新型智能钢印机

刘念聪　王银芝　孙　未

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，我们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、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。

结构及原理

该机主要有打印头装置、机身、支杆、摆杆、连接结以及连接栓等部件以及电气系统和控制系统组成，示意图如图1所示。

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5kg左右的相互作用力时，印章过程即可完成。

工作部件的设计及选择

动力元件为了能使印章清晰均匀，该机采用了MQ2-5N-6121型牵引电磁铁作为动力元件。

且其可以根据纸张的厚度来调整摆杆的左侧长度，从而使其取得满意的印章效果。

精确定位 该机在底座上安装了在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1mm的刻度尺，该结构在处理盖章任务时，使其能方便定位，取得很好的盖印效果。

行程可调 为了针对厚度不同的证件和机构便于拆装维修，该机在连接节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。

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

控制系统

硬件结构及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。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，上印章侧11的光敏二极管即产生一个电动势，经放大器LM324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。

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。

检测电路 检测电路主要由光敏传感器、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。

执行电路执行电路由放大器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。当加上触发信号时，P3.0输出高电平，电子继电器主回路呈导通状态。系统采用JGX1F型AC-SSR电子继电器。

程序运行监控系统

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8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有上电复位（C1、R1）、人工复位（KA、R2、R3）和WATCHDOG复位（C2、R3）三个复位信号。通过或门后加到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，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。

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。

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。中断巡回检测程序如图3所示。

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、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。