全自动贴片机电动飞达电控模块研制

    随着电子工业的飞速发展，贴片设备已被广泛应用于大规模电子产品组装生产上，分为自动和手动2种，而全自动贴片机是电子组装行业的发展方向。

    供料器FEEDER（飞达）是贴片机的一个重要部件，目前，供料器基本采用的是气动工作方式，就是行业所说的气动飞达。随着电子产品的发展，要求贴片机向速度更快、精度更高和柔性连接模块化发展。气动飞达是纯机械结构，各型号间不能替换，速度和精度都不能满足全自动贴片机发展的要求，而电动飞达就是替代气动飞达的产品。目前，进口高端贴片机使用电动飞达。

1  电动飞达的优点

1.1  提高产能

    电子马达可以微调进给料距离，解决机械飞达使用中不同步贴装的问题，节约了大量的换料和调机时间。

1.2  节约成本

    使用机械飞达，容易因磁化、气缸不良等原因引发工作误差。而电动飞达精度高，能够有效解决贴片机贴片零件翻件、侧立、送料不到位、抛料等问题。

1.3  通用性

    电动飞达用单片机控制，可以通过调整工作参数用于不同型号的贴片机上。

1.4  高安全性

    机械飞达加装保护装置，结构复杂、难实现，而电动飞达是电气控制的，容易加装保护装置，能够避免因外部问题而造成的设备维修损失。

1.5  人机对话

    电动飞达可以实时监控每支飞达的贴装数量，可作为设备数据库分析使用。

2  电动飞达的结构

2.1 飞达的主要结构

    飞达包括变速皮带、马达、齿轮、卷取齿轮、加块和控制电路板等部分。

2.2  飞达端口说明

    飞达采用14Pin易插式插头与机台连接，端口通讯协议如下：引脚1为（24 V）外部供电24 V；引脚2为（NC）空脚；引脚3为（GND）外部供电0 V；引脚4为（NC）空脚；引脚5为（CHECK）飞达状态指示，上电默认低电平，当自动吐料几个后至为高电平；引脚6为（WRITE）写飞达数据控制，高电平有效，与PLUS同时为高电平时，可修改飞达内部数据；引脚7为（PLUS）进给脉冲，高电平有效；引脚8为（RUN）运行指示，飞达运转中输出低电平，待机时高电平；引脚9为（ALM）故障输出，飞达有故障时输出低电平；引脚10为（CONT）飞达插入确认，连接飞达插入保护开关，插入后与GND短接；引脚11为（GND）外部供电0 V；引脚12为（TXD）串口数据发送，TTL电平，逻辑反向；引脚13为（RXD）串口数据接收，TTL电平，逻辑反向；引脚14为（FG）地线，连接外壳。

3  飞达电控模块方案设计

    方案一：采用AVR单片机和A3977步进电机驱动芯片来控制步进电机。

    方案二：采用ARM7控制ULN2003达林顿集成驱动芯片驱动步进电机。

4  方案论证

4.1  方案一

    方案一采用AVR单片机和A3977来控制四相的步进电机。

单片机AVR采用Atmel公司的ATmega16，它是8位程序存储器的单片机。采用AVR单片机与普通的51单片机相比，AVR的运算速度更快，并且有非常丰富的片内资源。单片机通过串口接受上位机PC发来的指令，根据命令执行任务，完成任务后把信息再回传给上位机。

    芯片A3977是Allegro公司开发专门用于双极型步进电机的微步进电机驱动集成电路，稳定性高，最大功率可接近90 W，电流输出约2.5 A，其内部集成有步进和直接译码接口、正反转控制电路、双H桥驱动等。为了提高其稳定性，该芯片电源VCC通过外接电源直接提供，与单片机电源分开供电，其输出端直接与四相步进电机相连。该驱动芯片的控制信号由AVR单片机提供。

4.2  方案二

    方案二采用ARM7控制ULN2003达林顿集成驱动芯片驱动步进电机。

    ARM7采用的是PHILIPS公司基于ARM7 TDMI-S核、单电源供电、LQFP64封装的LPC2131。该芯片的特点是：①处理速度快，功耗低；②支持双指令集，能兼容8位/16位器件；③指令执行速度更快；④大多数数据操作都在寄存器中完成；⑤寻址方式灵活、简单；⑥指令长度固定等。

    由于LPC2131的GPIO驱动能力有限，所以，必须通过ULN2003达林顿集成驱动芯片驱动步进电机。ULN2003芯片由7个硅NPN达林顿管组成，工作电流大，工作电压高，能够在关态时承受50 V的电压。在使用过程中，需在步进电机与驱动电路间连接电阻，防止控制紊乱而造成电机被损坏的情况发生。

5  总结

    方案一的优点是，AVR单片机使用精简指令，专用驱动芯片控制步进电机，结构简洁，容易实现；缺点是，处理速度慢，与上位机数据交换实时性差。

    方案二的优点是，处理器速度快，实时性好；缺点是开发成本比较高，开发难度比较大。

    在实际操作时，先选择方案一，如果实际测试达不到要求，再按照方案二设计。

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作者简介：何善印（1982—），男，主要从事工业自动化教学与研究方面的工作。

〔编辑：白洁〕