摘 要：隨著IC芯片種類的不斷增多，芯片管理成為一個(gè)日益重要的問題。傳統(tǒng)的芯片管理方式往往需要大量的人力和時(shí)間，而且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。本研究旨在設(shè)計(jì)一種“芯片管理大師”系統(tǒng)——基于圓盤結(jié)構(gòu)的管狀I(lǐng)C芯片智能取放系統(tǒng)，使用溫濕度傳感器與紅外線傳感器結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境實(shí)時(shí)檢測，以提高IC芯片取放效率和儲(chǔ)存質(zhì)量。采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法，展示系統(tǒng)在提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量方面的顯著優(yōu)勢。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)具有高度自動(dòng)化、快速操作和可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：管狀I(lǐng)C芯片；智能取放系統(tǒng)；電子制造；質(zhì)量優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2024）17-0013-06

0 引 言

電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用對(duì)IC芯片管理提出了更高的要求。傳統(tǒng)管理方式存在效率低、錯(cuò)誤操作、損壞和丟失問題，因此需要開發(fā)新的智能化管理系統(tǒng)來提升效率和準(zhǔn)確性。隨著步進(jìn)電機(jī)、舵機(jī)、溫濕度傳感器、語音識(shí)別模塊和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用，智能取放系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為可能，為提高芯片管理的智能化程度和可靠性提供了可能性。

傳統(tǒng)的IC芯片管理方式在電子元器件制造、電子產(chǎn)品維修等領(lǐng)域的需求逐漸增長，但往往無法滿足現(xiàn)代化管理的要求。研發(fā)智能取放系統(tǒng)成為迫切的需求。本研究旨在解決傳統(tǒng)IC芯片管理存在的問題，提高管理效率和準(zhǔn)確性，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)向智能化、高效化方向發(fā)展。

研究的意義體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，通過智能取放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，提高芯片管理效率，減少重復(fù)勞動(dòng)，為企業(yè)節(jié)省時(shí)間和人力成本。其次，系統(tǒng)采用安全的存儲(chǔ)和取放機(jī)制，提升芯片保護(hù)水平，防范潛在的風(fēng)險(xiǎn)和威脅。第三，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測和管理芯片庫存，提供準(zhǔn)確的庫存信息，優(yōu)化庫存管理，降低企業(yè)的庫存成本。第四，推動(dòng)智能制造的發(fā)展，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率和競爭力，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。最后，提供便捷的操作界面和智能化的操作方式，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，為用戶提供更好的使用感受。

1 研究背景與意義

隨著電子行業(yè)的迅速發(fā)展，IC芯片的需求量越來越大，芯片管理成為電子行業(yè)中不可缺少的環(huán)節(jié)[1]。傳統(tǒng)管理方式存在效率低、錯(cuò)誤操作、損壞和丟失等問題，因此需要開發(fā)新的智能化管理系統(tǒng)來提升效率和準(zhǔn)確性。隨著步進(jìn)電機(jī)、舵機(jī)、溫濕度傳感器等技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用，這些技術(shù)為智能取放系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了可能，可以提高芯片管理的智能化程度和可靠性。對(duì)于電子元器件制造、電子產(chǎn)品維修等領(lǐng)域，對(duì)芯片管理系統(tǒng)的需求日益增長，而傳統(tǒng)的管理方式往往無法滿足現(xiàn)代化的管理需求。因此，研發(fā)智能取放系統(tǒng)具有廣闊的市場前景和潛力。開展“芯片管理大師”的研究和開發(fā)，旨在解決傳統(tǒng)IC芯片管理中存在的問題，提高管理效率和準(zhǔn)確性，為各個(gè)領(lǐng)域的芯片管理帶來創(chuàng)新，從而推動(dòng)整個(gè)行業(yè)向智能化、高效化方向發(fā)展。本研究的意義在于：

1）提高芯片管理效率。傳統(tǒng)的IC芯片管理方式存在操作煩瑣、效率低下的問題，而智能取放系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化管理，具有高精度、高穩(wěn)定性、快速非接觸式等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在眾多領(lǐng)域中代替了人工管理[2]。大大提高芯片的管理效率，減少重復(fù)勞動(dòng)，為企業(yè)節(jié)省時(shí)間和人力成本。

2）提升芯片保護(hù)水平。IC芯片是電子設(shè)備的核心，管理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致芯片的損壞、遺失或盜竊。智能取放系統(tǒng)通過采用安全的存儲(chǔ)和取放機(jī)制，保障芯片的安全性，防范潛在的風(fēng)險(xiǎn)和威脅。

3）優(yōu)化庫存管理。智能取放系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測和管理芯片庫存，提供準(zhǔn)確的庫存信息，幫助企業(yè)合理規(guī)劃和控制芯片的采購和儲(chǔ)存，避免庫存過剩或供應(yīng)缺乏的情況發(fā)生，降低企業(yè)的庫存成本。

4）推動(dòng)智能制造發(fā)展。智能取放系統(tǒng)是智能制造領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一，研究和應(yīng)用該系統(tǒng)能夠推動(dòng)智能制造技術(shù)的發(fā)展，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率和競爭力，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。

5）增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。智能取放系統(tǒng)提供便捷的操作界面和智能化的操作方式，使用戶在管理芯片時(shí)更加方便和高效，提升用戶體驗(yàn)，為用戶帶來更好的使用感受。

研究“芯片管理大師”系統(tǒng)的研究意義在于提高管理效率、保護(hù)芯片安全、優(yōu)化庫存管理、推動(dòng)智能制造發(fā)展和增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，為企業(yè)和用戶提供更高效、安全和智能的芯片管理解決方案。

2 系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

針對(duì)目前機(jī)器人硬件存在的功能單一、操作麻煩，上層應(yīng)用程序開發(fā)資源少、難度大，上下位機(jī)通信速度慢、不穩(wěn)定等問題，本文開發(fā)了一種高性能的硬件平臺(tái)[3]。本研究的系統(tǒng)硬件平臺(tái)包括設(shè)計(jì)和制作圓盤和管狀結(jié)構(gòu)，安裝42步進(jìn)電機(jī)、MG996舵機(jī)、DHT11溫濕度模塊、SU-03T語音模塊、陶晶馳串口屏、紅外傳感器、ESP32物聯(lián)網(wǎng)模塊等硬件設(shè)備，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2.1 智能取放系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圓盤結(jié)構(gòu)和管狀結(jié)構(gòu)是智能取放系統(tǒng)中的兩個(gè)關(guān)鍵部分，它們共同實(shí)現(xiàn)了芯片的高密度存儲(chǔ)和快速、準(zhǔn)確的取放操作。其中圓盤和管狀結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圓盤結(jié)構(gòu)通過將存儲(chǔ)空間分隔成多個(gè)小塊，提供了高密度的芯片存儲(chǔ)空間。每個(gè)小塊都可以存放多個(gè)芯片，在保證芯片安全的前提下，最大化地利用存儲(chǔ)空間。能夠準(zhǔn)確地對(duì)芯片進(jìn)行吸取，實(shí)現(xiàn)芯片的精準(zhǔn)定位，確保每個(gè)芯片都能準(zhǔn)確無誤地被存放和取出提高了芯片的生產(chǎn)效率，具有較高的使用價(jià)值和推廣價(jià)值[4]。

管狀結(jié)構(gòu)則配備了夾持裝置，能夠準(zhǔn)確抓取芯片并將其轉(zhuǎn)移到指定位置。夾持裝置具有高精度和穩(wěn)定性，可以根據(jù)系統(tǒng)的指令準(zhǔn)確地抓取芯片，并將其移動(dòng)到需要的位置。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得取放操作變得快速、準(zhǔn)確且靈活，能夠適應(yīng)不同芯片的處理需求。

除了提供快速、準(zhǔn)確的取放操作，管狀結(jié)構(gòu)還具備臨時(shí)存儲(chǔ)芯片的功能。在某些情況下，系統(tǒng)可能需要將芯片暫時(shí)存儲(chǔ)起來，待到需要時(shí)再取出。管狀結(jié)構(gòu)可以有效地進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)，保證芯片的安全性和可靠性。

2.2 環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)主要包括步進(jìn)電機(jī)、MG996舵機(jī)聯(lián)動(dòng)推出機(jī)構(gòu)、溫濕度傳感器、42步進(jìn)電機(jī)用于控制轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)芯片存放位置的準(zhǔn)確定位和取放動(dòng)作的精確控制。MG996舵機(jī)聯(lián)動(dòng)推出機(jī)構(gòu)，用于完成推出管的動(dòng)作，使得使用人員可以方便地取出芯片進(jìn)行使用。DHT11溫濕度模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測芯片存放區(qū)域的溫度和濕度情況，確保芯片處于適宜的環(huán)境條件，保護(hù)芯片、延長壽命、提高可靠性。這些關(guān)鍵部件共同構(gòu)成了一個(gè)完整的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)基本工作循環(huán)。通過這些硬件器件的協(xié)同工作，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)芯片存放區(qū)域的精確控制和監(jiān)測，提高了芯片管理的效率和準(zhǔn)確性降低了局限性，同時(shí)確保芯片在適宜的環(huán)境條件下運(yùn)行，從而保障了芯片的質(zhì)量和穩(wěn)定性簡單實(shí)用、便于擴(kuò)展，使智能系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上具有更大靈活性、可擴(kuò)充性和可重用性[5]。

2.3 語音識(shí)別與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)包括 SU-03T語音模塊、陶晶馳串口屏、紅外傳感器和ESP32物聯(lián)網(wǎng)模塊，實(shí)現(xiàn)智能語音識(shí)別、數(shù)據(jù)展示、芯片存量監(jiān)測和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能，以提升系統(tǒng)操作智能化，用戶體驗(yàn)和遠(yuǎn)程監(jiān)控能力。SU-03T語音模塊實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別功能，通過語音快速準(zhǔn)確地識(shí)別芯片類型和位置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化操作，SU-03T語音模塊功能框圖如圖3所示。陶晶馳串口屏實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)展示功能，用于顯示芯片存量、使用記錄以及系統(tǒng)狀態(tài)信息，便于用戶實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行情況。紅外傳感器用于檢測芯片存量，確保系統(tǒng)及時(shí)提醒并記錄芯片的剩余數(shù)量。ESP32物聯(lián)網(wǎng)模塊實(shí)現(xiàn)芯片存量和使用記錄的傳輸和提醒功能，同時(shí)與無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，確保遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸功能在信息安全保障機(jī)制實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、安全防范等管理和服務(wù)方面有重大意義[6]。

在智能取放系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，圓盤結(jié)構(gòu)和管狀結(jié)構(gòu)起到關(guān)鍵作用，提供高密度的芯片存儲(chǔ)空間和精確定位，并配備夾持裝置，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的芯片取放操作。在環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，步進(jìn)電機(jī)、溫濕度傳感器和舵機(jī)聯(lián)動(dòng)推出機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵部件實(shí)現(xiàn)芯片存放位置的準(zhǔn)確定位、取放動(dòng)作的精確控制以及溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測。而語音識(shí)別與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)則包括語音模塊、串口屏、紅外傳感器和物聯(lián)網(wǎng)模塊，用于實(shí)現(xiàn)智能語音識(shí)別、數(shù)據(jù)展示、芯片存量監(jiān)測和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能，提升操作智能化、用戶體驗(yàn)和遠(yuǎn)程監(jiān)控能力。這些硬件器件的協(xié)同工作構(gòu)成了完整的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能化的芯片管理和環(huán)境監(jiān)控。

3 系統(tǒng)軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件平臺(tái)集成了語音識(shí)別算法，用于識(shí)別用戶語音指令；控制轉(zhuǎn)盤動(dòng)作程序?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)位置控制；推出管程序用于調(diào)整管道位置；溫濕度監(jiān)測程序監(jiān)控環(huán)境數(shù)據(jù)；語音提示程序通過語音合成提供用戶指引；數(shù)據(jù)傳輸程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸，共同構(gòu)成智能化系統(tǒng)平臺(tái)。

3.1 智能取放系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能取放系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)管理、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、控制算法、錯(cuò)誤處理和用戶界面模塊。數(shù)據(jù)管理模塊負(fù)責(zé)記錄和管理芯片的位置、狀態(tài)和屬性信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片存儲(chǔ)的精確控制。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊基于芯片位置和目標(biāo)位置，生成夾持裝置的軌跡規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的芯片取放操作?？刂扑惴K負(fù)責(zé)控制夾持裝置的運(yùn)動(dòng)，確保芯片的穩(wěn)定抓取和放置。錯(cuò)誤處理模塊用于監(jiān)測系統(tǒng)異常情況，并采取相應(yīng)措施保證操作的安全性和可靠性。用戶界面模塊提供友好的圖形化界面，方便用戶進(jìn)行操作和監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)。通過這些設(shè)計(jì)，智能取放系統(tǒng)的軟件能夠?qū)崿F(xiàn)高效、快速、準(zhǔn)確的芯片存取，并提供便捷的使用體驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用智能制造基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)，以數(shù)字化設(shè)備、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)搭建完成智能取放系統(tǒng)，構(gòu)建“設(shè)備自動(dòng)化+管理信息化+人員高效化”的智能制造單元載體[7]。

3.2 環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)涵蓋了多個(gè)關(guān)鍵功能模塊，首先是步進(jìn)電機(jī)控制，通過這一模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)盤運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)控制，確保芯片存放位置的準(zhǔn)確定位和取放動(dòng)作的精確性；其次是舵機(jī)聯(lián)動(dòng)推出機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)功能，用于完成推出管的動(dòng)作，使使用人員可以方便地獲取芯片進(jìn)行使用；同時(shí)，溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測芯片存放區(qū)域的溫度和濕度情況，以確保芯片處于適宜的環(huán)境條件，延長壽命并提高可靠性。通過物聯(lián)網(wǎng)模塊連接局域網(wǎng)，將溫濕度數(shù)據(jù)上傳至巴法云平臺(tái)，巴法云平臺(tái)接收數(shù)據(jù)如圖4所示。

物聯(lián)網(wǎng)模塊ESP32使用Arduino IDE進(jìn)行編譯，部分程序代碼如下：

#include <WiFi.h>//默認(rèn)，加載Wi-Fi頭文件

#include "PubSubClient.h"http://默認(rèn)，加載MQTT庫文件

const char* ssid = "ESP32";//修改，你的路由去Wi-Fi名字

const char* password = "12345678";//你的Wi-Fi密碼

const char* mqtt_server = "bemfa.com";//默認(rèn)，MQTT服務(wù)器

const int mqtt_server_port = 9501;//默認(rèn)，MQTT服務(wù)器

#define ID_MQTT "c10d9affdff5545b3a6bb80b4fe55d59" //Client ID 修改成自己的，巴法云用戶私鑰

WiFiClient espClient;

PubSubClient client（espClient）;

void reconnect（） {

// Loop until we're reconnected

while （！client.connected（）） {

Serial.print（"Attempting MQTT connection..."）;

// Attempt to connect

if （client.connect（ID_MQTT）） {

Serial.println（"connected"）;

} else {

Serial.print（"failed， rc="）;

Serial.print（client.state（））;

Serial.println（" try again in 5 seconds"）;

// Wait 5 seconds before retrying

delay（5000）;

}

}

}

除了硬件控制模塊外，軟件設(shè)計(jì)還承擔(dān)著重要的數(shù)據(jù)處理和決策功能，其中實(shí)時(shí)溫濕度監(jiān)測與分析模塊能夠?qū)鞲衅鞑杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)境異常情況；自動(dòng)控制模塊通過與傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)以保障芯片的存儲(chǔ)質(zhì)量，并在異常情況下觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。

該軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片存放區(qū)域的精確控制和監(jiān)測，提高了芯片管理的效率和準(zhǔn)確性，同時(shí)保障芯片在適宜的環(huán)境條件下運(yùn)行，從而保證了芯片的質(zhì)量和穩(wěn)定性。這樣不僅整體的智能性較強(qiáng)，同時(shí)給使用者帶來了較大的便利，節(jié)省時(shí)間[8]。

3.3 語音識(shí)別與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

針對(duì)該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，可以將其分為語音識(shí)別模塊、數(shù)據(jù)處理與展示模塊、紅外線檢測模塊、遠(yuǎn)程通信模塊。語音識(shí)別模塊使用SU-03T語音模塊實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別功能，能夠快速準(zhǔn)確地識(shí)別芯片類型和位置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化操作。打開智能公元平臺(tái)，選擇SU-03T語音創(chuàng)建產(chǎn)品后，選擇新生成的版本，生成語音SDK，里面包含了語音代碼框架和燒錄工具軟件，部分流程如圖5所示。

數(shù)據(jù)處理與展示模塊與陶晶馳串口屏結(jié)合，用于動(dòng)態(tài)展示芯片存量、使用記錄和系統(tǒng)狀態(tài)信息，提供用戶實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行情況的功能。紅外線監(jiān)測模塊利用紅外傳感器檢測芯片存量，確保系統(tǒng)能夠及時(shí)提醒并記錄芯片的剩余數(shù)量，保證存儲(chǔ)狀態(tài)的可控性，串口屏頁面設(shè)置如圖6所示。遠(yuǎn)程通信模塊整合ESP32物聯(lián)網(wǎng)模塊，實(shí)現(xiàn)芯片存量和使用記錄的傳輸和提醒功能，同時(shí)連接無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸。這些模塊的功能協(xié)同作用將提升系統(tǒng)的智能化程度、用戶體驗(yàn)和遠(yuǎn)程監(jiān)控能力。

智能取放系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)涵蓋了數(shù)據(jù)管理、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、控制算法、錯(cuò)誤處理和用戶界面等模塊，確保高效、快速、準(zhǔn)確的芯片存取操作，并提供便捷的使用體驗(yàn)。環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)芯片存放區(qū)域的精確控制和監(jiān)測，實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)環(huán)境信息，監(jiān)測區(qū)域中的異常情況，管理人員能夠隨時(shí)隨地在Web頁面查看監(jiān)測的數(shù)據(jù)[9]，提高了芯片管理的效率和準(zhǔn)確性，保障芯片在適宜的環(huán)境條件下運(yùn)行，從而保證了芯片的質(zhì)量和穩(wěn)定性。針對(duì)語音識(shí)別與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，通過語音識(shí)別模塊、數(shù)據(jù)處理與展示模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊和遠(yuǎn)程通信模塊的功能協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化操作、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示、存量監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)控能力的提升，為用戶帶來更便捷的體驗(yàn)。

4 系統(tǒng)測試與分析

系統(tǒng)測試與分析是“芯片管理大師”系統(tǒng)開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，本部分將介紹本研究的系統(tǒng)測試與分析結(jié)果。

4.1 系統(tǒng)測試

本研究的經(jīng)過了“芯片管理大師”系統(tǒng)多次測試，包括功能測試、性能測試和穩(wěn)定性測試等。主要測試如下：

1）溫濕度檢測模塊測試。模擬不同環(huán)境溫濕度，記錄系統(tǒng)檢測溫濕度數(shù)據(jù)并分析誤差。

2）紅外檢測模塊測試。放入不同數(shù)量的芯片，記錄系統(tǒng)檢測余量并顯示分析誤差。

3）步進(jìn)電機(jī)與舵機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)測試。測試系統(tǒng)取放芯片的精度、速度以及操作的順暢性與穩(wěn)定性，步進(jìn)電機(jī)與舵機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)物圖如圖7所示。

4）串口屏測試。確保串口屏能夠?qū)崟r(shí)顯示系統(tǒng)信息，并與其他部件正常通信。

5）物聯(lián)網(wǎng)模塊測試。驗(yàn)證數(shù)據(jù)上傳至巴法云的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

在功能測試方面，系統(tǒng)能夠順利進(jìn)行語音識(shí)別、轉(zhuǎn)盤運(yùn)動(dòng)控制、管狀結(jié)構(gòu)推出動(dòng)作以及溫濕度監(jiān)測功能。語音識(shí)別的準(zhǔn)確性高，轉(zhuǎn)盤和推出機(jī)構(gòu)精確可靠，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和提醒功能也展現(xiàn)出了高效性。在性能測試方面，系統(tǒng)在不同負(fù)載和使用場景下展現(xiàn)出了出色的性能表現(xiàn)。響應(yīng)時(shí)間快，具備良好的并發(fā)處理能力，數(shù)據(jù)傳輸速度也非常高效。轉(zhuǎn)盤和推出機(jī)構(gòu)展示出了穩(wěn)定且精確的運(yùn)動(dòng)速度和精度。溫濕度監(jiān)測模塊實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并且準(zhǔn)確地監(jiān)測環(huán)境的溫度和濕度。其相關(guān)測試數(shù)據(jù)如表1所示，整體上，系統(tǒng)的性能表現(xiàn)令人滿意。在穩(wěn)定性測試方面，系統(tǒng)在長時(shí)間運(yùn)行時(shí)展現(xiàn)出了出色的穩(wěn)定性和可靠性。

4.2 系統(tǒng)分析

通過對(duì)系統(tǒng)測試結(jié)果的分析，系統(tǒng)的功能能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需求?？梢钥焖贉?zhǔn)確地識(shí)別芯片，并且通過控制轉(zhuǎn)盤動(dòng)作和推出管的方式進(jìn)行方便的取放操作。此外，通過無線網(wǎng)模塊和顯示屏，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)傳輸芯片存量和使用記錄，及時(shí)提醒芯片缺失的情況。溫濕度模塊則為芯片提供了適宜的環(huán)境條件，進(jìn)一步保護(hù)了芯片并延長了其使用壽命。

系統(tǒng)的性能較好。通過語音識(shí)別、溫濕度控制等功能，可快速準(zhǔn)確地管理芯片。管狀結(jié)構(gòu)和各模塊相結(jié)合，有效防止芯片損壞和丟失。

系統(tǒng)的穩(wěn)定性較高。通過采用多種技術(shù)和模塊，并經(jīng)過充分的測試和優(yōu)化，本系統(tǒng)能夠在長時(shí)間運(yùn)行中保持穩(wěn)定的性能。無論是識(shí)別芯片、控制轉(zhuǎn)盤動(dòng)作、推出管道還是監(jiān)測芯片存量，系統(tǒng)都能夠穩(wěn)定地執(zhí)行相應(yīng)的功能。穩(wěn)定性的提高不僅能夠增加系統(tǒng)的可靠性，減少故障率，還能夠提升用戶的滿意度和信任度。

通過對(duì)系統(tǒng)測試結(jié)果的綜合分析，系統(tǒng)的功能能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需求，包括快速準(zhǔn)確地識(shí)別芯片、方便的取放操作、實(shí)時(shí)傳輸存量和使用記錄以及提醒缺失情況等。系統(tǒng)性能較好，通過語音識(shí)別、溫濕度控制等功能，能夠快速準(zhǔn)確地管理芯片并有效防止損壞和丟失。系統(tǒng)的穩(wěn)定性較高，采用多種技術(shù)和模塊，并經(jīng)過充分測試和優(yōu)化，能夠在長時(shí)間運(yùn)行中保持穩(wěn)定的性能，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地執(zhí)行各項(xiàng)功能，減少故障率，提升用戶滿意度和信任度。

5 系統(tǒng)性能優(yōu)化

本研究對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了優(yōu)化，主要包括以下內(nèi)容：

1）硬件優(yōu)化。通過對(duì)步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式和性能進(jìn)行優(yōu)化，能夠提高系統(tǒng)的精準(zhǔn)度和響應(yīng)速度。選擇更高效的傳感器和模塊，紅外傳感器和溫濕度模塊，能夠提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)模塊的通信協(xié)議和傳輸速率，也能夠提升系統(tǒng)的效率和響應(yīng)能力。

2）軟件優(yōu)化。在軟件方面，優(yōu)化算法和邏輯，提高芯片識(shí)別的準(zhǔn)確度和速度，以及優(yōu)化轉(zhuǎn)盤控制算法，能夠?qū)崿F(xiàn)更快的轉(zhuǎn)盤動(dòng)作。改進(jìn)語音識(shí)別模塊的性能，提高語音識(shí)別的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，能夠提升用戶的操作體驗(yàn)。同時(shí)，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)方式，可以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和報(bào)警功能。

6 結(jié) 論

IC芯片智能取放系統(tǒng)具備快速準(zhǔn)確識(shí)別芯片、管狀結(jié)構(gòu)管理、語音操作以及實(shí)時(shí)監(jiān)測等功能，為電子元器件制造和維修領(lǐng)域帶來了便利和高效性。在未來，通過硬件和軟件優(yōu)化，可以進(jìn)一步提升系統(tǒng)的準(zhǔn)確度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，以滿足不斷增長的市場需求。同時(shí)，探索與人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的結(jié)合，將使系統(tǒng)更加智能化和高效化。與相關(guān)行業(yè)和機(jī)構(gòu)的合作，以及持續(xù)關(guān)注用戶反饋，將有助于拓展市場潛力并取得商業(yè)上的成功。展望未來，該項(xiàng)目有望在智能化芯片管理領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展，并成為行業(yè)中的重要解決方案之一。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許國慶.基于機(jī)器視覺的IC芯片外觀檢測系統(tǒng) [D].廣州：華南理工大學(xué)，2010.

[2] 周小萌.基于深度學(xué)習(xí)的IC芯片外觀缺陷識(shí)別算法研究 [D].無錫：江南大學(xué)，2019.

[3] 肖立佳.基于Cortex-A8的工業(yè)機(jī)器人示教器硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D].武漢：華中科技大學(xué)，2015.

[4] 劉明璋，謝新梅.一種用于芯片分揀裝置的定位裝置及方法：CN202211171797.2 [P].2023-08-08.

[5] 高建華，武傳宇，李小明.基于多機(jī)器人的協(xié)同物流作業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其仿真 [C]//2005系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì).廣州：[出版者不詳]，2005：316-319.

[6] 羅義釗，程樹英，涂靈，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能分揀及數(shù)據(jù)采集方法 [J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2018，36（8）：170-171.

[7] 樊啟永，廖小吉，田超.基于MES的料倉智能取料系統(tǒng)構(gòu)建及機(jī)器人編程的實(shí)現(xiàn) [J].工業(yè)技術(shù)與職業(yè)教育，2019，17（2）：11-13.

[8] 戴美英.一種智能取放式文件柜：CN202023173921.8 [P].2022-01-07.

[9] 孫綿.倉庫遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) [D].西安：西安工業(yè)大學(xué)，2018.

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.17.004

收稿日期：2024-03-05

基金項(xiàng)目：2023年山東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃平臺(tái)申報(bào)項(xiàng)目（S202313857028）

作者簡介：許子康（2001.09—），男，漢族，河南信陽人，本科在讀，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化；劉志（2001.12—），男，漢族，山東臨沂人，本科在讀，研究方向：道路橋梁與渡河工程；呂志華（1980.09—），女，漢族，山東德州人，副教授，碩士研究生，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化；李雙斌（2000.03—）男，漢族，山東人菏澤人，助教，本科，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。

Intelligent Pick and Place System of Tubular IC Chip Based on Disc Structure

XU Zikang， LIU Zhi， LYU Zhihua， LI Shuangbin

（Shandong Huayu University of Technology， Dezhou 253034， China）

Abstract： With the increasing types of IC chips， chip management has become an increasingly important issue. Traditional chip management methods often require a lot of manpower and time and are prone to errors， impacting production efficiency and product quality. This research aims to design an “Master of Chip Management” System — intelligent pick and place system of tubular IC chip based on disc structure， utilizing temperature and humidity sensors and infrared sensors， combined with Internet of Things technology to achieve real-time environmental monitoring within the system， to improve the pick and place efficiency and storage quality of IC chip. The system design， simulation verification and experimental verification methods are used to display the significant advantages of the system in improving production efficiency and quality. The results show that the system has the characteristics of high automation， rapid operation and strong reliability.

Keywords： tubular IC chip; intelligent pick and place system; electronic manufacturing; quality optimization