一種基于stm32控制的全自動翻書機

(紹興文理學(xué)院 數(shù)理信息學(xué)院 紹興 越城 312000)

引言

據(jù)統(tǒng)計，我國肢體殘疾人數(shù)超過了2000萬，其中包括為數(shù)眾多的上肢不靈活的群體。隨著社會的進步與科技的發(fā)展，這些群體的物質(zhì)生活有所改善，但精神方面有所殘缺，尤其是閱讀各類書籍資料[1-4]。為了滿足特殊人群閱讀的需求，我們設(shè)計了一款成本低廉、自動化程度高，并適用市面最常見大小的書本的自動翻書器。它極大了克服了傳統(tǒng)翻書機成本高昂、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺陷，并為用手不便的群體提供了閱讀及娛樂功能，提升了他們的生活品質(zhì)。

一、硬件設(shè)計

該裝置主要由CPU模塊、舵機驅(qū)動模塊、語音模塊、紅外遙控模塊和微動開關(guān)模塊五大部分組成，包括控制吸盤升降實現(xiàn)翻頁的往復(fù)直線運動功能與調(diào)整適合書本的大小的伸縮功能、語音操作功能及舒適護眼功能。該裝置通過紅外線傳感器檢測書本的放置，由32位單片機控制底部舵機將載書板的大小調(diào)整至合適大小，利用單片機控制吸盤開閉，并控制舵機轉(zhuǎn)動，帶動吸盤的上升與下降，實現(xiàn)書本的放置與翻頁。該裝置總結(jié)構(gòu)設(shè)計、框架圖分別如圖 1所示。

圖1 裝置總框架圖

(一)CPU模塊。該模塊采用STM32F103的32位ARM微控器，其內(nèi)核為Cortex-M3。該模塊主要用于接收來自紅外測距傳感器、紅外遙控器和光敏傳感器的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理后傳給電機驅(qū)動模塊和照明模塊等。當(dāng)檢測到信息異常時，發(fā)送信息給報警模塊，系統(tǒng)發(fā)出報警信息。

(二)光敏傳感器模塊。光敏電阻模塊對環(huán)境光線敏感，用來檢測周圍環(huán)境的光線的亮度，觸發(fā)CPU模塊或繼電器模塊等；該模塊在環(huán)境光線亮度達不到設(shè)定閾值時，DO端輸出高電平,當(dāng)外界環(huán)境光線亮度超過設(shè)定閾值時,DO端輸出低電平。

(三)舵機驅(qū)動模塊。該舵機驅(qū)動模塊的工作電壓為3.5-6V，可以接收PWM信號調(diào)整轉(zhuǎn)動角度。

(四)語音模塊。該模塊使用JQ8400 語音模塊，利用的是 SOC 方案，集成了一個16位的 MCU，以及一個專門針對音頻解碼的 ADSP，采用硬解碼的方式，更加保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和音質(zhì)。

(五)紅外遙控模塊。該模塊的尺寸為：86(長)*40(寬)*6.6(厚)，配合51單片機&AVR 試驗板 TX-1C 可以做紅外遙控試驗.標(biāo)準(zhǔn)的38K調(diào)制頻率，內(nèi)置大通用3V紐扣電池，使用時間長、方便更換。

(六)氣泵驅(qū)動模塊。該氣泵驅(qū)動模塊的工作電壓為2-6V，其吸力大小可以調(diào)節(jié)，可滿足不同書本不同紙張的要求。

(七)微動開關(guān)模塊。微動開關(guān)(又稱限位開關(guān))的一種，是一種常用的小電流主令電器。利用生產(chǎn)機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。通常，這類開關(guān)被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。

(八)護眼燈。作為外部補充的光源，三檔可調(diào)，保護用戶的眼睛。

二、軟件部分

該裝置的執(zhí)行功能均通過單片機控制軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)的，工作過程主要包括：檢測書本的放置、調(diào)整書本板的大小、控制書本的翻頁、實現(xiàn)燈光的調(diào)節(jié)及語音操作。在該翻書機處于待機狀態(tài)，壓力傳感器模塊單獨工作，時刻檢測是否有書本放置。如果一旦檢測到有書本放置，紅外測距模塊檢測書本距離，CPU模塊控制底部舵機調(diào)整在書本板的大小至適合大小，并且語音模塊播報“歡迎使用全自動翻書機”。全自動翻書機等待紅外遙控模塊發(fā)出控制信息，紅外遙控模塊可以發(fā)出的信息有：下一頁、上一頁、音樂播放、燈光調(diào)節(jié)、設(shè)備關(guān)閉。若CPU接收到“上一頁”/“下一頁”信息時，氣泵打開、左/右舵機開始工作，而后由舵機控制直線往復(fù)機構(gòu)升降，同時控制氣泵開啟吸盤吸起書頁后，由下端的撥書片將書頁撥至適當(dāng)位置并且展平，實現(xiàn)翻頁動作，氣泵關(guān)閉，然后CPU等待下一信息再進行工作。若CPU接收到“音樂播放”信息時，語音模塊播放對應(yīng)的音樂。若CPU接收到“燈光調(diào)節(jié)”信息時，照明模塊打開護眼燈。其主、子流程分別如圖所示。

圖2 主流程圖

圖3 子流程圖圖

三、結(jié)論

該翻書機基于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計[5]，結(jié)合STM32F1系列單片機控制吸盤及舵機來實現(xiàn)翻頁功能，并通過語音模塊實現(xiàn)了定點報時、音樂娛樂等功能。它適用手部不靈活的群體，可在桌子上或者床邊使用，豐富了殘疾老年人的生活，填補了市場對于殘疾老年人娛樂方面的空缺，并且造價低廉，方便加工，也適合廣大人民的經(jīng)濟接受范圍，對于殘疾老年人的娛樂或者說是閱讀方面起到了積極的作用。