机械设计与制造
１８
文章编号：１００１—３９９７（２０１０）０６—００１８—０２
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ
Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第６期２０１０年６月
基于有限状态机的专用盖章机设计与实现肆
林凯宏ｔ游林儒１阳如坤２
（－华南理工大学自动化科学与工程学院，广州５１０６４０）（２深圳市吉阳自动化科技有限公司，深圳５１８１０１）
Ｄｅｓｉｇｎｏｆｄｅｄｉｃａｔｅｄｓｅａｌｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｆｉｎｉｔｅｓｔａｔｅｍａｃｈｉｎｅ
ＬＩＮＫａｉ－ｈｏｎ９１，ＹＯＵＩＪｎｇ－ｍＪ，ＹＡＮＧＲｕ－ｋｕｎ２
（１Ｃｏｌｌｅｇｅ
ｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄＳｃｉｅｎｃｅ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ
５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）
（２Ｓｈｅｎｚｈｅｎ
ＧｅｅｓｕｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，ＬＴＤ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ
５１８１０１，Ｃｈｉｎａ）
ｌ…・●…・●…・●…・・…・●…・●…・・…・●…・●…・●…・●…・・…・・…・・…・・…・・…・・…－●…・●…・・…・●…・・…・・…・・…・●…・・…・・…－●…・●…・●…・●…・●…・・…・・…・●…・・…・●…・●…・鼍
【摘要】为满足ｆｆ，４－ｉ－对各种票据实现大量且快速盖章的需要，设计并实现了一种银行专用自动盖：・章机，介绍其机械结构及工作流程，利用有限状态机的思想进行软件开发，实现了一种低成本、高性能的｛
’自动盖章机。
关键词：有限状态机；盖章机；ＡＴｍｅｇａｌ２８
；
ｉ
ａ
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】／ｎｏｒｄｅｒ
ｔｏｍｅｅｔｂａｎｋ’Ｓｎｅｅｄ
ｏｆｓｅａｌｉｎｇｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆｂｉｌｌ
ｑｕｉｃｋｌｙ，口ｄｅｄｉｃａｔｅｄ
ａｌ蝣ｏ－÷
’ｍａｔｉｃｓｅａｌｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｍａｃｈｉｎｅ’ｓｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｔｓ．ｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄ
ｓｏｒｔ
：
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉ－；
ａ
ｏｆｆｉｎｉｔｅ
ａｎｄ加ｃｏｓｔｉｓｉｎｖｅｎｔｅｄａｎｄｐｕｔ
÷ｒｅｓｕｌｔ，ａｏｆｓｅａｌｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｗｉｔｈｈｉｇｈ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｉｎｉｔｅｓｔａｔｅｍａｃｈｉｎｅ（ＦＳＭ）；Ｓｅａｌｉｎｇｍａｃｌｌｉｎｅ；ＡＴｍｅｇａｌ２８；
中图分类号：ＴＨｌ２，ＴＨ３９文献标识码：Ａ
ｐｅ咖删ｅ
ｓｔａｔｅ
ｍａｃｈｉｎｅ（ＦＳＭ）ｉｓｕｓｅｄｆｏｒｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ａｓ
ｉｎｔｏ
ｉ
：
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．÷
；
●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●
１引言
在银行系统中，经常需要对各种各样的单据进行盖章。而传统的手工盖章有盖章速度慢、盖章位置不精确等缺点，难以满足银行办公自动化的需求。自动盖章机正是应银行的需求而设计，它作为银行某办公设备中的—个终端设备，实现了对银行打印机输出纸张的高速、准确地进行盖章。所提盖章机的性能有如下要求：能处理三联、单联、Ａ４四种纸，其中三联纸和Ａ４纸要在不同位
进电机带动凸轮转动一周，使印章上下动作一次，从而在纸上盖—个印；之后如断开，厶闭合，纸张继续走动至下一盖章位置，直到盖完所有章后，在传感器Ｇ的协助下将纸张送出盖章机。传感器ｃ．、Ｇ用于检查机器外壳是否正常关闭。
置盖３个章，单联仅需盖１个；盖章定位精度为±５姗；盖章速度为
２０张／分钟以上；纸张种类及盖章位置可根据需要进行设置；当印章
使用超过２０万次，盖章机要提示用户更换新印章。针对以上需求，提出以单片机为核心设计构建软硬件系统，实践证明足以满足控制要求。软件设计上将各工艺流程划分为不同状态，采用状态机的思想编程实现。基于状态机的软件设计可大大降低程序的复杂性，使程序的开发与维护更容易，提高控制系统的稳定性ｍ。。
图１盖章机机械结构
３硬件框图
通过对系统提出的控制要求及系统升级的综合考虑，选用
２机械结构
通过比较，选用步进电机可方便地实现转动及定位。考虑到电机的启动停止需要—个加减速过程，这将给重复定位精度带来影响，且影响系统速度，故采用双轴电机与离合器的方案。电机常态下一直处于恒速运转状态，由离合器控制电机轴与传动轴及盖章轴的开合，以选择带动纸张或停纸盖章。方案大大简化软件设计并提高了机械速度。盖章机的机械结构，如图ｌ所示。
盖章机的工作流程简述如下：在传感器Ｃ．检测到有纸送入后，电磁线圈￡，动作使纸被夹住；步进电机Ｍ通过传送离合器￡，带动滚轴将纸送入机器中；在纸张到达传感器ｃ２后开始累计长度；当到达设定盖章位置后，厶断开，盖章离合器￡：闭合，使步
Ａｔｍｅｌ公司ＡＶＲ系列单片机中的Ａｔｍｅｇａｌ２８啡为控制器。ＡＴ—
ｍｅｇａｌ２８是一款基于ＡＶＲＲＩＳＣ结构的纸功耗ＣＭＯＳ８位单片机。１个时钟周期内可执行一条指令，可以取得１ＭＩＰＳ／ＭＨｚ的性能，并具有丰富的外设，是ＡＶＲ系列中功能最强的单片机棚，故可满足系统控制需求。盖章机的硬件框图，如图２所示。
ｅＶｉｅｗＨＭＩ
蜂鸣器
嚣Ｈ翥
ｃ，
Ｉ
黑一
ＡＴｍｅｇａｌ２８
继
电器
光耦
墨一
图２系统硬件框图
★来稿１３期：２００９－０８—１６★基金项目：科技型中小企业技术创新基金（０７Ｃ２６２１４４２１８２６）
万方数据
第６期
林凯宏等：基于有限状态杌的专用盖章机设计与实现
１９
４软件流程
系统除了要处理不同流程中各动作机构的联动，还要处理用户对参数的设置、急停情况下的处理等状况，虽然可采用单循环实现，但必然要使用许多标志变量及判断、转移语句，以控制程序流程。而在程序不同位置对各标志量的置位及清除又紧密联系在一起，使程序可读性、可维护性变差。因此采用状态机的原理，将盖章机运行过程各流程按其功能划分为几个状态，在主循环中针对不同的状态调用相应的处理程序。实践证明，这种方法大大加强程序可读性，使程序架构清晰明了，很大程度上降低了编程实现及排错、维护的复杂性。对盖章机工艺流程的简化示意图，如图３所示。
图３盖章村Ｌ＿Ｊ２艺流程示意图
对图３所示各工作状态的描述，如表１所示。
表１盖单机工作状态
状态名
状态描述
ＩＤＬＥ空闲态，此时电机停转，待机ＷＡＩＴ
等待态，等待机器进纸ＳＥＮＤ送纸态，将纸送入机器中ｓＴＡＭＰ
盖章态，进入计长并盖章过程
ＳＴＡＭＰＩＮＧ正在盖章态，纸张静止，印章在盖章过程中ＥＪＥＣＴ排纸态，盖完章后将纸送出
Ｓ１ＤＰ
停止态．响应外部急停输入信号并处理
：。∑≯完所！毽魂揪
ｃｈｃ３妒替靴置
帕．ｔ－ＳＴＡＭＰ）地万方数据
（５）如果没盖完所有章，则系统状态继续在ＳＴＡＭＰ和ＳＴＡＭＰ－ＩＮＧ之间循环。在盖完所有章后，状态由ＳＴＡＭＰ切换到ＥＬＥＣＴ。
（６）在ＥＪＥＣＴ状态下电机持续带动胶辊将纸张带出盖章机外。在Ｃ２和ｃ３都检测没纸时，表示排纸完毕，盖章机切换到ＷＡＩＴ状态，等待下张纸进入。
（７）在ＷＡＩＴ状态下当有纸进入时，盖章机切换到ＳＥＮＤ状态，重复步骤（２）到（６）的过程。否则在中断服务程序中对—个计时变量自增，累计盖章机空闲时长。在该计时变量达到设定值后，盖章机切换到ＩＤＬＥ状态。此时步进电机停ｌ匕工作，可节省机器功耗。
其中，系统初始化部分检查盖章机外壳是否正常关闭，以及机器中是否有之前未送出的纸张，并初始化各动作机构。系统初始化完毕即进入主循环。主循环中通过ｓｗｉｔｃｈ语句判断当前盖章机处于何种状态，并根据不同状态调用相应的子程序。在满足状态跳转条件时便修改系统状态，以便在下次回到主循环的ｓｗｉｔｃｈ
状态判断时能进入新状态下执行。
另外，对盖章位置的累计放在０．５ｒａｍ的定时中断中，由于送纸速度为送纸速度为０．２１ｍｍ／０．５ｍｓ，故该定时周期能满足系统对定位精度（＿－１：５）ｒａｍ的要求。ＳＴＡＭＰ与ＳＴＡＭＰＩＮＧ的状态切换也发生在定时中断中。在定时中断中当检测到纸张送到设定盖章位置时，系统由ＳＴＡＭＰ态切换到ＳＴＡＭＰＩＮＧ态，并调用子函数切换离合器状态，即可实现盖章动作。在盖章完毕后切换回ＳＴＡＭＰ状态。为了增强实时性，这些操作在定时中断服务程序中完成，所以在图５中没有表示出来。
系统采用ｅＶｉｅｗ触摸屏作为用户参数设置的人机界面。对触
摸屏的操作放在周期５０ｍｓ的定时中断服务程序中。主程序中检测到触摸屏对参数的修改后，会随时更新系统设定值。由于对触摸屏的操作与工艺流程具有无关性，故不将其纳入系统状态机中，而作为独立模块运行。
５小结
实际调试中发现，由于离合器的开合速度相对单片机的指令周期而言显得较慢，这会给印章定位精度带来影响，需在软件中通过长度补偿来抵消。ｅＶｉｅｗ触摸屏的通信请求及响应周期不能过短，否则会出现通信失败、数据出错的情况，盖章机采用的是５０ｍｓ的通信周期。但以上问题并不对系统性能构成实际影响。
实践证明以Ａｔｍｅｇａｌ２８为控制核心可达到系统计算速度要求，同时Ａｔｍｅｇａｌ２８丰富的外围设备降低了硬件设计的复杂性，提高了系统的稳定性和可扩展性。基于状态机的编程模型使软件结构变得清晰简洁，缩短了系统的开发周期，且增加了系统的可维护性。
参考文献
１孙维堂，刘永贤，张禹．张延成＿有限状态机在开放式数控系统中的应用［Ｊ］．东北大学学报（自然科学版），２００７，１２８（８）：１１７钆１１７７
２Ａｔｍｅｌ公司．ＡＴｍｅｇａｌ２８（Ｌ）ＤａｔａＳｈｅｅｔ［ＥＢ／ＯＬ］。２００８
３步进科技．ｅＶｉｅｗ主从协议［ＥＢ幻Ｌ］，２００７
４耿德根，宋建国，马潮，叶勇建．ＡＶＲ高速嵌＾、式单片机原理与应用［Ｍ］．北
京：北京航空航天出版社，２００２
５马潮．高档８位单片机ＡＴｍｅｇａｌ２８原理与开发应用指南（上）［Ｍ］．北京：
北京航天航空大学出版社，２００４
６沈文，Ｅａ—ｅＩｅｅ，詹卫前．ＡＶＲ单片机Ｃ语言开发入门指导［Ｍ］．北京：清华
ｊ；学出肠啦，２００３
基于有限状态机的专用盖章机设计与实现
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
林凯宏， 游林儒， 阳如坤， LIN Kai-hong， YOU Ling-ru， YANG Ru-kun
林凯宏,游林儒,LIN Kai-hong,YOU Ling-ru(华南理工大学自动化科学与工程学院,广州,510640) ， 阳如坤,YANG Ru-kun(深圳市吉阳自动化科技有限公司,深圳,518101)机械设计与制造
MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE2010(6)1次
参考文献(6条)
1. 孙维堂. 刘永贤. 张禹. 张延成 有限状态机在开放式数控系统中的应用[期刊论文]-东北大学学报(自然科学版)2007(08)
2. Atmel公司 ATmega128(L)Data Sheet 20083. 步进科技 eView主从协议 2007
4. 耿德根. 宋建国. 马潮. 叶勇建 AVR高速嵌入式单片机原理与应用 20025. 马潮 高档8位单片机ATmega128原理与开发应用指南(上) 20046. 沈文. Eagle lee. 詹卫前 AVR单片机C语言开发入门指导 2003
本文读者也读过(10条)
1. 刘念聪. 王银芝. 孙未 新型智能钢印机的设计及实现[期刊论文]-电子机械工程2003,19(6)2. 刘国亮. LIU Guo-liang 基于UGNX6.0的压注模系统的研制[期刊论文]-机械设计与制造2010(6)3. 刘念聪. 王银芝. 孙未 新型智能钢印机的设计及实现[期刊论文]-制冷空调与电力机械2003,24(3)4. 李硕. Li Shuo 板弹簧成形淬火机设计[期刊论文]-机械研究与应用2010,23(2)
5. 管嫦娥. 谢仁华. 管常军. Guan Chang-e. Xie Ren-hua. Guan Chang-jun 任意拉毛机构的设计与应用[期刊论文]-机械研究与应用2010,23(2)
6. 刘承香. 阮双琛. 黄贵明. 胡学娟. LIU Cheng-xiang. RUAN Shuang-chen. HUANG Gui-ming. HU Xue-juan 多光源多角度自动采集系统的机械没计[期刊论文]-机械设计与制造2009(6)
7. 刘海生. 王会刚. 董英楠. LIU Hai-sheng. WANG Hui-gang. DONG Ying-nan 基于ANSYS游乐设备大摆锤三维设计[期刊论文]-机械设计与制造2010(6)
8. 蒋占四. 吴义忠. 蒋慧. JIANG Zhan-si. WU Yi-zhong. JIANG Hui 智能设计系统可视化开发工具研究[期刊论文]-机械设计与制造2010(3)
9. 王红. 张于贤. 肖吉军. 周清华. WANG Hong. ZHANG Yu-xian. XIAO Ji-jun. ZHOU Qing-hua 基于自增强原理的超高压缸的优化设计[期刊论文]-机械设计与制造2009(2)
10. 袁安富. Yuan Anfu 细长梯形花键的挤压成型[期刊论文]-机械科学与技术2008,27(10)
引证文献(1条)
1. 吕峰. 王恒. 李建勇 基于CAN总线的特种自动化立体仓库设计[期刊论文]-机电工程 2011(9)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jxsjyzz201006008.aspx