基于机电一体化的流水线自动送板机的设计

　　0 引言

　　随着IT技术的发展，对信息产品的需求也越来越旺盛，导致信息产品的生产一直处于一个高水平发展的轨道上。我国已成为世界制造业中心，信息产品制造业功不可没。但与之对应的制造装备和生产水平与发达国家相比，却有着较大的差距。很多高档设备仍需要大量从国外进口。本文提出了采用微电脑技术和机电一体化技术的电子产品制造流水线上使用的自动送板机的设计方案。下面给出了自动送板机硬件系统、软件系统以及仿真分析结果。

　　1 硬件系统

　　本系统的硬件系统如图1所示。主要由信号输入电路、按键电路、电源电路、微电脑控制器、显示电路、驱动电路组成。

　　

　　1.1 信号输入电路

　　本部分电路主要完成对输入信号的调理，然后传送给中央处理器。输入信号主要有下位机(自动帖片机或自动插装机)的送板信号：当下位机空闲时，会给出一个本机空闲信号，供上位机对本机的工作状态进行判断;各传感器发送的信号：传感器信号主要有PCB板周转箱(以下简称周转箱)在位信号、周转箱卡紧信号、周转箱的上/下限位置信号、推板气缸到位信号等。

　　1.2 按键电路

　　主要有上行、下行、板间距选择、启动、停止等按键。上、下行键主要用于手动控制电机，进而驱动控制周转箱托架沿丝杠付行走，上行键主要用于控制周转箱托架上行，一般是在启用新周转箱时，用于确定其起始与终止工作位置，也用于未放满PCB板的周转箱起始与终止位置的设置。板间距选择键是设置周转箱内PCB板之间的间距，默认值为1格，每按一下该键，间距加1。当起始位置和间距设定好后，按启动键，系统按程序设定自动运行。停止键用于紧急情况时的电机停止控制。由于按键不多，电路采用按键与MCU的I/O口直接相连接的方法。

　　1.3 电源电路

　　本系统控制、驱动和执行部分采用直流电源，主要有+5V、+12V、+36V。采用开关电源产生所需要的各直流电。

　　1.4 微电脑控制器

　　这是本系统的核心部分，综合考虑系统的需要、性价比和市场占有率，采用ATMEL公司的8位单片机AT89C51作为主控制器。AT89C51是一种带4K字节闪存的低电压、高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪存组合在单个芯片中，是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活而价廉的方案。

　　1.5 显示电路

　　显示电路主要完成系统各部分工作状态的显示。显示内容主要有：工作状态(上行、下行、待机)、板间距、报警等。

　　1.6 驱动电路

　　本部分电路主要完成对各执行机构的驱动，驱动对象主要有丝杠付和3个气缸。丝杠付主要承担对周转箱托架的提升和降落，考虑到提升重量和控制精度，选择采用步进电机对丝杠付进行驱动。由中央控制器产生相应的步进控制信号，经过前置和功率放大电路，驱动步进电机。3个气缸的作用主要是：一个用来实现对到位的PCB板，前推至下位机入口轨道处，另两个用来把周转箱托架卡紧在丝杠付上，保证运行中周转箱托架的固定。

　　2 软件系统

　　软件系统主要由主程序、按键子程序、显示子程序、步进电机驱动子程序、延时子程序等构成。分述如下：

　　2.1 主程序

　　主程序的主要功能是循环调用显示子程序、按键子程序，查询各输入信号状态，根据按键设定的各种参数和各输入信号状态控制各执行机构，完成对PCB周转箱托架系统的传动控制，以及对PCB板的有序传送，判别系统运行状态是否异常，并及时报警或解除报警。主程序框图如图2所示。

　　

　　2.2 按键子程序

　　根据按键电路结构，采用独立式直接读取法。由主程序按优先级顺序，周期性查询各相关I/O口状态，并将其保存在特定存贮器内，供主程序需要时查找和使用。

　　2.3 显示子程序

　　根据设定的参数，及时更新各指示器状态的存贮数据，根据主程序调用指令，将存贮的显示数据输出给各显示驱动电路，特别是当系统运行异常时，根据系统运行异常报警信号，驱动报警灯闪烁。

　　2.4 驱动子程序

　　驱动子程序主要负责生成步进电机驱动器所需要的信号。当上行键或下行键按下，或者根据主程序运行结果，需要提升或降落周转箱托架，主程序会调用步进电机驱动子程序。步进电机采用三相六拍工作方式，根据丝杠付螺纹间距，计算出步进电机每步进程，再根据周转箱板间距，确定不同工况下，步进电机的正/反转步数，这些步数保存在各相应存贮器里，供主程序调用驱动子程序时使用。图3和图4分别为步进电机三相六拍工作方式时驱动信号的状态图和时序图。

　　

　　3 结论

　　根据以上系统硬件和软件结构，制作出相应的PCB电路板和程序，同时委托机械加工企业制作出配套的机械结构。经实际运行，表明本系统能很好地与自动插装机配套协调工作，完成为下位机自动送板的任务。