摘要：为提高人工盖章效率，改变现有的人工盖章模式，设计了一款基于STM32的自动盖章机。自动盖章机采用模块化设计，由主控模块、图像采集模块、电机驱动模块、电源模块及三自由度机械结构组成。主控模块采用STM32F103单片机进行控制和处理，并基于QT开发上位机，将图像采集模块采集到的图像并反馈到GUI界面，然后将盖章位置的XY坐标以及从输入端得到的盖章数量发送到主控板，主控板驱动3个三自由度结构的步进电机实现盖章，同时下达指令给步进电机将已盖章文件传出，最终实现自动盖章的功能。该设计可在指定位置实现既定数量的动作，可大幅提高重复性任务的效率。

　　关键词：自动盖章机；上位机；USB摄像头；三自由度结构；QT；GUI

　　0引言

　　印章广泛应用于企业、高校、银行以及一些事业单位，主要是作为身份的凭证和执行某些职权的媒介[1]。在日常的办公场景中，经常会有大量重复性的盖章任务，动辄成千上万份，如果人工盖章，很可能有漏章的现象出现[2]。自动盖章机针对大批量盖章业务时显得特别省时省力[3]。自动盖章机的设计不但能避免人工盖章时可能存在的一些缺陷，而且还大大减少了工作量，极大地减少了公司的运营成本，与此同时经济效应及工作效率也得到了极大的提升[4]。有些企事业单位每年都会遇到各种各样规格大小、厚度以及硬度等皆不同的纸张需要进行大规模的盖章。由于不同的文件可能会对盖章位置有不同的需求，需要盖章机能对盖章位置进行调整，而传统的盖章机基本都是在固定位置进行盖章的，若要选择不同的盖章位置则需要进行手动人工操作[5]。因此，研制一款方便、快捷的全自动化盖章机具有很高的实用价值[6]。

　　本文设计一款可以代替人工按照预定程序指令进行盖章的自动化盖章机，实现了自动盖章的功能，摆脱了传统的手工盖章方式，并且还结合了QT上位机，设置了可以进行人工交互的GUI界面，能够轻松地选择不同文件盖章的位置，兼容性高，真正意义上实现了印章自动化、智能化的特点。

　　1系统的模块化设计

　　自动盖章机在软件和硬件上均采用模块化设计，主要由主控模块、图像采集模块、电机驱动模块、电源模块及三自由度机械结构组成。系统总体框图如图1所示。、

　　1.1主控模块

　　采用STM32F103单片机作为主控芯片进行控制和处理。使用QT开发一个上位机，用户可以在此上位机中通过摄像头对要盖章文件的盖章位置进行双击选择，并输入要盖章文件的数量，按下发送键，上位机把位置信息发送给单片机，单片机根据接收到的位置信息及其他提示信息显示在LCD屏上，同时产生PWM驱动步进电机，把章印带到用户选择的位置进行盖章，每盖下一次章，自动把已经盖章的文件移出。

　　1.2图像采集模块

　　采用USB摄像头进行图像数据采集，USB摄像头易于使用，并有大量库函数供调用和修改。上位机调用摄像头内部函数获取摄像头的图像，与下位机进行通信，在GUI界面上选取图像的坐标信息，设置盖章文件的数目。图像数据处理原理：景物通过镜头生成的光学图像投射到图像传感器表面上,然后转为电信号，经过A/D转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片中加工处理，通过USB接口等方式传输到电脑中处理，最终通过显示器可以看到图像[7]。工作原理如图2所示。

　　1.3电机驱动模块

　　盖章机在运行时，由于在控制印章移动时，步进电机需要连接到一定质量的丝杆、铝块等材料上面，为使电机在带负载的状态下能够顺利运行，本设计中电机驱动选用TB6600步进电机驱动器，驱动3个坐标轴的两相步进电机，即步进电机驱动器接收PWM信号然后驱动步进电机。该步进电机是一种可以将脉冲信号转换成角位移的执行器件，通过驱动可以接收到主控板发送的脉冲信号，使步进电机按照代码设置好的方向旋转一定的角度，这样就可以使步进电机正常工作[8]。

　　1.4电源模块

　　采用12 V的锂电池供电，12 V供电给步进驱动器模块，采用LM2596以及LMS1117分别将电压降为5、3.3 V供单片机系统使用，经检测，电路中的电流符合负载电流的需求。

　　2三自由度机械结构

　　本自动盖章机分为X、Y、Z三个方向，其中X、Y轴采用同步带传输实现盖章前的印章定位功能，Z轴采用凸轮机构实现将电机的回转运动转变为盖章部分的直线运动[9]。项目的机械结构的搭建，采用铝型材搭建一个长方形框作为支架，该机构能够承受一定的质量，在支架上方安置丝杆、步进电机，采用轴承将丝杆固定，使用联轴器把电机的丝杆和转轴连接起来，以此实现三自由度的机械结构。三自由度机械机构如图3所示。当单片机接收到上位机发送的盖章指令后，控制电机1、电机3转动，驱动盖章模块在X、Y方向移动，到达X、Y方向预定盖章位置后，电机2转动，带动印章推杆竖直上下运动[10]，完成盖章；最后，电机4转动，借助摩擦力将纸张传出，即完成一次盖章[11]。

　　3软件系统的设计

　　自动盖章机软件设计主要难点是上位机的编写以及电机驱动代码编写。

　　3.1上位机的编写

　　人机交互GUI界面是使用者对设备进行控制与使用的操作面板，同时也是显示当前设备数据信息的屏幕，可以经由交换界面来发送系统工作的主要指令信号[12]。上位机的GUI界面如图4所示，在打开上位机USB摄像头之前要先关闭电脑摄像头。中间的方框显示摄像头获取的图像，图像中的白色框框住的范围为盖章机可盖章的范围。另外，设置了“打开串口”、“打开摄像头”和“发送”按钮，选择端口的下拉选项，以及坐标的显示框和盖章份数的输入框。

　　3.2电机驱动代码编写原理

　　摄像头画面大小：X=640，Y=480

　　准确的计算方法如下。

　　X轴电机走18圈走完全程，理论上半圈控制一次，即：

　　3.3程序流程

　　自动盖章机系统工作流程如图5所示，上电后进行初始化，初始化主要包括延时函数的初始化、显示屏的初始化、按键初始化、灯的初始化、各个电机控制引脚的初始化以及各个输出脉冲的初始化。当发生中断时，执行中断服务函数，当定时器2发生中断，控制步进电机进行转动；当发生串口中断时，接收到位置信息；当没有发生中断时，持续执行Main函数中的While函数，进行坐标轴位置信息的转换及计算，将数据显示在LCD显示屏上，并时刻检测按键是否按下。

　　4实物测试与结果
　　4.1测试方案

　　(1)先对硬件电路进行检测，以确保电路无虚焊、漏焊等问题，然后进行各个模块测试，确保各模块的数据传送正确。各模块的功能确保无误后，再进行系统的整体调试，确保整体系统连接的正确性。

　　(2)在纸张放置处放上所需盖章的文件，摄像头任意选择盖章位置，检测最后盖章位置是否准确，在上位机GUI界面选择盖章数量，检测最后真实盖章数目是否一致。

　　4.2测试结果

　　经过多次反复测试，自动盖章机总体性能良好，上位机通过摄像头可以准确识别图像，并通过串口成功传输盖章数据至主控芯片，主控芯片能够对电机进行准确控制，使机器把章盖到指定位置。图6自动盖章机实物本自动盖章机实物如图6所示。

　　5结束语

　　本文以STM32为主要控制核心，采用三自由度的物理结构以及纸张传动结构，结合步进电机、LCD显示屏、驱动模块以及摄像头等模块组合成自动盖章机所需的硬件结构。利用QT上位机设计出可进行人机交互的GUI界面，从而通过摄像头获取盖章数据与单片机进行数据传输，研制出一种基于STM32的自动盖章机。通过该设计，用户可直接在上位机的GUI界面选择盖章位置，不用手动调整机器，打破了传统的盖章机在固定位置盖章的缺点。在满足大量重复性任务的工作需求之下，能通过输入的预定程序指令使自动盖章机按照指定的任务进行工作，还可对盖章位置进行选定，进而达到代替人工盖章的目的，大大提高工作效率。

　　参考文献：

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