王　敏（安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,安徽　淮南　232001）

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基于單片機(jī)SMT元器件自動(dòng)加料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王敏
（安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,安徽淮南232001）

摘 要:SMT元器件因其小、輕，制作高精度的要求，導(dǎo)致手工上料可行性低，尤其是當(dāng)今SMT作業(yè)對(duì)ESD要求甚高，而手工作業(yè)已經(jīng)無(wú)法繼續(xù)被沿用，故非常有必要設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化、智能化的系統(tǒng)來(lái)完成STM元器件的自動(dòng)化加料。隨著微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，以單片機(jī)為核心的自動(dòng)加料系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用在很大程度上改善了工廠的生產(chǎn)和生活，尤其是為企業(yè)節(jié)約成本，減少人力方面起到了不可估量的作用。本設(shè)計(jì)論述了一種以單片機(jī)為主控制單元的工廠自動(dòng)加料系統(tǒng)，在精度和性能上和生產(chǎn)力上都有很大的提升。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；自動(dòng)加料系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1　引言

面對(duì)當(dāng)前電子產(chǎn)業(yè)對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)的程度越來(lái)越高，尤其是以SMT元器件的制造型企業(yè)，因其產(chǎn)品的特性導(dǎo)致，手工作業(yè)不管是品質(zhì)上和性能上都無(wú)法跟得上國(guó)際前沿的發(fā)展，特別是目前操作過(guò)程中的ESD高要求、操作疲勞、協(xié)調(diào)作業(yè)等因素使得手工作業(yè)存在了很大的局限性，如容易發(fā)生誤操作，生產(chǎn)不合格等等。使得生產(chǎn)率大大下降，所以對(duì)于自動(dòng)化的改造將會(huì)大大提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品的成品率及公司的競(jìng)爭(zhēng)能力，同時(shí)降低公司的生產(chǎn)成本，對(duì)于公司發(fā)展具有重大意義。

2　SMT元器件自動(dòng)加料現(xiàn)狀

2.1精度低

我們知道現(xiàn)代電子企業(yè)尤其是微小SMT元器件自動(dòng)上料過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)拋料、上料偏斜等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致貼片不良等品質(zhì)問(wèn)題，導(dǎo)致客戶端抱怨不斷，這是當(dāng)前電子領(lǐng)域普遍面臨的困境。

2.2加料完畢后，無(wú)提示

目前很多企業(yè)采用的自動(dòng)加料設(shè)備當(dāng)原材料加完后，機(jī)器則停止運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)報(bào)警或者警示燈提示，導(dǎo)致一般加完料后，如果管理人員管理疏忽，則導(dǎo)致不必要的工時(shí)浪費(fèi)或者機(jī)器等待時(shí)間。

3　SMT元器件自動(dòng)加料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為了解決電子企業(yè)SMT元器件的自動(dòng)加料控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)將傳感器技術(shù)，數(shù)碼管顯示技術(shù)以及點(diǎn)擊控制技術(shù)等相互融合，將自動(dòng)加料的多種控制和單片機(jī)控制理論相結(jié)合，提出一種切實(shí)可行的自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)，可以全面、實(shí)時(shí)、自動(dòng)的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。它的主要目標(biāo)要求四個(gè)內(nèi)容:可以進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)操作、具有四級(jí)調(diào)速、具有定時(shí)/定量操作、具有聲光報(bào)警系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示定量和定時(shí)時(shí)間。

整個(gè)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示， 為了達(dá)到系統(tǒng)要求，硬件應(yīng)該包括如下部分：LED指示電路，為了方便加料過(guò)程中指示當(dāng)前料位，本設(shè)計(jì)采用了數(shù)個(gè)單獨(dú)的LED來(lái)表示；數(shù)碼管電路，為了能直觀的看到倒計(jì)時(shí)時(shí)間以及料量的等級(jí)數(shù)，就需要一個(gè)顯示設(shè)備，而在單片機(jī)系統(tǒng)中，比較常見(jiàn)的顯示設(shè)備就是數(shù)碼管和液晶顯示器，相比較于液晶顯示器來(lái)說(shuō)，數(shù)碼管具有顯示簡(jiǎn)潔，成本低廉等諸多優(yōu)勢(shì)；按鍵電路，為了做到定時(shí)或定量的值可調(diào)，就需要有人機(jī)交互的操作，本設(shè)計(jì)采用了機(jī)械按鍵充當(dāng)此功能，通過(guò)按鍵設(shè)定定時(shí)的時(shí)間以及定量的檔位值。

步進(jìn)電機(jī)電路，當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)表示加料的過(guò)程開始，當(dāng)電機(jī)停止時(shí)，表示加料過(guò)程結(jié)束；同時(shí)，還可以根據(jù)案件來(lái)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

圖1　自動(dòng)加料設(shè)計(jì)框圖

4　SMT元器件自動(dòng)加料系統(tǒng)重點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)

4.1電機(jī)選型

工業(yè)控制領(lǐng)域使用的電機(jī)是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（stepping motor）——是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或直線位移的一種特殊電機(jī)，每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，它的運(yùn)動(dòng)形式是步進(jìn)式的所以稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，又由于它輸入的是脈沖電流，本設(shè)計(jì)采用四相步進(jìn)電機(jī)(圖1)。

圖2　步進(jìn)電機(jī)接線圖

由于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)需要比較大的驅(qū)動(dòng)電流，單純的IO口無(wú)法提供所需大小的電流，所以這里采用了驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003。

ULN2003的第一腳到第四腳分別接單片機(jī)的P30到P34，這四個(gè)腳是芯片的輸入引腳，第13到第16腳接步進(jìn)電機(jī)的四相，這四個(gè)腳是芯片的輸出引腳。

4.2人機(jī)對(duì)話

本設(shè)計(jì)中需要一系列的人機(jī)交互操作，比如定時(shí)/定量的設(shè)置，運(yùn)料的開始和結(jié)束等等，這些操作都采用按鍵來(lái)執(zhí)行，按鍵接線圖如圖3所示。

圖3　按鍵接線圖

本設(shè)計(jì)共采用了5個(gè)按鍵來(lái)完成這些復(fù)雜的動(dòng)作，五個(gè)按鍵分別接在單片機(jī)的P20，P21，P22，P23，P24，另一端都固定接地，當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí)，這些IO口讀取到的都是高電平，當(dāng)按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的IO口讀取到的是低電平。

S1的作用是進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，并且在定時(shí)和定量設(shè)置之間切換；S2的作用是在時(shí)鐘和分鐘之間進(jìn)行切換；S3的作用是對(duì)所設(shè)定的數(shù)字增一或者開始加料；S4的作用是對(duì)所設(shè)定的數(shù)字減一或停止加料；S5的作用是保存設(shè)置或者調(diào)整電機(jī)速度。

4.3蜂鳴器報(bào)警設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)要求當(dāng)加料的時(shí)間到了或者量已經(jīng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，需要有報(bào)警提示，所以這里采用蜂鳴器來(lái)作為提示音，蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器兩種，無(wú)源蜂鳴器需要采用脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)，而有源蜂鳴器只需要電平來(lái)驅(qū)動(dòng)，所以本設(shè)計(jì)采用有源蜂鳴器。

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DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.006