基于單片機(jī)的序列打螺絲設(shè)備的設(shè)計(jì)概述

江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院 蘇紅衛(wèi)

基于單片機(jī)的序列打螺絲設(shè)備的設(shè)計(jì)概述

江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院 蘇紅衛(wèi)

在電子設(shè)備的生產(chǎn)過程中，特別是一些有較多螺絲的產(chǎn)品生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)漏打、錯(cuò)打螺絲的情況。本文給出了序列打螺絲設(shè)備的設(shè)計(jì)及其控制方法，其中序列打螺絲設(shè)備包括治具板和控制器；本設(shè)計(jì)中的序列打螺絲設(shè)備通過控制器控制電動(dòng)起子啟動(dòng)，將螺絲送入空心導(dǎo)柱，確保螺絲打在待打螺絲設(shè)備對(duì)應(yīng)孔內(nèi)。序列打螺絲設(shè)備的使用能夠有效避免漏打、錯(cuò)打螺絲的現(xiàn)象發(fā)生，并能夠快速定位螺絲孔，有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

序列打螺絲設(shè)備；治具板；控制器；控制方法

引言

在電子設(shè)備的生產(chǎn)過程中，目前沒有一種能夠預(yù)防打錯(cuò)螺絲的設(shè)備，因此在打螺絲的過程中，特別是一些需要打大量螺絲的設(shè)備中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)漏打、錯(cuò)打螺絲的現(xiàn)象。而漏打、錯(cuò)打螺絲最會(huì)造成電子設(shè)備安裝不牢固或直接致電子設(shè)備損害，進(jìn)而引發(fā)電子設(shè)備出現(xiàn)功能故障。本文提出了一種預(yù)防打錯(cuò)螺絲設(shè)備-序列打螺絲設(shè)備及其控制方法的設(shè)計(jì)，來解決現(xiàn)有的人工控制打螺絲中容易出現(xiàn)漏打、錯(cuò)打以及效率低的問題。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括序列打螺絲設(shè)備（包括治具板和控制器）及其控制方法。

序列打螺絲設(shè)備中，治具板包括PCB、固定PCB的亞克力板、第一連接器和第二連接器；PCB設(shè)置在亞克力板下面，在PCB上設(shè)置通孔，通孔與待打螺絲設(shè)備的螺絲孔相對(duì)應(yīng)；在通孔上設(shè)置空心導(dǎo)柱，在亞克力板上設(shè)置避讓空心導(dǎo)柱的避讓孔，空心導(dǎo)柱穿過避讓孔與亞克力板連接；在空心導(dǎo)柱的對(duì)應(yīng)位置設(shè)置與空心導(dǎo)柱相對(duì)應(yīng)的指示燈，且空心導(dǎo)柱與第一連接器相連，指示燈與第二連接器相連，通過第一連接器和第二連接器分別將空心導(dǎo)柱和指示燈與控制器相連，控制器通過PCB獲取空心導(dǎo)柱的狀態(tài)并控制指示燈，通過指示燈確定打螺絲的位置。

利用上述序列打螺絲設(shè)備進(jìn)行打螺絲時(shí)，控制方法及過程為：首先，將治具板放置在待打螺絲設(shè)備上，控制器控制電動(dòng)起子啟動(dòng)；然后，電動(dòng)起子將螺絲送入空心導(dǎo)柱，并依次穿過亞克力板上的避讓孔和PCB上的通孔，將螺絲打在待打螺絲設(shè)備的對(duì)應(yīng)螺絲孔內(nèi)；最后，控制器通過PCB獲取當(dāng)前空心導(dǎo)柱的狀態(tài)，來控制指示燈點(diǎn)亮或者熄滅。

利用序列打螺絲設(shè)備（包括治具板和控制器）和其控制方法的設(shè)計(jì)，能夠有效避免漏打、錯(cuò)打螺絲現(xiàn)象的發(fā)生，提升產(chǎn)品的質(zhì)量和客戶滿意度，并且能夠快速定位螺絲孔，有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

2.治具板的設(shè)計(jì)

序列打螺絲設(shè)備中的治具板包括PCB（圖1中未畫出）、固定PCB的亞克力板11、第一連接器12和第二連接器13；其中，PCB設(shè)置在亞克力板11下面，在PCB上設(shè)置有通孔（圖中未畫出），通孔與待打螺絲設(shè)備的螺絲孔相對(duì)應(yīng)。

在通孔上設(shè)置有空心導(dǎo)柱14，在亞克力板11上設(shè)置有避讓空心導(dǎo)柱的避讓孔15，空心導(dǎo)柱14穿過避讓孔15與亞克力板11連接；在空心導(dǎo)柱14的對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有與空心導(dǎo)柱14相對(duì)應(yīng)的指示燈16，且空心導(dǎo)柱14與第一連接器12相連，指示16燈與第二連接器13相連，通過第一連接器12和第二連接器13分別將空心導(dǎo)柱14和指示燈16與控制器相連，控制器通過PCB獲取空心導(dǎo)柱14的狀態(tài)并控制指示燈16，通過指示燈16確定打螺絲的位置。

需要說明的是，空心導(dǎo)柱14與指示燈16均分別通過PCB與第一連接器12和第二連接器13相連，因此，圖中并未示出具體的連接關(guān)系；此外，空心導(dǎo)柱14與指示燈16一一對(duì)應(yīng)，并不要求在空心導(dǎo)柱的某個(gè)具體位置設(shè)置指示燈。

11-亞克力板 12-第一連接器 13-第二連接器14-空心導(dǎo)柱 15-避讓孔 16-指示燈

圖1 治具板結(jié)構(gòu)示意圖

3.控制器的設(shè)計(jì)

序列打螺絲設(shè)備中的控制器包括電源模塊、控制模塊和接口模塊。其中，電源模塊分別與控制模塊和接口模塊相連，它將輸入的220V交流電經(jīng)過變壓、整流和穩(wěn)壓后輸出5V直流電，供控制模塊和接口模塊使用。

圖2 控制器邏輯結(jié)構(gòu)框圖

接口模塊包括第一接口和第二接口；其中，第一接口與治具板中的第一連接器12相連，控制模塊通過第一接口獲取空心導(dǎo)柱14的狀態(tài)；第二接口與治具板中的第二連接器13相連，控制模塊根據(jù)空心導(dǎo)柱14的狀態(tài)并通過第二接口控制指示燈16點(diǎn)亮或者熄滅。另外，接口模塊還包括繼電器，該繼電器用于隔離控制器與電動(dòng)起子的電壓。因?yàn)榭刂破鹘尤氲氖?V直流電，而電動(dòng)起子通常接入的是24V直流電，這兩種不同的供電電壓使得控制器和電動(dòng)起子的信號(hào)線（即設(shè)置信號(hào)線和復(fù)位信號(hào)線）不能直接相連，因此需使用繼電器進(jìn)行隔離。

此外，控制器還通過電動(dòng)起子的信號(hào)線與電動(dòng)起子相連，用于控制電動(dòng)起子的啟動(dòng)或停止。本設(shè)計(jì)中控制器以單片機(jī)為載體，單片機(jī)的第一GPIO接口與電動(dòng)起子的設(shè)置信號(hào)線連接，控制器通過給電動(dòng)起子的設(shè)置信號(hào)線輸入高電平控制電動(dòng)起子啟動(dòng)；單片機(jī)的第二GPIO接口與電動(dòng)起子的復(fù)位信號(hào)線連接，控制器通過電動(dòng)起子的復(fù)位信號(hào)線獲取低電平，并通過給電動(dòng)起子的設(shè)置信號(hào)線輸入低電平控制電動(dòng)起子停止。但是，由于單片機(jī)的GPIO口數(shù)量有限，不能滿足螺絲孔數(shù)量較多的情況。所以，本設(shè)計(jì)的控制器還包括接口擴(kuò)展模塊，用于對(duì)接口模塊的接口數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)展。

4.控制方法的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，利用上述序列打螺絲設(shè)備進(jìn)行打螺絲的控制方法及流程如下：

圖3 序列打螺絲流程圖

S310：將治具板放置在待打螺絲設(shè)備上，控制器控制電動(dòng)起子啟動(dòng)。

S320：電動(dòng)起子將螺絲送入空心導(dǎo)柱，并依次穿過亞克力板上的避讓孔和PCB上的通孔，將螺絲打在待打螺絲設(shè)備的對(duì)應(yīng)螺絲孔內(nèi)。

S330：控制器通過PCB獲取當(dāng)前空心導(dǎo)柱的狀態(tài)，并根據(jù)當(dāng)前空心導(dǎo)柱的狀態(tài)控制指示燈點(diǎn)亮或者熄滅。

其中，在將螺絲打在待打螺絲設(shè)備的對(duì)應(yīng)螺絲孔內(nèi)的過程中，控制器獲取當(dāng)前空心導(dǎo)柱的狀態(tài)，若空心導(dǎo)柱當(dāng)前的狀態(tài)為低電平狀態(tài)，控制器控制與當(dāng)前空心導(dǎo)柱相對(duì)應(yīng)的指示燈熄滅，并獲取下一個(gè)空心導(dǎo)柱的狀態(tài)，當(dāng)下一個(gè)空心導(dǎo)柱的狀態(tài)為高電平狀態(tài)時(shí)，控制器控制與下一個(gè)空心導(dǎo)柱相對(duì)應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮。

5.結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)有的打螺絲設(shè)備存在容易漏打、錯(cuò)打螺絲以及打螺絲效率低的問題，本設(shè)計(jì)通過設(shè)置一個(gè)與待打螺絲設(shè)備相對(duì)應(yīng)的治具板，并通過控制器獲取治具板上的空心導(dǎo)柱的狀態(tài)，然后根據(jù)獲取的狀態(tài)控制控制空心導(dǎo)柱相對(duì)應(yīng)的指示燈狀態(tài)，來確定打螺絲的位置，有效的避免了漏打、錯(cuò)打螺絲的現(xiàn)象發(fā)生，提升了產(chǎn)品的質(zhì)量和客戶滿意度，并且能夠快速定位螺絲孔，有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

[1]王雷.基于STM8S903K3的電動(dòng)自行車控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京理工大學(xué),2014.

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[6]STM8S903手冊(cè).June2009.

附四、母聯(lián)斷路器的工作位置和試驗(yàn)位置狀態(tài)一覽表

邏輯閉鎖器將以上三個(gè)表中的6個(gè)量同時(shí)讀入，先參照附二進(jìn)行1#斷路器的邏輯判斷，若為正常狀態(tài)，就進(jìn)行2#斷路器的判斷，否則，啟動(dòng)報(bào)警并使報(bào)警指示燈閃爍，不接通任何操作回路，三只斷路器均無法操作。進(jìn)行2#斷路器的邏輯判斷時(shí)，若為正常狀態(tài)，就進(jìn)行母聯(lián)斷路器的判斷，否則，啟動(dòng)報(bào)警并使報(bào)警指示燈閃爍，不接通任何操作回路，三只斷路器均無法操作。進(jìn)行母聯(lián)斷路器的邏輯判斷時(shí)，若為正常狀態(tài)，說明采集狀態(tài)正常，轉(zhuǎn)入表一的判斷，否則，啟動(dòng)報(bào)警并使報(bào)警指示燈閃爍，不接通任何操作回路，三只斷路器均無法操作。按附一的條件（為操作后的狀態(tài)）進(jìn)行判斷的目的是，斷定是否允許下一個(gè)操作，以此作為接通操作回路的條件。操作完畢后，此斷路器又狀態(tài)發(fā)生變化，邏輯閉鎖器又進(jìn)行下一輪新的邏輯判斷，直至操作完成。此邏輯判斷屬于動(dòng)態(tài)判斷，再加上每個(gè)斷路器判斷的是兩個(gè)狀態(tài)，防止了接點(diǎn)接觸不良等故障帶來的錯(cuò)誤判斷，增加了可靠性。

此種方案，操作方便，引線簡單，造價(jià)不高，可靠性更高，值得推廣，目前已準(zhǔn)備試點(diǎn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程變電部分.

[2]錢家慶.怎樣防止與控制電氣誤操作[M].中國電力出版社.

作者簡介：

呂慶國（1969-），男，山東萊蕪人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：電力設(shè)備安全。

蘇紅衛(wèi)（1982－），女，山東濟(jì)南人，研究生，講師，研究方向：智能控制。