新型智能鋼印機(jī)

劉念聰　王銀芝　孫　未

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，辦公自動(dòng)化程度的提高，人們對(duì)辦公設(shè)備的要求也越來(lái)越高。鋼印機(jī)有著非常重要的地位，特別是在一些證件發(fā)放部門(mén)，如大專(zhuān)院校、工廠企業(yè)、行政機(jī)關(guān)等在一定時(shí)期內(nèi)都要印制大量證件。而目前使用的鋼印機(jī)均為“手動(dòng)鋼印機(jī)”，不但操作強(qiáng)度大、效率低，而且存在著鋼印質(zhì)量不穩(wěn)定、字跡不清晰等缺陷。因此，我們研制了基于光機(jī)電一體化技術(shù)的智能型鋼印機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蓋章、工作頻率和行程可調(diào)、準(zhǔn)確定位、自動(dòng)計(jì)數(shù)和動(dòng)態(tài)顯示的功能，具有智能性、自動(dòng)化、印痕清晰、穩(wěn)定可靠、易于拆裝和維修的特點(diǎn)，大大地提高了辦公自動(dòng)化水平。

結(jié)構(gòu)及原理

該機(jī)主要有打印頭裝置、機(jī)身、支桿、擺桿、連接結(jié)以及連接栓等部件以及電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，示意圖如圖1所示。

其工作原理為：當(dāng)電磁鐵4通電時(shí)，銜鐵被吸引上升，拉動(dòng)擺桿7右側(cè)部分向上擺動(dòng)，在支桿5（即支點(diǎn)）的作用下，擺桿7的另一側(cè)向下運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)上印章11向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)上下印章與紙張接觸并產(chǎn)生5kg左右的相互作用力時(shí)，印章過(guò)程即可完成。

工作部件的設(shè)計(jì)及選擇

動(dòng)力元件為了能使印章清晰均勻，該機(jī)采用了MQ2-5N-6121型牽引電磁鐵作為動(dòng)力元件。

且其可以根據(jù)紙張的厚度來(lái)調(diào)整擺桿的左側(cè)長(zhǎng)度，從而使其取得滿意的印章效果。

精確定位 該機(jī)在底座上安裝了在X、Y軸方向上均可鎖定的滑動(dòng)標(biāo)尺，在標(biāo)尺外側(cè)的底座上刻有精度為1mm的刻度尺，該結(jié)構(gòu)在處理蓋章任務(wù)時(shí)，使其能方便定位，取得很好的蓋印效果。

行程可調(diào) 為了針對(duì)厚度不同的證件和機(jī)構(gòu)便于拆裝維修，該機(jī)在連接節(jié)和連接栓部分進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，連接節(jié)2有一通孔，利用連接栓在通孔兩側(cè)的螺母進(jìn)行鎖定。實(shí)現(xiàn)行程的可調(diào)。

材料選用 從保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和節(jié)約成本的角度出發(fā)，該機(jī)底座1采用鑄鋼，支架2采用電焊鋼管，其余部件均采用45號(hào)鋼。

控制系統(tǒng)

硬件結(jié)構(gòu)及工作原理控制電路中有一聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān),對(duì)應(yīng)著不同的工作頻率，操作者可根據(jù)需要選用。當(dāng)有紙張放進(jìn)工作臺(tái)上下印章之間時(shí)，下印章12側(cè)的發(fā)光二極管發(fā)出的光被遮擋，上印章側(cè)11的光敏二極管即產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)放大器LM324放大后，向單片機(jī)AT89C2051申請(qǐng)中斷，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，P1.0產(chǎn)生一個(gè)高電平，經(jīng)放大器7406放大后，驅(qū)動(dòng)JGX1F型交流電子繼電器接通，從而使得MQ2-5N-6121型電磁鐵工作。其控制電路如圖2所示。

單片機(jī)鑒于單片機(jī)I/O口線利用較少和系統(tǒng)控制的特點(diǎn)，CPU選用了ATMEL公司的AT89C2051單片機(jī)。

檢測(cè)電路 檢測(cè)電路主要由光敏傳感器、LM324放大器、反饋電阻R5等組成。系統(tǒng)中，光敏傳感器采用國(guó)產(chǎn)2CU1A型光敏二極管。

執(zhí)行電路執(zhí)行電路由放大器7406、JGX1F型電子繼電器、MQ2-5N-6121型電磁鐵以及雙向可控硅等組成。當(dāng)加上觸發(fā)信號(hào)時(shí)，P3.0輸出高電平，電子繼電器主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)。系統(tǒng)采用JGX1F型AC-SSR電子繼電器。

程序運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)

為了提高系統(tǒng)的抗干擾性，防止程序進(jìn)入死循環(huán)，系統(tǒng)采用計(jì)數(shù)器構(gòu)成的WATCHDOG電路。將555接成一個(gè)多諧振蕩器，周期為t0，將74LS93接成16進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)數(shù)到第8個(gè)脈沖時(shí)，QD端變成高電平，單片機(jī)用P3.7輸出清零脈沖，只要每次清零脈沖的時(shí)間間隔短于8個(gè)脈沖周期，計(jì)數(shù)器就永遠(yuǎn)計(jì)不到8，QD端保持低電平。當(dāng)CPU受干擾而掉入死循環(huán)時(shí)，就不能送出復(fù)位脈沖了，計(jì)數(shù)器很快數(shù)到8，QD端立即變?yōu)楦唠娖?，?jīng)過(guò)微分電路C2、R3輸出一個(gè)正脈沖，使CPU復(fù)位。該電路CPU有上電復(fù)位（C1、R1）、人工復(fù)位（KA、R2、R3）和WATCHDOG復(fù)位（C2、R3）三個(gè)復(fù)位信號(hào)。通過(guò)或門(mén)后加到RESET端，74LS93的清零信號(hào)為高電平，為防止CPU掉入死循環(huán)前將P3.7變?yōu)楦唠娖?，使WATCHDOG失效，故在P3.7和計(jì)數(shù)器的清零端之間加一個(gè)微分隔離電路。

顯示部分系統(tǒng)選用4只七段共陽(yáng)LED數(shù)碼管、9015三極管和電阻等組成顯示電路。系統(tǒng)檢測(cè)信號(hào)經(jīng)AT89C2051單片機(jī)處理后通過(guò)P1口直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，LED顯示已蓋章的證件數(shù)目。另外，選用一個(gè)紅色發(fā)光二極管作為電源指示燈。

軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件采用匯編語(yǔ)言編制，包括主程序和中斷巡回檢測(cè)子程序、動(dòng)態(tài)顯示子程序。主程序的功能是完成系統(tǒng)自檢、系統(tǒng)初始化。系統(tǒng)初始化包括硬件初始化和軟件初始化，后者包括對(duì)中斷的安排、系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化、堆棧的設(shè)置、狀態(tài)變量的初始化等。中斷巡回檢測(cè)程序如圖3所示。

由于單片機(jī)系統(tǒng)工作在電磁鐵的強(qiáng)磁場(chǎng)附近區(qū)域，承受強(qiáng)大的干擾，系統(tǒng)除了應(yīng)用WATCHDOG監(jiān)控系統(tǒng)外，還采用了軟件抗干擾陷阱技術(shù)，當(dāng)CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來(lái)執(zhí)行，引起程序混亂。這時(shí)首先要盡快將程序納入正軌(執(zhí)行真正的指令系列)。為了對(duì)付彈飛的程序自動(dòng)形成的死循環(huán)，系統(tǒng)設(shè)立了軟件陷阱，將其安排在程序區(qū)、表格、未使用的ROM區(qū)、未使用的中斷向量區(qū)。由于軟件陷阱都安排在正常程序執(zhí)行不到的區(qū)域，故不會(huì)影響程序的執(zhí)行效率。