一種基于stm32控制的全自動翻書機

(紹興文理學院 數理信息學院 紹興 越城 312000)

引言

據統計，我國肢體殘疾人數超過了2000萬，其中包括為數眾多的上肢不靈活的群體。隨著社會的進步與科技的發展，這些群體的物質生活有所改善，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翻書機成本高昂、結構復雜的缺陷，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。

一、硬件設計

該裝置主要由CPU模塊、舵機驅動模塊、語音模塊、紅外遙控模塊和微動開關模塊五大部分組成，包括控制吸盤升降實現翻頁的往復直線運動功能與調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整至合適大小，利用單片機控制吸盤開閉，并控制舵機轉動，帶動吸盤的上升與下降，實現書本的放置與翻頁。該裝置總結構設計、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據。數據處理后傳給電機驅動模塊和照明模塊等。當檢測到信息異常時，發送信息給報警模塊，系統發出報警信息。

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

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

(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，更加保證了系統的穩定性和音質。

(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.標準的38K調制頻率，內置大通用3V紐扣電池，使用時間長、方便更換。

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

(七)微動開關模塊。微動開關(又稱限位開關)的一種，是一種常用的小電流主令電器。利用生產機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。通常，這類開關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，保護用戶的眼睛。

二、軟件部分

該裝置的執行功能均通過單片機控制軟件系統來實現的，工作過程主要包括：檢測書本的放置、調整書本板的大小、控制書本的翻頁、實現燈光的調節及語音操作。在該翻書機處于待機狀態，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出控制信息，紅外遙控模塊可以發出的信息有：下一頁、上一頁、音樂播放、燈光調節、設備關閉。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機構升降，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位置并且展平，實現翻頁動作，氣泵關閉，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，語音模塊播放對應的音樂。若CPU接收到“燈光調節”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、結論

該翻書機基于機械結構設計[5]，結合STM32F1系列單片機控制吸盤及舵機來實現翻頁功能，并通過語音模塊實現了定點報時、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。