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2018-04-05 9页 doc 24KB 10阅读

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上传 自动贴片机驱动系统设计1上传 自动贴片机驱动系统设计1 目录 1前言 ................................................................... 1 2系统方案设计 ........................................................... 3 2.1 方案比较 .......................................................... 3 2.2 方案论证 ......................
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上传 自动贴片机驱动系统设计1 1前言 ................................................................... 1 2系统方案设计 ........................................................... 3 2.1 方案比较 .......................................................... 3 2.2 方案论证 .......................................................... 4 2.3方案选择 .......................................................... 4 3单元模块设计 ........................................................... 4 3.1电源电路 .......................................................... 5 3.2单片机最小系统 .................................................... 5 3.3光电检测电路 ...................................................... 7 3.4电机驱动电路 ...................................................... 7 3.5芯片介绍 .......................................................... 9 3.5.1 电源芯片LM2576 .............................................. 9 3.5.2 STC89C52单片机 ............................................. 10 3.5.3 电机驱动芯片L298N .......................................... 13 3.5.4光电传感器ST181介绍 ........................................... 14 3.5.5 28BYJ-48步进电机介绍 .......................................... 14 4软件设计 .............................................................. 16 4.1 软件设计所用工具 ................................................. 16 4.1.1 KEIL uVision4.0 ............................................ 16 4.2 软件设计结构图 ................................................... 17 4.3 主要软件设计程序 ................................................. 18 4.3.1 系统主程序 ................................................. 18 4.3.2 光电检测程序 ............................................... 19 4.3.3 28BYJ—48驱动程序 .......................................... 19 5系统调试 .............................................................. 21 6系统功能、指标参数 .................................................... 22 6.1 系统能实现的功能 ................................................. 22 6.2 指标参数设计与分析 ............................................... 22 7结论 .................................................................. 23 8和体会 ............................................................ 24 9谢辞 .................................................................. 25 10参考文献 ............................................................. 26 附录1系统原理图、PCB和实物图 ........................................... 27 附录2 系统参考程序 ..................................................... 29 附录3 外文翻译 ......................................................... 40 1前言 SMT技术,也就是我们常说的电子产品表面的贴装技术,它是随着现 代科技的快速进步的必然产物,是一种现代化的技术,SMT技术在现代工 业的各个方面都有触及,特别是在电子元器件表面贴装行业有着举足轻重 的地位,采用这种技术可以实现电子元器件的准确贴装。它是多种形式的 电子元器件定位然后安装在印制电路板 (PCB)的上面或其它基板的表面上, 再采用回流焊等方法固定元器件。 而贴片机是在SMT生产中流水线最重要,同时也是最复杂的一种工业设备。贴片机在工业生产中十分重要,它通常在灌胶机或网格印刷机后,它采用移动自动贴装头的方式将表面性的各种贴装元件精准地定位放在PCB盘上的一种工业设备。当代主流设备主要分为两种,一中是手动,一种是全自动。当需要实现高效高精度的自动地放置元器件时,往往采用的是全自动的贴片机。随着科学技术的发展,自动贴片机已经从早期出现的慢速纯机械形式的贴片机组件发展称为光学高速自动对中贴片机,而且向多功能、能实现柔性连接的模块化发展。 目前,贴片机发展十分迅速,主要的知名品牌有德国的西门子(Siemens)、中国的 格朗基地电、中国的拓扑索尔、日本的松下(Panasonic)等。 贴片机主要有以下分类,按速度分,分为中高到超高速型,这些贴片机一般都使用的是旋转式多头系统,使其速度能达到每小时四万片以上。按照功能分,可以分为高速和超高速的贴片机(所能贴装的元器件种类较少)以及多功能贴片机(贴装器件种类较多,并且能贴装许多体型较大的器件)。按照运动方式分配的话可以分为顺序式贴片机和同时式贴片机以及同时在线式贴片机,而顺序式贴片机在我们的日常生活中较为普 遍,这种贴片机是将电子元器件按固定的顺序和规律进行贴装,而同时式贴片机是使用一种专门的料斗,这种料斗一般是用来放置圆柱式元件,只需要一个工作的动作变实现了元件的贴装,但由于每次更换产品时,料斗也必须随之更换,具有一定的弊端,现在使用已经不多。按照自动化的 程度来分可以分为全自动的一体化贴片机和手动式贴片机,当今社会所使用的是大多是一体化全自动贴片机,手动贴片机需要手动进行旋转和定位,已经逐渐退出市场。 由此可见当前市场上有很多贴片机品牌,但不管是哪种品牌的贴片机,也不管是自动或手动,在设备上都有他们共通的地方,全自动化贴片机主要采用计算机控制的方式,并且是集光电一体化高精度的自动化工业设备,它的主要其组成部分主要有机体、自动喂料器、传送结构、吸嘴、光学系统、驱动系统、综合控制系统等。 在贴片机整个系统中,驱动系统占了很重要的地位,它主要控制供料平台,送料器,以及各个轴结构等,轴结构主要包括1.X轴:其主要功能是实现移动贴装头与平行于PCB板方向的传送。2.Y轴:主要功能是实现移动贴装头垂直于PCB板方向的传送。3.Z轴:主要控制贴装头的上下高度。4.R轴:主要控制贴装头的旋转。5.W轴:主要用于调整运输轨道的宽度。 在本次设计中,对贴片机驱动部分进行探究,系统主要包括稳压电路系统、52单片机系统、光电检测系统、步进电机驱动系统以及步进电机等。四个电机分别对应X轴、Y轴、Z轴以及控制传送带的W轴,本设计中,在单片机开机复位后,由光电检测系统检测到送料到位,并给单片机一个低电平中断信号,由单片机控制步进电机驱动系统,进而控制四个步进电机,以实现四轴按照预先设定的程序进行运动。 2系统方案设计 2.1 方案比较 方案一: LED贴片机的驱动系统主要完成检测位置信号,控制电机转动的功能。位置检测信号由光电传感器提供,当物料的位置放置正确之后,光电检测装置产生一个下降沿脉冲,单片机(STC89C52)检测到下降沿脉冲,触发一次外部中断,后续部件开始使能,整个系统开始工作。由于系统需要四个步进电机运作,步进电机1控制LED灯底板的进入与退出,步进电机2、3、4分别控制取料器的x,y,z运动。串口用于单片机与PC通信,下载程序和调试。方案一采用四个步进电机驱动板分别驱动四个步进电机。系统框图如图2.1所示。 电源模块 串口电机驱动电机驱动11 电机驱动电机驱动22步进电机步进电机11步进电机步进电机22 步进电机步进电机33 步进电机步进电机44 单片机电机驱动电机驱动33光电检测电机驱动电机驱动44 图2.1 四驱动方案系统框图 方案二:只是用一个步进电机驱动板,用四组继电器完成四个电机的分别驱动过程。单片机检测到光电传感器传输过来的信号,系统开始工作。单片机分别控制四组继电器的开断来确定哪一个电机与电机驱动板联通,这就需要每组四个继电器控制四路电机信号,共四个电机所以需要16个继电器来完成整个系统的控制。系统框图如图2.2所示。 图2.2 四组继电器驱动方案 2.2 方案论证 方案一:每个电机都有一个电机驱动,每个电机驱动需要单片机的4 个IO口来控制转动信号,共需要4x4=16个IO口来控制,每个驱动的控制是相互独立的。 方案二:不同于方案一的地方是四个电机共用一个电机驱动,而电机与电机驱动信号的连接是通过继电器来连接的,共4组继电器,每个继电器组又有4个继电器,每组的继电器共用一个通断信号,所以继电器共需要单片机4个IO口来提供驱动信号,再加上电机驱动需要单片机4个IO口,共需要8个IO口就能完成系统电机转动部分控制。注意每一时刻只能导通一组继电器。例如给继电器组1导通信号,此时电机驱动就控制步进电机1。 2.3方案选择 方案一实现起来简单,信号不会相互干扰,可以实现多个电机可以同时控制,节省时间,但是电路实现较为复杂。方案二能够使用较少的IO口,最大限度的使用电机驱动板,节省资源,但是每次只能控制一个电机。 为了能够提升系统的速度,加快生产效率,在综合考虑到实际应用效果、测量指标要求、数据量大小、成本等诸多方面因素,方案一较方案二来说具有明显的优势,能够克服方案二的不足,同样也能完全达到系统要求。因此选择方案一作为我此次设计方案。 3单元模块设计 3.1电源电路 在这次的电源电路部分,我们为整个电路的供电提供了两种模式,一种用5V电压直接对整个电路供电;一种是外接12—40V电压,此时就需要设计一个稳压的电源电路。 在此对稳压电路进行一定说明,在整个系统中,主控芯片STC89C52的供电电压为5V,系统所使用的步进电机驱动芯片L298N以及步进电机28BYJ-48的工作电压均为+5V,鉴于系统有四个步进电机需要驱动,所使用的电流较大,所以在这里选用LM2576-5这一电源稳压芯片。稳压电路如图3.1所示。 图3.1 稳压电路原理图 3.2单片机最小系统 系统的主控芯片为STC89C52单片机。可以将该芯片类比于控制或指挥人体工作运转的大脑, 但是要想使得该芯片能够正常工作必须要外接一些硬件电路才行,由此搭建出STC89C52单片机的最小系统,而其的重要性亦不言而喻。STC89C52单片机最小系统如图3.2所示。 图3.2 单片机最小系统电路 单片机在执行复位命令以前,单片机的复位端口必须产生多个的高电平输出。若复位引脚(RST)一直为“1”时,则CPU一直处于复位状态。按照实际情况,复位可以分为两种,即开关进行复位和通电进行复位。图3.3所示为手动(开关)复位电路。 图3.3手动(开关)复位电路 (1)复位后状态: ?复位后PC的为0000H,程序开始执行的值为0000H。 ?当SP值等于07H时,这表示堆栈底部当前处于07H处,此时需要重新设定SP的值。 ?若我们假设P0-P3口的当前值为FFH。如果输入口需要采用P0-P3端口时,必须先输出高电平给这个端口。当单片机复位后, 此时已经将P0-P3口每一端线置为“1”。 (2)WDT 的溢出会导致该引脚输出高电平。 STC89C52RC芯片内部有一个高增益的反相放大器,这个放大器主要用来构成内部振荡器的主要是一个高增益的反相放大器。它与晶振一起产生的振荡电路图参见下图3.4。 图3.4 时钟自激震荡电路 单片机内部有属于自己的振荡器,在外部晶振电路共同作用时,会放出一定量的偕波,这样的话不利于时钟振荡器的稳定性。这时就需要在振荡器的两端处连接上两个 图3.5 晶振电路 3.3光电检测电路 在实际的生产过程中,在送料器部分还有一套完整的光电检测系统,用以检测送料器部分送料已经到位,这是在可以进行下一步的贴装工作。在本次设计中,由于是探究贴片机的驱动系统部分,因此对于具体的光电检测部分不做深入研究。在此,将光电检测部分简化为一个光电检测电路,电路以光电二极管ST181为核心。在单片机控制系统通电复位后,光电检测电路检测到送料器部分已经送料到位,则给单片机输入一个低电平的中断信号,由单片机开始执行预先设定好的程序,进行脉冲信号的输送,进而控制步进电机运动。光电检测部分电路图如下 图3.6 光电检测电路 3.4电机驱动电路 在本次的设计中,采用步进电机型号为28BYJ-48,由于单片机所发出 的脉冲信号强度很弱,不足以驱动步进电机运动,因此需要在步进电机与单片机之间加入一个信号放大电路,也就是电机驱动电路。在电路驱动电路设计中,主要采用的是主控芯片L298N。 由于步进电机工作时有时会出现电压不稳的现象,可能会损坏单片机,同时也为了 第 7 页 防止步进电机与上位机之间的信号之间产生干扰,因此需要在电机芯片与单
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