基于單片機SMT元器件自動加料系統的設計

王敏

摘 要：SMT元器件因其小、輕，制作高精度的要求，導致手工上料可行性低，尤其是當今SMT作業對ESD要求甚高，而手工作業已經無法繼續被沿用，故非常有必要設計一套自動化、智能化的系統來完成STM元器件的自動化加料。隨著微機測量和控制技術的迅速發展與廣泛應用，以單片機為核心的自動加料系統的研發與應用在很大程度上改善了工廠的生產和生活，尤其是為企業節約成本，減少人力方面起到了不可估量的作用。本設計論述了一種以單片機為主控制單元的工廠自動加料系統，在精度和性能上和生產力上都有很大的提升。

關鍵詞：單片機；自動加料系統；設計

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

1 引言

面對當前電子產業對自動化生產的程度越來越高，尤其是以SMT元器件的制造型企業，因其產品的特性導致，手工作業不管是品質上和性能上都無法跟得上國際前沿的發展，特別是目前操作過程中的ESD高要求、操作疲勞、協調作業等因素使得手工作業存在了很大的局限性，如容易發生誤操作，生產不合格等等。使得生產率大大下降，所以對于自動化的改造將會大大提高產品的生產效率以及產品的成品率及公司的競爭能力，同時降低公司的生產成本，對于公司發展具有重大意義。

2 SMT元器件自動加料現狀

2.1 精度低

我們知道現代電子企業尤其是微小SMT元器件自動上料過程中經常出現拋料、上料偏斜等現象，從而導致貼片不良等品質問題，導致客戶端抱怨不斷，這是當前電子領域普遍面臨的困境。

2.2 加料完畢后，無提示

目前很多企業采用的自動加料設備當原材料加完后，機器則停止運轉，無報警或者警示燈提示，導致一般加完料后，如果管理人員管理疏忽，則導致不必要的工時浪費或者機器等待時間。

3 SMT元器件自動加料系統的設計

為了解決電子企業SMT元器件的自動加料控制系統，本設計將傳感器技術，數碼管顯示技術以及點擊控制技術等相互融合，將自動加料的多種控制和單片機控制理論相結合，提出一種切實可行的自動加料機控制系統，可以全面、實時、自動的對系統進行控制。它的主要目標要求四個內容：可以進行手動和自動操作、具有四級調速、具有定時/定量操作、具有聲光報警系統、數碼管顯示定量和定時時間。

整個設計框圖如圖1所示， 為了達到系統要求，硬件應該包括如下部分：LED指示電路，為了方便加料過程中指示當前料位，本設計采用了數個單獨的LED來表示；數碼管電路，為了能直觀的看到倒計時時間以及料量的等級數，就需要一個顯示設備，而在單片機系統中，比較常見的顯示設備就是數碼管和液晶顯示器，相比較于液晶顯示器來說，數碼管具有顯示簡潔，成本低廉等諸多優勢；按鍵電路，為了做到定時或定量的值可調，就需要有人機交互的操作，本設計采用了機械按鍵充當此功能，通過按鍵設定定時的時間以及定量的檔位值。

步進電機電路，當電機開始運轉時表示加料的過程開始，當電機停止時，表示加料過程結束；同時，還可以根據案件來調整電機的轉速。

4 SMT元器件自動加料系統重點模塊設計

4.1 電機選型

工業控制領域使用的電機是步進電動機（stepping motor）——是將電脈沖信號轉換為相應的角位移或直線位移的一種特殊電機，每輸入一個電脈沖信號電機就轉動一個角度，它的運動形式是步進式的所以稱為步進電動機，又由于它輸入的是脈沖電流，本設計采用四相步進電機（圖1）。

由于步進電機運轉需要比較大的驅動電流，單純的IO口無法提供所需大小的電流，所以這里采用了驅動芯片ULN2003。

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

4.2 人機對話

本設計中需要一系列的人機交互操作，比如定時/定量的設置，運料的開始和結束等等，這些操作都采用按鍵來執行，按鍵接線圖如圖3所示。

本設計共采用了5個按鍵來完成這些復雜的動作，五個按鍵分別接在單片機的P20，P21，P22，P23，P24，另一端都固定接地，當按鍵沒有按下時，這些IO口讀取到的都是高電平，當按鍵按下時，對應的IO口讀取到的是低電平。

S1的作用是進入設置狀態，并且在定時和定量設置之間切換；S2的作用是在時鐘和分鐘之間進行切換；S3的作用是對所設定的數字增一或者開始加料；S4的作用是對所設定的數字減一或停止加料；S5的作用是保存設置或者調整電機速度。

4.3 蜂鳴器報警設計

本設計要求當加料的時間到了或者量已經達到設定值時，需要有報警提示，所以這里采用蜂鳴器來作為提示音，蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器兩種，無源蜂鳴器需要采用脈沖來驅動，而有源蜂鳴器只需要電平來驅動，所以本設計采用有源蜂鳴器。

參考文獻：

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