基于stm32的智能印章的设计与实现

景嘉平 高媛 王晓娟 朱姗姗 蔡明宇 杨断利

摘 要：针对市面上普通印章在操作过程中需要不断调整印章方向，在大量文件盖章的过程中不断蘸取印泥，普通印章常常盖章不清晰需要重复盖章等问题，本文设计并实现了一种以STM32F103VET6单片机为控制核心的智能印章。该智能印章使用激光灯来引导印章位置，使用红外对射传感器来检测有无需要盖章的文件，通过控制机械结构实现自动盖章，同时采用空气动力学原理[1]实现了将已盖章文件从待盖章文件放置位置移动到已盖章文件放置位置，从而实现了对多份相同文件的连续盖章处理。智能印章采用了潮湿度传感器来检测印盒中印油的含量保证盖章的清晰程度。该智能印章安装了语音合成模块，能够实时语音提示，使操作更加简单方便。

关键词：智能印章;STM32;潮湿度;空气动力学

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

0 引言

如今在学校、公司、银行、政府部门等单位或集体都存在大量需要盖章的文件，使用普通印章浪费大量的人力和时间。本文设计并实现的智能印章通过控制舵机、电机等机械臂结构代替人工操作实现自动盖章，使用红外对射、潮湿度等各种传感器确保盖章的准确与清晰，很好的弥补了普通印章的不足。

1 工作原理

打开智能印章首先要根据要盖章文件的数量拨动红色开关选取盖章模式（单份、多份盖章模式）。单份盖章模式下由对射式红外对管光电开关[2]检测到需要盖章的文件， STM32单片机控制舵机转动装有印章的机械臂在指定位置盖下印章，然后转回到初始位置，语音提示“盖章成功”。多份盖章模式下对射式红外光电开关检测到文件后STM32单片机控制舵机转动装有印章的机械臂在指定位置盖下印章后转回到初始位置，再控制舵机和电机（电机用于控制风扇上下移动）转动装有风扇的机械臂到已盖章文件的上方，使风扇转动产生向上的风力将已经盖章的文件吸起，控制机械臂使风扇回到初始位置，停止转动风扇文件落下，将已盖章文件移动到了已盖章文件放置位置，语音提示“盖章成功，开始自动盖下一张”，如此自动循环操作直到光电开关检测到文件全部盖章完成。该智能印章创新性的使用潮湿度传感器实时监测印盒中印油的含量，含量过低或过高时语音进行报警，保证印记的清晰和准确。

2 設计方案

2.1 STM32F103VET6主控单片机

STM32F103VET6单片机为32位微控制器，采用高性能的ARMCortex-M3架构[3]，本智能印章使用STM32的USART接口与语音合成模块通信进行语音提示，使用ADC通道读取潮湿度传感器数据，使用4路PWM输出控制舵机，同时使用其他IO口控制电机、激光头、风扇等设备。该单片机支持睡眠、待机、停机3种模式具有低功耗的特点，非常适合作为该智能印章的主控。

2.2 降压模块

LM2596S DC-DC可调降压模块使用贴片铝电解电容和高Q值[4]大功率电感，输入电压3～40V，输出电压1.5～35V，可连续调节输出电压。该印章使用3个此降压模块分别为STM32单片机、激光灯、舵机等不同供电范围的模块提供稳定的电压输出。

2.3 机械臂控制

智能印章使用JGA25减速电机和LDX-218双轴数字舵机控制机械臂动作。JGA25减速电机的扭矩大，可通过编码器控制电机转动距离，该电机用于控制风扇上下运动。LDX-218双轴数字舵机具有精度高、扭矩大、速度快等特点，该舵机作为智能印章机械臂的各个活动关节，其较大的扭矩能够在盖章时提供足够的压力。

2.4 语音合成模块

语音合成使用的是中文TTS[5]文字转语音合成模块，TTL串口控制，支持简体中文文字、中文生僻字、大小写英文字母和数字的朗读。该模块用于发出“盖章成功”、“请添加印油”、“长时间未使用请关机”等语音提示功能，使操作更加简单易用，使用者也能够更容易了解智能印章运行情况。

2.5 驱动模块

该智能印章使用的是L298N驱动用来驱动电机和风扇， L298N是一种高电压、大电流电机驱动芯片，最高工作电压可达46V，持续工作电流为2A，额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器[6]，采用标准逻辑电平信号控制，可以用来同时驱动两个直流电动机。使用L298N驱动，恰好可以驱动一台直流减速电机和一台风扇，通过改变逻辑电平信号的高低电平可以控制风扇转动和减速电机的正反向转动。

2.6 印油量检测

智能印章创新性的使用FR4双面喷漆的潮湿度传感器检测印油量，输出模拟信号可直接被STM32单片机读取。通过将此传感器放在印盒的内部边缘与印油直接接触，印油的含量会改变印油与传感器之间的接触密度与接触面积引起传感器输出模拟值的变化，STM32主控单片机可对输出的模拟量进行分析处理，判断印油是否过多或过少。

3 结束语

该智能印章使用STM32F103VET6单片机作为主控中心，创新性使用潮湿度传感器实时监测印油含量，同时依靠其他传感器的检测以及对电机与舵机的精确控制实现了准确、清晰的自动盖章。全面的语音提示功能使得该智能印章操作更加具有人性化特点。经过多次的实际性测试证明该智能印章具有很强的实用性，节省了大量的人力资源，基本上解决了前面提到的普通印章的各种缺点，具有很高的推广价值。

参考文献：

[1]斯蒂芬·奥斯丹尼，黄德荃.空气动力学与电风扇设计的演变，1850-1960[J].装饰，2014（01）：28-35.

[2]邓重一.光电开关原理及应用[J].传感器世界，2003（12）：19-22.

[3]王永虹，徐炜，郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M].北京航空航天大学出版社，2008.

[4]李恒文，冯向超.高Q值模拟电感的实现[J].信息化建设， 2016（01）.

[5]顾海峰.基于中文TTS技术研究[J].电脑知识与技术，2007， 2（09）：829.

[6]刘作新.高电压、大电流电机驱动芯片L298[J].电子世界， 2003（09）：48.