基于单片机SMT元器件自动加料系统的设计

2016-01-04王敏

山东工业技术 2016年1期

王敏

摘要：SMT元器件因其小、轻，制作高精度的要求，导致手工上料可行性低，尤其是当今SMT作业对ESD要求甚高，而手工作业已经无法继续被沿用，故非常有必要设计一套自动化、智能化的系统来完成STM元器件的自动化加料。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的自动加料系统的研发与应用在很大程度上改善了工厂的生产和生活，尤其是为企业节约成本，减少人力方面起到了不可估量的作用。本设计论述了一种以单片机为主控制单元的工厂自动加料系统，在精度和性能上和生产力上都有很大的提升。

关键词：单片机；自动加料系统；设计

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

1 引言

面对当前电子产业对自动化生产的程度越来越高，尤其是以SMT元器件的制造型企业，因其产品的特性导致，手工作业不管是品质上和性能上都无法跟得上国际前沿的发展，特别是目前操作过程中的ESD高要求、操作疲劳、协调作业等因素使得手工作业存在了很大的局限性，如容易发生误操作，生产不合格等等。使得生产率大大下降，所以对于自动化的改造将会大大提高产品的生产效率以及产品的成品率及公司的竞争能力，同时降低公司的生产成本，对于公司发展具有重大意义。

2 SMT元器件自动加料现状

2.1 精度低

我们知道现代电子企业尤其是微小SMT元器件自动上料过程中经常出现抛料、上料偏斜等现象，从而导致贴片不良等品质问题，导致客户端抱怨不断，这是当前电子领域普遍面临的困境。

2.2 加料完毕后，无提示

目前很多企业采用的自动加料设备当原材料加完后，机器则停止运转，无报警或者警示灯提示，导致一般加完料后，如果管理人员管理疏忽，则导致不必要的工时浪费或者机器等待时间。

3 SMT元器件自动加料系统的设计

为了解决电子企业SMT元器件的自动加料控制系统，本设计将传感器技术，数码管显示技术以及点击控制技术等相互融合，将自动加料的多种控制和单片机控制理论相结合，提出一种切实可行的自动加料机控制系统，可以全面、实时、自动的对系统进行控制。它的主要目标要求四個內容：可以进行手动和自动操作、具有四级调速、具有定时/定量操作、具有声光报警系统、数码管显示定量和定时时间。

整个设计框图如图1所示，为了达到系统要求，硬件应该包括如下部分：LED指示电路，为了方便加料过程中指示当前料位，本设计采用了数个单独的LED来表示；数码管电路，为了能直观的看到倒计时时间以及料量的等级数，就需要一个显示设备，而在单片机系统中，比较常见的显示设备就是数码管和液晶显示器，相比较于液晶显示器来说，数码管具有显示简洁，成本低廉等诸多优势；按键电路，为了做到定时或定量的值可调，就需要有人机交互的操作，本设计采用了机械按键充当此功能，通过按键设定定时的时间以及定量的档位值。

步进电机电路，当电机开始运转时表示加料的过程开始，当电机停止时，表示加料过程结束；同时，还可以根据案件来调整电机的转速。

4 SMT元器件自动加料系统重点模块设计

4.1 电机选型

工业控制领域使用的电机是步进电动机（stepping motor）——是将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的一种特殊电机，每输入一个电脉冲信号电机就转动一个角度，它的运动形式是步进式的所以称为步进电动机，又由于它输入的是脉冲电流，本设计采用四相步进电机（图1）。

由于步进电机运转需要比较大的驱动电流，单纯的IO口无法提供所需大小的电流，所以这里采用了驱动芯片ULN2003。

ULN2003的第一脚到第四脚分别接单片机的P30到P34，这四个脚是芯片的输入引脚，第13到第16脚接步进电机的四相，这四个脚是芯片的输出引脚。

4.2 人机对话

本设计中需要一系列的人机交互操作，比如定时/定量的设置，运料的开始和结束等等，这些操作都采用按键来执行，按键接线图如图3所示。

本设计共采用了5个按键来完成这些复杂的动作，五个按键分别接在单片机的P20，P21，P22，P23，P24，另一端都固定接地，当按键没有按下时，这些IO口读取到的都是高电平，当按键按下时，对应的IO口读取到的是低电平。

S1的作用是进入设置状态，并且在定时和定量设置之间切换；S2的作用是在时钟和分钟之间进行切换；S3的作用是对所设定的数字增一或者开始加料；S4的作用是对所设定的数字减一或停止加料；S5的作用是保存设置或者调整电机速度。

4.3 蜂鸣器报警设计

本设计要求当加料的时间到了或者量已经达到设定值时，需要有报警提示，所以这里采用蜂鸣器来作为提示音，蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种，无源蜂鸣器需要采用脉冲来驱动，而有源蜂鸣器只需要电平来驱动，所以本设计采用有源蜂鸣器。