箱好吗?
佳工网友 JBB (Email) 于7/9/2007 10:00:00 AM评论说:
就是盖的章上面有自动的编号吗?
佳工网友 JBB (Email) 于7/9/2007 9:56:00 AM评论说:
它能自动编号并盖章呢?


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