張鳳濤，周 統(tǒng)，郭 爽

(長春師范大學工程學院，吉林長春 130032)

近年來，全國各高校、高中及九年義務階段學校的教學質量不斷提高。于此同時，近三年全國教育領域試卷的需求量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。據統(tǒng)計，2016年全國試卷的需求量已經突破了600億份。一體化速印機具有印刷速度快、印刷成本低、適合日常大量印刷等優(yōu)勢，代替了傳統(tǒng)的復印機，被廣泛應用于學校印刷試卷和機關單位印刷文件等場合。

現(xiàn)階段速印機工作時需先制版再印刷、底版不可重復利用的工作特點決定了其無法像復印機那樣可分稿印刷、成套輸出。于是，后期試卷的分揀和裝訂工作需要人工完成。由于試卷需要嚴格保密的特殊性，參與分揀和裝訂工作的人員只能是出題教師或課程組其他教師成員。教育領域在考試時面臨著兩大難題：一是需要大量的教師手工對試卷進行分揀和裝訂，效率極低且無法及時滿足試卷量的需求；二是人工分揀的失誤率較高。因此，教育界對試卷進行自動分揀和自動裝訂提出了迫切需求。

1 裝置的工作原理

本裝置在研究過程中采用了ATMEGA328單片機作為系統(tǒng)控制核心、一主多從的星型拓撲結構、多機無線通信方式，使得6套分頁裝置、1套裝訂裝置、1套傳送裝置以及各個傳感器在主機的命令下相互配合、協(xié)調工作，以流水線的形式自動完成試卷的分頁、排序、整理、裝訂等工作任務，主機控制系統(tǒng)和從機控制系統(tǒng)的結構框圖分別如圖1和圖2所示。

2 主機控制電路設計

主機控制電路如圖3所示。主機在工作過程中需要控制一條1.5m左右的傳送帶轉動，該傳送帶的執(zhí)行電機采用的是三相24V交流滾筒電機，因此需采用變頻器對該電機進行驅動和控制(P3負責控制變頻器的啟停，轉速已設成固定值)。當傳送帶運行一個工位后，主機通過檢測限位傳感器P6的狀態(tài)來判斷需要停車的位置，使傳送帶準確地停在對應的工位上，允許誤差≤5mm。

裝訂機采用的是得力0489型電動訂書機，主要原因是它使用的是標準的12#書釘，一次最大裝入量可達200釘。用ATMEGA328驅動一個舵機(圖3中P5)，使它的搖柄能可靠地接觸到電動訂書機的觸碰開關,從而自動完成一份試卷的裝訂工作。

為了使本裝置在設置過程中使用更加方便，可在操作者的手機上安裝我們自主研發(fā)的APP應用程序，手機與主機之間通過藍牙通信完成系統(tǒng)參數設置。同時，系統(tǒng)設置信息也可通過操作獨立式按鍵S1～S4完成。主機上所有信息通過LCD12864顯示給操作者，Q1驅動的蜂鳴器起到操作提示和故障報警的作用。整個控制系統(tǒng)均使用DC12V6A的開關電源供電，因此設計了LM2596S-5.0組成DC/DC降壓電路，變換出系統(tǒng)所需5V電壓。主機通過P1連接的無線串口與從機進行命令發(fā)布和信息交換。

3 從機控制電路設計

通過大量調查發(fā)現(xiàn)，考試試卷頁數最多不超過6頁，因此采用了6套進紙器可實現(xiàn)不超過6頁試卷的分揀和裝訂任務。相應地，從機系統(tǒng)共有6套完全相同的控制電路，它們在主機的命令下完成本頁紙張的分揀任務及狀態(tài)信息的反饋。從機控制電路如圖4所示。

進紙器采用的是12V、減速比為1∶86、額定轉速為93r/min、最大扭矩可達30kg·cm的直流減速電機成組拖動、外加離合器相配合的機電傳動方式，可有效減少電動機的使用數量，也使得進紙器的機械結構設計比多電機控制方式更優(yōu)化。電機驅動器采用的是TB6612FNG芯片，可同時驅動2個直流電機，本系統(tǒng)只用到1路驅動，另一路作為備用。該芯片具有體積小、驅動電流大，發(fā)熱量小，帶有PWM調速功能，易和單片機相連接等特點。

進紙器接口P4的1、2引腳連接的是上紙離合的線圈，該線圈得到一個脈沖，進紙機構將向上抬起。再得到一個脈沖進紙機構將回落，這樣就完成一個周期的上紙動作。脈沖寬度需由P4的5、6、7引腳所接的槽型光耦提供的反饋信號來決定，光耦槽被遮擋表示進紙機構已經成功抬起，光耦槽未被遮擋表示已成功回落。P4的3、4引腳連接的是滾動離合線圈，該線圈得電，搓紙機構將與主齒輪嚙合開始滾動，搓一頁紙進入/退出進紙器，方向由電動機轉向來決定。進/退結束信號可通過P6外接的光電傳感器反饋得到。連續(xù)進紙時若紙盤中無紙，紙盤上的紙壓翻板在彈簧的作用下抬起，P4的8、9、10引腳所連接的槽型光耦將提供反饋信號經后極電路處理成高低電平送入單片機，低電平表示缺紙，高電平表示有紙。從機接收主機命令，發(fā)送動作完成、工作狀態(tài)、出錯等信息均需通過P1接口連接的無線串口與主機進行通信。從機也采用一個DC12V開關電源供電，所以電路中還需DC/DC升壓模塊得到滾動線圈所需的24V電壓，和DC/DC降壓電路得到系統(tǒng)所需的5V電壓。

4 結語

本自動化裝置研制成功可解決教育界面臨的“分卷難題”。學校因資源的節(jié)約和工作效率的提高而產生的經濟價值則無法估量，因此該裝置具有非常廣闊的應用前景。目前市場上并無此類產品，很適合具有機械、電子、自動化等研發(fā)能力的大學生團隊創(chuàng)業(yè)。