基于stm32的智能印章的設計與實現

景嘉平 高媛 王曉娟 朱姍姍 蔡明宇 楊斷利

摘 要：針對市面上普通印章在操作過程中需要不斷調整印章方向，在大量文件蓋章的過程中不斷蘸取印泥，普通印章常常蓋章不清晰需要重復蓋章等問題，本文設計并實現了一種以STM32F103VET6單片機為控制核心的智能印章。該智能印章使用激光燈來引導印章位置，使用紅外對射傳感器來檢測有無需要蓋章的文件，通過控制機械結構實現自動蓋章，同時采用空氣動力學原理[1]實現了將已蓋章文件從待蓋章文件放置位置移動到已蓋章文件放置位置，從而實現了對多份相同文件的連續蓋章處理。智能印章采用了潮濕度傳感器來檢測印盒中印油的含量保證蓋章的清晰程度。該智能印章安裝了語音合成模塊，能夠實時語音提示，使操作更加簡單方便。

關鍵詞：智能印章;STM32;潮濕度;空氣動力學

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.110

0 引言

如今在學校、公司、銀行、政府部門等單位或集體都存在大量需要蓋章的文件，使用普通印章浪費大量的人力和時間。本文設計并實現的智能印章通過控制舵機、電機等機械臂結構代替人工操作實現自動蓋章，使用紅外對射、潮濕度等各種傳感器確保蓋章的準確與清晰，很好的彌補了普通印章的不足。

1 工作原理

打開智能印章首先要根據要蓋章文件的數量撥動紅色開關選取蓋章模式（單份、多份蓋章模式）。單份蓋章模式下由對射式紅外對管光電開關[2]檢測到需要蓋章的文件， STM32單片機控制舵機轉動裝有印章的機械臂在指定位置蓋下印章，然后轉回到初始位置，語音提示“蓋章成功”。多份蓋章模式下對射式紅外光電開關檢測到文件后STM32單片機控制舵機轉動裝有印章的機械臂在指定位置蓋下印章后轉回到初始位置，再控制舵機和電機（電機用于控制風扇上下移動）轉動裝有風扇的機械臂到已蓋章文件的上方，使風扇轉動產生向上的風力將已經蓋章的文件吸起，控制機械臂使風扇回到初始位置，停止轉動風扇文件落下，將已蓋章文件移動到了已蓋章文件放置位置，語音提示“蓋章成功，開始自動蓋下一張”，如此自動循環操作直到光電開關檢測到文件全部蓋章完成。該智能印章創新性的使用潮濕度傳感器實時監測印盒中印油的含量，含量過低或過高時語音進行報警，保證印記的清晰和準確。

2 設計方案

2.1 STM32F103VET6主控單片機

STM32F103VET6單片機為32位微控制器，采用高性能的ARMCortex-M3架構[3]，本智能印章使用STM32的USART接口與語音合成模塊通信進行語音提示，使用ADC通道讀取潮濕度傳感器數據，使用4路PWM輸出控制舵機，同時使用其他IO口控制電機、激光頭、風扇等設備。該單片機支持睡眠、待機、停機3種模式具有低功耗的特點，非常適合作為該智能印章的主控。

2.2 降壓模塊

LM2596S DC-DC可調降壓模塊使用貼片鋁電解電容和高Q值[4]大功率電感，輸入電壓3～40V，輸出電壓1.5～35V，可連續調節輸出電壓。該印章使用3個此降壓模塊分別為STM32單片機、激光燈、舵機等不同供電范圍的模塊提供穩定的電壓輸出。

2.3 機械臂控制

智能印章使用JGA25減速電機和LDX-218雙軸數字舵機控制機械臂動作。JGA25減速電機的扭矩大，可通過編碼器控制電機轉動距離，該電機用于控制風扇上下運動。LDX-218雙軸數字舵機具有精度高、扭矩大、速度快等特點，該舵機作為智能印章機械臂的各個活動關節，其較大的扭矩能夠在蓋章時提供足夠的壓力。

2.4 語音合成模塊

語音合成使用的是中文TTS[5]文字轉語音合成模塊，TTL串口控制，支持簡體中文文字、中文生僻字、大小寫英文字母和數字的朗讀。該模塊用于發出“蓋章成功”、“請添加印油”、“長時間未使用請關機”等語音提示功能，使操作更加簡單易用，使用者也能夠更容易了解智能印章運行情況。

2.5 驅動模塊

該智能印章使用的是L298N驅動用來驅動電機和風扇， L298N是一種高電壓、大電流電機驅動芯片，最高工作電壓可達46V，持續工作電流為2A，額定功率25W。內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器[6]，采用標準邏輯電平信號控制，可以用來同時驅動兩個直流電動機。使用L298N驅動，恰好可以驅動一臺直流減速電機和一臺風扇，通過改變邏輯電平信號的高低電平可以控制風扇轉動和減速電機的正反向轉動。

2.6 印油量檢測

智能印章創新性的使用FR4雙面噴漆的潮濕度傳感器檢測印油量，輸出模擬信號可直接被STM32單片機讀取。通過將此傳感器放在印盒的內部邊緣與印油直接接觸，印油的含量會改變印油與傳感器之間的接觸密度與接觸面積引起傳感器輸出模擬值的變化，STM32主控單片機可對輸出的模擬量進行分析處理，判斷印油是否過多或過少。

3 結束語

該智能印章使用STM32F103VET6單片機作為主控中心，創新性使用潮濕度傳感器實時監測印油含量，同時依靠其他傳感器的檢測以及對電機與舵機的精確控制實現了準確、清晰的自動蓋章。全面的語音提示功能使得該智能印章操作更加具有人性化特點。經過多次的實際性測試證明該智能印章具有很強的實用性，節省了大量的人力資源，基本上解決了前面提到的普通印章的各種缺點，具有很高的推廣價值。

參考文獻：

[1]斯蒂芬·奧斯丹尼，黃德荃.空氣動力學與電風扇設計的演變，1850-1960[J].裝飾，2014（01）：28-35.

[2]鄧重一.光電開關原理及應用[J].傳感器世界，2003（12）：19-22.

[3]王永虹，徐煒，郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐[M].北京航空航天大學出版社，2008.

[4]李恒文，馮向超.高Q值模擬電感的實現[J].信息化建設， 2016（01）.

[5]顧海峰.基于中文TTS技術研究[J].電腦知識與技術，2007， 2（09）：829.

[6]劉作新.高電壓、大電流電機驅動芯片L298[J].電子世界， 2003（09）：48.