摘 要：钢印机是办公设备中的一个重要组成部分，在目前实际应用中，一般都采用手动钢印机。为了提高办公自动化水平，文中给出了一种新型的基于单片机技术的智能钢印机的设计过程。它集光、机、电于一体，可实现自动盖章，工作频率可调、动态显示以及自动计数等功能，具有智能性、自动化、稳定可靠等优点，有着非常重要的应用和推广价值。
关键词： 自动盖章； 光机电一体化； 单片机； 电子继电器； 牵引电磁铁
1 引言
现代社会，随着科学技术的发展，办公自动化程度的提高，人们对办公设备的要求也越来越高。钢印机在其中有着非常重要的地位，特别是在一些证件发放部门如大专院校，工厂企业，行政机关等在一定时期内都要印制大量证件。而目前使用的钢印机均为“手动钢印机”，不但操作强度大、效率低，而且存在着钢印质量不稳定、字迹不清晰等缺陷。因此，我们研制了基于光机电一体化技术的智能型钢印机，可以实现自动盖章，工作频率和行程可调、自动计数和动态显示的功能，具有智能性、自动化、印痕清晰、稳定可靠，易于拆装和维修的特点，大大地提高了办公自动化水平。
2 结构及原理
该机主要有打印头装置、机身、支杆、摆杆、连接结以及连接栓等部件以及电气系统和控制系统组成，如图1所示：
2.1 工作原理
当电磁铁4通电时，衔铁被吸引上升，拉动摆杆7右侧部分向上摆动，在支杆5（即支点）的作用下，摆杆7的另一侧向下运动，从而推动上印章11向下运动，当上下印章与纸张接触并产生5kg左右的相互作用力时，印章过程即可完成。
2.2 工作部件的设计及选择
2.2.1动力元件。为了能使印章清晰均匀，该机采用了mq2-5n-6121型牵引电磁铁作为动力元件，其性能参数如表1所示。
可以根据纸张的厚度来调整摆杆的左侧长度，从而使其取得满意的印章效果。
2.2.2 精确定位。该机在底座上安装了在x，y轴方向上均可锁定的滑动标尺，在标尺外侧的底座上刻有精度为1mm的刻度尺，该结构在处理盖章任务时，使其能方便定位，取得很好的盖印效果。
2.2.3 行程可调。为了针对厚度不同的证件和机构便于拆装维修，该机在连接节和连接栓部分进行了精心设计，连接杆有一通孔，利用连接栓在通孔两侧的螺母进行锁定，实现行程的可调。
2.2.4 材料选用。从保证结构强度和节约成本的角度出发，该机底座1采用铸钢，支架2采用电焊钢管，其余部件均采用45号钢。
3 控制系统
3.1 硬件结构及工作原理
3.1.1工作原理
控制电路中有一联动开关,对应着不同的工作频率,操作者可根据工作需要进行选用。当有纸张放进工作台上下印章之间时，下印章12侧的发光二极管发出的光被遮挡，上印章侧11的光敏二极管即产生一个电动势，经放大器lm324放大后，向单片机at89c2051申请中断，单片机响应中断后，p3.0产生一个高电平，经放大器7406放大后，驱动jgx1f型交流电子继电器接通，从而使得mq2-5n-6121型电磁铁工作。其控制电路如图2所示：
3.1.2 单片机
鉴于单片机i/o口线利用较少和系统控制的特点，cpu选用了atmel公司的at89c2051单片机为其核心，其有20个pin pdip/soic包装，具有2k bytes可重复规划的闪存（reprogrammable flash memory）可写入/抹除1000次以上，操作电压范围：2.7～6v,15个可双向和独立寻址的i/o线(缺少p0，p2和p3.6)，直接led驱动输出（沉入20ma）等特点,且具有较强的抗振动和抗干扰能力，用其flash rom作系统程序的存储器。
3.1.3 检测电路
检测电路主要有光敏传感器、lm324放大器、反馈电阻r5等组成。系统中，光敏传感器采用国产2cu1a型光敏二极管，具有线性好、响应速度快、噪声低（对宽范围波长的光具有较高的灵敏度）、小型轻量以及耐振动与冲击等优点。其性能参数如表2所示。
3.1.4 执行电路
执行电路有放大器7406、jgx1f型电子继电器、mq2-5n-6121型电磁铁以及双向可控硅等组成。电子继电器，又名固体继电器（solid state relay）或固体功率放大器，是一种无触点型电子开关。当加上触发信号时，p3.0输出高电平1，电子继电器主回路呈导通状态，在控制回路与负载回路之间具有电隔离，无机械触点（和电磁继电器有同样的功能），并具有工作可靠、寿命长、对外界干扰小、抗干扰能力强、开关速度快及过零功能的特点。系统采用了北京科通电子继电器总厂生产的jgx1f型ac-ssr，其性能参数如表3所示。
3.1.5 程序运行监控系统（watchdog）
为了提高系统的抗干扰性，防止程序进入死循环，系统采用计数器构成的watchdog电路。将555接成一个多谐振荡器，周期为t0，将74ls93接成16进制计数器，当数到第8个脉冲时，qd端变成高电平，单片机用p3.7输出清零脉冲，只要每次清零脉冲的时间间隔短
