試卷自動分揀裝訂機系統(tǒng)設(shè)計研究

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1、試卷自動分揀裝訂機系統(tǒng)設(shè)計研究 摘要：由于傳統(tǒng)的試卷裝訂中打印、分揀、裝訂三個步驟需要分開做既費時間又浪費精力，針對這種情況，本文設(shè)計一種新型試卷自動分揀裝訂機。系統(tǒng)采用STM32F103C8T6單片機作為控制核心芯片，對于試卷的分揀和裝訂過程進行自動控制，可實現(xiàn)試卷的自動分揀和裝訂，能有效的節(jié)省人力物力，提高工作效率。 關(guān)鍵詞：試卷自動分揀；自動裝訂；STM32F103C8T6 1概述 在我國的各個大、中、小學(xué)的教學(xué)過程中，為了檢驗學(xué)生對教學(xué)目標的掌握程度，通常采用給學(xué)生分發(fā)紙質(zhì)試卷、采用考試的形式來進行。這就需要老師們既要出考題，又要對打印出的

2、多張不同試卷進行分揀和裝訂；教師忙于出試卷，又苦于試卷的分頁與裝訂。傳統(tǒng)的人工方式對試卷分裝裝訂既費時費力，又容易產(chǎn)生一定的人為錯誤。面對龐大的試卷數(shù)量，教師們總是疲于應(yīng)對，而由于試卷具有一定的保密性，所以無法通過學(xué)生幫忙完成此試卷的分頁與裝訂，因此急需一種試卷自動裝訂機器，將不同頁碼的試卷紙張放入后，可自動完成試卷的分揀和裝訂。針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本設(shè)計針對一種新型的試卷分揀和裝訂的機械裝置，設(shè)計了控制電路，可實現(xiàn)試卷的自動分揀和裝訂，能有效的節(jié)省人力物力，提高工作效率。 2機械部分設(shè)計 試卷自動分揀和裝訂機的機械結(jié)構(gòu)包括機臺、分揀送紙機構(gòu)和裝訂機構(gòu)三個部分。

3、 2.1機臺。在底座支架上設(shè)置有分揀送紙系統(tǒng)和裝訂系統(tǒng)。 2.2分揀送紙機構(gòu)。分揀送紙機構(gòu)包括多套紙托盤，多套紙托盤在豎直方向重疊放置；每一套紙托盤的出紙口設(shè)置有一個搓紙輥和一對送紙輥，搓紙輥由搓紙電機驅(qū)動，送紙輥由送紙電機驅(qū)動，在出紙口下方還設(shè)置有出紙傳感器，如圖1所示。 2.3裝訂機構(gòu)。裝訂機構(gòu)包括左導(dǎo)軌和右導(dǎo)軌，左導(dǎo)軌和右導(dǎo)軌平行固定在底座支架上，在左導(dǎo)軌和右導(dǎo)軌上分別設(shè)置有滑塊，滑塊可沿導(dǎo)軌前后滑動，滑塊內(nèi)穿有通軸，通軸包括左通軸和右通軸，通軸與導(dǎo)軌平行，通軸可相對滑塊轉(zhuǎn)動，通軸上還固定連接有轉(zhuǎn)軸，在左通軸和右通軸的末端分別與左電機和右電機的輸出軸固定連接，

4、左電機和右電機通過第一連接板連接；在左通軸和右通軸之間設(shè)置有接紙盤，接紙盤包括左半頁和右半頁，左半頁與左通軸上的轉(zhuǎn)軸固定連接，右半頁與右通軸上的轉(zhuǎn)軸固定連接；在接紙盤和第一連接板之間還設(shè)置有第二連接板，左通軸和右通軸均穿過第二連接板，左通軸和右通軸與第二連接板轉(zhuǎn)動連接，在第二連接板上設(shè)置有自動裝訂機[1]。同時在底座支架上設(shè)有紙張對齊電機，紙張對齊電機輸出軸上設(shè)置有同步輪和同步帶，同步帶與第一連接板固定連接，裝訂機構(gòu)如圖2所示。在具體工作過程中，分揀出紙部分有多套紙托盤，每個紙托盤可存放多張同一頁碼的試卷，通過控制終端可以實現(xiàn)不同頁碼的試卷按照設(shè)定的順序依次送出，并在接紙盤上疊放；通過對齊電機

5、的帶動可使多張試卷對齊，通過自動裝訂機裝訂后，使接紙盤的左半頁和右半頁向下打開，裝訂好的試卷便自動落下，至此完成試卷分揀裝訂。 3硬件電路設(shè)計 硬件電路設(shè)計上，本設(shè)計使用了每個單元模塊化設(shè)計的思想，將整個電路分為不同的模塊，包括微處理器模塊、顯示模塊、電機驅(qū)動模塊、電源模塊和紅外傳感器模塊等，其中主控微處理器模塊擬采用STM32單片機做為控制核心，顯示模塊使用SH1106來實現(xiàn)，電機驅(qū)動部分使用L298N來實現(xiàn)完成[2]。 3.1STM32最小系統(tǒng)設(shè)計。本設(shè)計采用STM32F103C8T6作為主控芯片。最小系統(tǒng)設(shè)計包括電源電路，晶振電路和復(fù)位電路組成，原理如

6、圖3所示。電源電路方面，STM32F103處理器的穩(wěn)定工作電壓為3.3V,減速電機的工作電壓為12V，因此選用XL1509降壓芯片。XL1509具有寬的電壓輸入范圍4.5-40伏，輸出范圍可調(diào)。該電源芯片驅(qū)動能力強，擁有很好的線性能力。外部采用12V供電方便直流減速電機工作，C1是輸入端的去耦電容，去除輸入電壓處的雜波，電感用于平滑電流，二極管的作用是在切斷電源時做續(xù)流二極管用防止電感產(chǎn)生很高的反向電動勢，輸出端330uf和1uf用于濾除高頻和低頻干擾信號。晶振電路選用8MHz的無緣晶振，22pf的諧振電容。復(fù)位電路處于穩(wěn)定狀態(tài)時，電容C6起到阻斷直流電流的的作用，相當(dāng)于此時電容處為斷路，此時

7、的復(fù)位線NRST是高電平，系統(tǒng)穩(wěn)定運行[3]。當(dāng)按下復(fù)位按鍵時NRST與GND相連，此時實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。另外電路主板上電的瞬間需要對電容進行充電，此時電容就相當(dāng)于通路，則NRST與GND處于同一個電平，隨著電容充電越來越多，即將充滿的時候，電流會越來越小，也就會越來越小，直到電容完全充滿電后，線路上不再有電流，NRST又變成了高電平。從這個三個角度上來看，使用這個電路，單片機在上電后，NRST引腳會先保持一小段時間的低電平而后變成高電平，此流程就是上電進行復(fù)位單片機的流程。 3.2電機驅(qū)動電路設(shè)計。本設(shè)計的運動執(zhí)行機構(gòu)采用減速電機實現(xiàn)。減速電機由齒輪組和直流電機組成。減速電機的優(yōu)點是

8、效率高，可靠性高，使用壽命長，易于維護和廣泛使用。與步進電機相比，減速電機更是有價格優(yōu)惠和扭矩大的特點，固本設(shè)計選用的減速電機轉(zhuǎn)速為50r/min。單片機不能直接驅(qū)動減速電機，需要采用驅(qū)動電機的專用集成電路L298N。L298N由4個三極管組成H橋電路。L298N芯片的輸出電流可達到為2A，最高電流也可達到4A，最高工作電壓為50V，可直接驅(qū)動大功率直流電機、步進電機、電磁閥等感性負載，輸入端可直接與單片機輸出IO相連接，因此適用于本設(shè)計通過單片機來直接控制[4]。L298N芯片可驅(qū)動兩臺兩相電機，最大輸出電壓可高達50V，輸出電壓可通過改變輸入電源大小直接調(diào)節(jié)，信號可由單片機的IO口直接提供

9、，電路簡單易用。如果要對直流電機做PWM調(diào)速輸出，需設(shè)置IN1和IN2，確定電機的轉(zhuǎn)動方向，然后對使能端EN輸出占空比可調(diào)的PWM脈沖，即可實現(xiàn)調(diào)速。 3.3人機接口電路設(shè)計。人機接口電路包括顯示電路、按鍵電路和旋鈕電路。電路原理圖如圖4所示。顯示電路采用SH1106進行顯示。SH1106是一個單片CMOSOLED/pled顯示的驅(qū)動器，帶有本身的控制器，操作配置內(nèi)部的RAM，本設(shè)計采用SPI接口傳輸數(shù)據(jù)。采用4條線SPI傳輸數(shù)據(jù)，串行接口由串行的時鐘線，串行的數(shù)據(jù)線，A0和片選線組成。在時鐘線的每個上升沿按照先發(fā)高位再發(fā)低位的順序?qū)?shù)據(jù)寫入八位移位寄存器。每隔8時鐘周期對A0進行

10、一次采樣，并將移位寄存器中的數(shù)據(jù)在同一時鐘寫入顯示數(shù)據(jù)RAM存儲器或?qū)懭朊罴拇嫫?。按鍵采用矩陣鍵盤實現(xiàn)，按鍵負責(zé)系統(tǒng)的開始和停止。旋鈕采用EC11旋轉(zhuǎn)編碼器，負責(zé)調(diào)試電機運行速度，接口部分接上排線與主板連接，使顯示界面和主板實時通信，實現(xiàn)簡單的人機交互界面。旋轉(zhuǎn)編碼器的電路采用RC濾波電路，保證旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號穩(wěn)定，可以從硬件層面減少信號不穩(wěn)定的問題。 4結(jié)論 本論文從實際應(yīng)用出發(fā)，研究設(shè)計了一種試卷自動分揀裝訂裝置。工作前只需要把試卷分別放在不同的進紙框內(nèi)，設(shè)置好裝訂份數(shù)之后點擊開始工作，在程序電路的控制下由機械結(jié)構(gòu)的進紙機構(gòu)，裝訂機構(gòu)，完成分揀、進紙、整理、裝訂、擺放等步驟，直至完成設(shè)定工作量。本課題的研究主要是推動打印裝訂行業(yè)發(fā)展，提高效率節(jié)省工作時間，對于裝訂自動化行業(yè)有一定的參考價值。