全自動貼片機電動飛達電控模塊研制

摘 要：簡要闡述了電動飛達在貼片機上的應用優(yōu)勢，介紹了電動飛達的機構(gòu)，重點論述了飛達電控模塊方案，對比采用AVR單片機和ARM7控制方案，分析了2種方案的優(yōu)缺點及其具體應用注意事項，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：電動飛達；AVR單片機；ARM7；電控模塊

中圖分類號：TM910.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.11.112

隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，貼片設備已被廣泛應用于大規(guī)模電子產(chǎn)品組裝生產(chǎn)上，分為自動和手動2種，而全自動貼片機是電子組裝行業(yè)的發(fā)展方向。

供料器FEEDER（飛達）是貼片機的一個重要部件，目前，供料器基本采用的是氣動工作方式，就是行業(yè)所說的氣動飛達。隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，要求貼片機向速度更快、精度更高和柔性連接模塊化發(fā)展。氣動飛達是純機械結(jié)構(gòu)，各型號間不能替換，速度和精度都不能滿足全自動貼片機發(fā)展的要求，而電動飛達就是替代氣動飛達的產(chǎn)品。目前，進口高端貼片機使用電動飛達。

1 電動飛達的優(yōu)點

1.1 提高產(chǎn)能

電子馬達可以微調(diào)進給料距離，解決機械飛達使用中不同步貼裝的問題，節(jié)約了大量的換料和調(diào)機時間。

1.2 節(jié)約成本

使用機械飛達，容易因磁化、氣缸不良等原因引發(fā)工作誤差。而電動飛達精度高，能夠有效解決貼片機貼片零件翻件、側(cè)立、送料不到位、拋料等問題。

1.3 通用性

電動飛達用單片機控制，可以通過調(diào)整工作參數(shù)用于不同型號的貼片機上。

1.4 高安全性

機械飛達加裝保護裝置，結(jié)構(gòu)復雜、難實現(xiàn)，而電動飛達是電氣控制的，容易加裝保護裝置，能夠避免因外部問題而造成的設備維修損失。

1.5 人機對話

電動飛達可以實時監(jiān)控每支飛達的貼裝數(shù)量，可作為設備數(shù)據(jù)庫分析使用。

2 電動飛達的結(jié)構(gòu)

2.1 飛達的主要結(jié)構(gòu)

飛達包括變速皮帶、馬達、齒輪、卷取齒輪、加塊和控制電路板等部分。

2.2 飛達端口說明

飛達采用14Pin易插式插頭與機臺連接，端口通訊協(xié)議如下：引腳1為（24 V）外部供電24 V；引腳2為（NC）空腳；引腳3為（GND）外部供電0 V；引腳4為（NC）空腳；引腳5為（CHECK）飛達狀態(tài)指示，上電默認低電平，當自動吐料幾個后至為高電平；引腳6為（WRITE）寫飛達數(shù)據(jù)控制，高電平有效，與PLUS同時為高電平時，可修改飛達內(nèi)部數(shù)據(jù)；引腳7為（PLUS）進給脈沖，高電平有效；引腳8為（RUN）運行指示，飛達運轉(zhuǎn)中輸出低電平，待機時高電平；引腳9為（ALM）故障輸出，飛達有故障時輸出低電平；引腳10為（CONT）飛達插入確認，連接飛達插入保護開關(guān)，插入后與GND短接；引腳11為（GND）外部供電0 V；引腳12為（TXD）串口數(shù)據(jù)發(fā)送，TTL電平，邏輯反向；引腳13為（RXD）串口數(shù)據(jù)接收，TTL電平，邏輯反向；引腳14為（FG）地線，連接外殼。

3 飛達電控模塊方案設計

方案一：采用AVR單片機和A3977步進電機驅(qū)動芯片來控制步進電機。

方案二：采用ARM7控制ULN2003達林頓集成驅(qū)動芯片驅(qū)動步進電機。

4 方案論證

4.1 方案一

方案一采用AVR單片機和A3977來控制四相的步進電機。

單片機AVR采用Atmel公司的ATmega16，它是8位程序存儲器的單片機。采用AVR單片機與普通的51單片機相比，AVR的運算速度更快，并且有非常豐富的片內(nèi)資源。單片機通過串口接受上位機PC發(fā)來的指令，根據(jù)命令執(zhí)行任務，完成任務后把信息再回傳給上位機。

芯片A3977是Allegro公司開發(fā)專門用于雙極型步進電機的微步進電機驅(qū)動集成電路，穩(wěn)定性高，最大功率可接近90 W，電流輸出約2.5 A，其內(nèi)部集成有步進和直接譯碼接口、正反轉(zhuǎn)控制電路、雙H橋驅(qū)動等。為了提高其穩(wěn)定性，該芯片電源VCC通過外接電源直接提供，與單片機電源分開供電，其輸出端直接與四相步進電機相連。該驅(qū)動芯片的控制信號由AVR單片機提供。

4.2 方案二

方案二采用ARM7控制ULN2003達林頓集成驅(qū)動芯片驅(qū)動步進電機。

ARM7采用的是PHILIPS公司基于ARM7 TDMI-S核、單電源供電、LQFP64封裝的LPC2131。該芯片的特點是：①處理速度快，功耗低；②支持雙指令集，能兼容8位/16位器件；③指令執(zhí)行速度更快；④大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；⑤尋址方式靈活、簡單；⑥指令長度固定等。

由于LPC2131的GPIO驅(qū)動能力有限，所以，必須通過ULN2003達林頓集成驅(qū)動芯片驅(qū)動步進電機。ULN2003芯片由7個硅NPN達林頓管組成，工作電流大，工作電壓高，能夠在關(guān)態(tài)時承受50 V的電壓。在使用過程中，需在步進電機與驅(qū)動電路間連接電阻，防止控制紊亂而造成電機被損壞的情況發(fā)生。

5 總結(jié)

方案一的優(yōu)點是，AVR單片機使用精簡指令，專用驅(qū)動芯片控制步進電機，結(jié)構(gòu)簡潔，容易實現(xiàn)；缺點是，處理速度慢，與上位機數(shù)據(jù)交換實時性差。

方案二的優(yōu)點是，處理器速度快，實時性好；缺點是開發(fā)成本比較高，開發(fā)難度比較大。

在實際操作時，先選擇方案一，如果實際測試達不到要求，再按照方案二設計。

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作者簡介：何善?。?982—），男，主要從事工業(yè)自動化教學與研究方面的工作。

〔編輯：白潔〕