管状表面布线电路导电图案智能曝光系统.pdf

本发明公开了一种管状表面布线电路导电图案智能曝光系统，旨在提供一种曝光均匀，能够准确控制曝光时间，并能提高曝光效率，工作劳动强度小的导电图案智能曝光系统。本发明通过下述技术方案予以实现：人机交互系统通过可编程主控单元（5）电连接一组通过固态继电器分别进行控制的长弧氙灯（3），每盏长弧氙灯通过智能曝光系统的可编程主控单元相连位于曝光光源系统下方箱体内侧板上的温度照度传感器（15），可编程主控单元对每盏长弧氙灯开启与关闭进行程序控制；夹持各种长短曝光传感器的机械顶紧装置（7）平行排列在曝光光源系统下方箱体曝光层上，每组定顶尖之间通过齿轮（20）传递力矩，带动曝光传感器旋转，沿着平行排列的导轨（14）自由移动进行曝光。

权利要求书一种管状表面布线电路导电图案智能曝光系统，包括，嵌入智能控制系统、曝光光源系统、对流排风系统、整机供电系统，其特征在于，电连接人机交互系统的曝光光源系统设置在四周内壁采用反射钢板的箱体内，人机交互系统通过可编程主控单元（5）电连接一组通过固态继电器分别进行控制的长弧氙灯（3），长弧氙灯（3）顺序排列在上层板面中部，每盏长弧氙灯通过智能曝光系统的可编程主控单元相连位于曝光光源系统下方箱体内侧板上的温度照度传感器（15），可编程主控单元对每盏长弧氙灯开启与关闭进行程序控制，智能控制曝光传感器进行曝光；夹持各种长短曝光传感器的机械顶紧装置（7）平行排列在曝光光源系统下方箱体曝光层上，每个曝光传感器通过左、右顶尖夹持，由可编程主控单元控制的驱动装置（6）对其中一组定顶尖进行驱动，每组定顶尖之间通过齿轮（20）传递力矩，带动曝光传感器旋转，沿着平行排列的导轨（14）自由移动进行曝光。
根据权利要求1所述的管状表面布线电路导电图案智能曝光系统，其特征在于：箱体（1）共分为三层，上层放置曝光系统可编程主控单元（5）的主要部件；光源系统安装在中层空间，中层高度距离为439㎜的空间为曝光箱的曝光区域，反光罩（9）安装在箱体（1）上中层的上部，四盏长弧氙灯（3）通过固定夹持装置安装在反光罩（9）中，箱体（1）中层下侧设有装夹曝光传感器的机械顶紧装置（7）、导轨（14）、驱动曝光传感器旋转的驱动装置（6）和温度照度传感器（15）。
根据权利要求1所述的管状表面布线电路导电图案智能曝光系统，其特征在于：位于反光灯罩（9）内的光源沿一条直线安装，灯管放置在反光灯罩（9）抛物线焦点，反光灯罩（9）灯罩开口宽度与工件摆放的最大宽度相同。
    根据权利要求1所述的管状表面布线电路导电图案智能曝光系统，其特征在于：对流排风系统系统选用了七个排风风扇（2），分别安装在曝光箱体的两端、顶端及后端。
根据权利要求1所述的管状表面布线电路导电图案智能曝光系统，其特征在于：机械顶紧装置（7）的夹持装置对传感器的固定方式采用两个锥形的顶尖，分别称为左顶尖（21）和右顶尖（22），左顶尖（21）为定顶尖，右顶尖（22）为动顶尖，这两个顶尖分别固定在管状曝光传感器的两端起到固定的作用。
 
根据权利要求5所述的管状表面布线电路导电图案智能曝光系统，其特征在于：两个顶尖固联在导轨（14）的两端，左顶尖固定安装在导轨（14）上，右顶尖（22）通过支撑座体上连接的滑轮（23）可沿导轨（14）左右移动，并且在移动到适当的位置由支撑座体上的锁紧螺栓（26）锁住。
根据权利要求1所述的管状表面布线电路导电图案智能曝光系统，其特征在于：直流电机的工作受可编程主控单元控制，可编程主控单元采用微型可编程自动化控制器μPAC系列，作为智能曝光系统主控制器。
 
根据权利要求1所述的管状表面布线电路导电图案智能曝光系统，其特征在于：智能控制系统包括围绕主控制器电连接的长弧氙灯、电机、接触器、显示器、蜂鸣器、模拟量采集模块i‑7017RC和电连接模拟量采集模块i‑7017RC照度变送器及两个温度变送器。
 
根据权利要求1所述的管状表面布线电路导电图案智能曝光系统，其特征在于：曝光光源利用四个固态继电器分别进行控制，与主控制器电连接的四个继电器占用四个数字输出口，控制光源的固态继电器有四个引脚，两个为控制输入脚，为弱电通电端，其余两个为输出脚，为强电通电端，两输出脚作为光源的开关与光源系统进行连接，输入脚一端接24V电源，另一端接主控制器的数字输出口。
根据权利要求1所述的管状表面布线电路导电图案智能曝光系统，其特征在于：十组左右顶尖配合导轨（14），并排固联在主体箱体的曝光层空间中，驱动装置（6）对其中一组进行驱动，每组顶尖之间通过齿轮（20）传递力矩。

说明书管状表面布线电路导电图案智能曝光系统
技术领域
    本发明涉及一种容纳在电子器件外壳内的印刷线路板的导电图案曝光方法，尤其是印制管状传感器电路布线导电图案及特定信息图案的制作方法。
背景技术
当前电路布线导电图案及特定信息图案的制作原理是：将事先制作在底板上的透明导电膜转移到其它底板上，与此同时形成图案。将感光性导电膜按照感光性树脂层密合于基板上的方式进行层压的工序，所述感光性导电膜具备支撑膜、设置于该支撑膜上并含有导电性纤维的导电层和设置于该导电层上的所述感光性树脂层；对所述基板上的所述感光性树脂层的规定部分照射活性光线的曝光工序；在剥离所述支撑膜后通过将曝光过的所述感光性树脂层显影而形成导电图形的显影工序。为了提高成品收率, 减小由于图案耦合形成的电容差以及通过绝缘层形成的导电层，一般通过掩膜对基片上的层进行光扫描，通过该层的曝光在基片上形成图案，扫描的方向基本上垂直于该图案的长度方向。现有技术涉及的印制管状传感器表面布线电路的形成和相关信息图案的产生，最终依赖于传感器表面感光胶膜曝光质量的好坏。能否对表面的感光胶进行有效合理的曝光，制约着产品的质量。曝光过程中，影响曝光的因素较多，曝光过程是生产过程中比较困难的一个工序。曝光光源系统的设计是曝光系统能否使曝光传感器曝光效果达到最佳的一个关键点之一。曝光光源系统主要包括三方面的内容：（1）选择合适的光源，使其发出的光谱与感光胶光谱灵敏范围相匹配。由于聚乙烯醇感光胶的光谱敏感区间比较宽，而且敏感程度在整个区间的分布也不均匀，另外，感光胶对感光区域的照度强度有一定要求，太强引起温度过高影响曝光效果，太弱不能使感光胶曝光充分，如何选取合适的光源使其发出的光谱与照度强度能使感光胶中的光化反应达到最大化，对光源系统至关重要。不同光源的光谱、能量、温度、均匀度、漫射性等特性都不一样，因此光源的选取是光源系统很重要的一个研究内容。（2）采取合理的措施在一定区域内形成均匀照明。均匀照明是保证传感器表面各个位置曝光效果、曝光程度一致性的一个因素，它制约着传感器的整体曝光效果。（3）采取合理措施控制光源系统曝光区域温度。在曝光系统工作时，曝光照度强度有比较大的要求，因此选用的光源功率都比较大，容易使光源系统曝光区域的温度达到一个比较高的值。被曝光的传感器表面贴的电路贴片，它有一个温度承受的范围，最高不能超过50℃，另外聚乙烯醇感光胶具有热硬化的现象，它在高温的强光源环境中容易受热硬化，从而使感光胶改变了它的水溶特性，影响曝光效果。光源发出的高强度的热量易引起被曝光传感器表面电路贴片加速老化的现象，不是每一种光源都能满足要求，曝光光源需要提供一均匀照明区域，均匀照明是影响曝光质量的一个重要因素。很多光源会产生大量紫外线，会引起系统操作者身体上的伤害。
曝光效果的好坏主要取决于三个因素：一、选择曝光用的光谱是否合适；二、是否采用了最佳曝光时间和曝光强度进行曝光；三、管状传感器的表面是否受光均匀。目前，企业里的曝光方法相当落后，曝光方法主要采用传统曝光箱和利用自然光。这两种曝光方法主要缺点有：一、曝光均匀性得不到保证，而且不能保证产品的质量；二、曝光时间不能准确控制，主要取决于人工记时和操作经验；三、非最佳光谱；四、对操作工人手部皮肤存在伤害；五、生产效率低，曝光效率跟不上生产需求的发展；六、人工劳动强度大。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处和现有曝光方法的不足，提供一种对管状表面布线电路导电图案曝光均匀，能够准确控制曝光时间，并能提高曝光效率，工作劳动强度小的管状表面布线电路导电图案智能曝光系统。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：一种管状表面布线电路导电图案智能曝光系统，包括，曝光光源系统、嵌入智能控制系统、对流排风系统和整机供电系统，其特征在于，电连接人机交互系统的曝光光源系统设置在四周内壁采用反射钢板的箱体内，人机交互系统通过可编程主控单元5电连接一组通过固态继电器分别进行控制的长弧氙灯3，长弧氙灯3顺序排列在上层板面中部，每盏长弧氙灯通过智能曝光系统的可编程主控单元相连位于曝光光源系统下方箱体内侧板上的温度照度传感器15，可编程主控单元对每盏长弧氙灯开启与关闭进行程序控制，智能控制曝光传感器进行曝光；夹持各种长短曝光传感器的机械顶紧装置7平行排列在曝光光源系统下方箱体曝光层上，每个曝光传感器通过左、右顶尖夹持，由可编程主控单元控制的驱动装置6对其中一组定顶尖进行驱动，每组定顶尖之间通过齿轮20传递力矩，带动曝光传感器28旋转，沿着平行排列的导轨14自由移动进行曝光。
本发明相比于现有技术具有如下的有益效果。
本发明通过选用稳定性高、光谱线好的发光光源，配合有效的均匀照明方案，使曝光效果到达最佳的光谱段，在传感器被曝光的区域产生均匀的照明，为传感器表面感光胶光化反应提供了优良的条件。为了适应不同长度曝光传感器，合理设计的机械机构对传感器进行机械夹持，配合有效的驱动装置驱动传感器自动曝光，以机器代替人工曝光的功能，改进了人工曝光的不足。通过嵌入智能控制系统对于每盏长弧氙灯分别用程序进行控制，提高了曝光系统的智能化和自动化。在箱体曝光层的四周装有反射钢板组成有效的反光系统对曝光传感器形成均匀照明，改善了传感器曝光环境，到达了均匀曝光的目的。为了对曝光工作时箱体内的温度和照度进行试验，曝光箱体具有温度和照度参数测试功能、记忆功能的设计实现机器自动选择曝光参数，曝光完成后自动结束曝光并声音提示，便于曝光系统操作的人机接口体现了人性化的设计。具有合理的人机交互系统进行人机对话，控制器外围配有显示器与键盘，显示器用于显示系统工作状态及参数，键盘用于操作，同时为了适应操作者的习惯，显示器具有汉字显示的功能，同时键盘操作简单容易。
曝光系统通过7个风扇将曝光温度控制在最佳温度50℃。曝光传感器的驱动设备选用了额定电压为24V的直流电机，用直流电机驱动机构配合十组可以在箱体内部滑轨上自由移动的左、右顶尖夹持机构，从而带动传感器进行曝光，代替了人工旋转曝光。
具有记忆性的可编程主控单元，用于保存参数。曝光光源通断、电机通断及转速的控制、温度和照度、蜂鸣器通断、排风风扇的工作，都由i‑7188EA型核心控制器、i‑7017RC模拟量采集模块组成的控制板由程序驱动控制。在曝光系统工作时，多根大大小小、长短不一的传感器也能够在箱体中进行曝光。
可以极大的节约劳动力，智能曝光系统的其中一个创新点是用智能控制传感器曝光的方式代替手工控制，用电机驱动传感器转动取代传统的人工操作，从而节约劳动力。智能控制曝光传感器进行曝光，则需要相应的机械夹持结构，它用于在曝光系统工作时，装夹被曝光的曝光传感器，并起到人手旋转传感器曝光的作用，它可以在驱动机构的带动下使传感器沿其轴线进行旋转，同时可以夹持10根传感器同时曝光。选取能产生最佳曝光效果的曝光光源。采用有效的措施在一定范围内产生均匀光。设计合理的管状传感器机械夹持装置并配合有效的稳定的驱动控制系统代替人工旋转进行批量曝光生产。  
植入现代智能测控系统。通过试验得出对不同型号传感器的最佳曝光温度、照度和曝光时间并予以记录保存，在曝光时自动提取已保存的最佳参数曝光，自动控制系统整个曝光过程。提供人性化的人机交互系统。人机界面安全友好，操作方便，使用简单。通过这样的设计达到了提高生产效率、节约劳动力、提高生产质量、降低废品率的目的。
附图说明
本发明的具体结构将参照附图通过实施例进一步描述。
图1是本发明管状表面布线电路导电图案智能曝光系统的总体结构示意图。
图2是图1夹持机构的主视图。
图3是图2的俯视图。
图4是图1智能控制系统的的电路示意图。
图5是图1智能曝光系统的整体结构电路示意图。
图中：1箱体，2排风扇，3长弧氙灯，4人机交互系统，5可编程主控单元（系统控制模块），6驱动装置，7机械顶紧装置，8箱体下层，9反光罩，10控制继电器，11开关电源，12强电接线模块，13光源配套设备，14导轨，15温度照度传感器，16滚轮，17支柱，18散热孔，19直流电动机，20齿轮，21左顶尖，22右顶尖，23滑轮，24压缩弹簧，25轴承，26锁紧螺栓，27主动齿轮，28曝光传感器。
具体实施方式
参见图1。在以下实施例描述的一种管状表面布线电路导电图案智能曝光系统实施例中，整个智能曝光系统包括，曝光光源系统、嵌入智能控制系统、对流排风系统和整机供电系统。箱体1是整个曝光系统的基础，它连接了曝光系统的光源部分、嵌入式智能控制系统部分、传感器夹持装置驱动机构部分，使曝光系统的各个零部件联成一个整体，所有系统模块都安装在箱体1上。箱体1共分为三层，上层放置曝光系统可编程主控单元5的主要部件。基于结构紧凑简单的原则，上层距离为260㎜，这个空间大小足够以上器件的摆放，同时也不会浪费空间；光源系统安装在中层空间，中层高度距离为439㎜的空间曝光箱的曝光区域，反光罩9安装在箱体1上中层的上部，四盏长弧氙灯3通过固定夹持装置安装在反光罩9中，从而置于箱体1内部。箱体1中层下侧设有装夹曝光传感器的机械顶紧装置7、导轨14、驱动曝光传感器旋转的驱动装置6、温度照度传感器15等。为保证光源曝光照度的不流失及均匀性，整个曝光层空间的内壁采用反射钢板设计，箱体下层8空间为方便用户而预留，可以用来放置待曝光或已完成曝光的产品。箱体1上端设有顶盖，其上设有散热孔18，可以通过拆卸安装好的螺钉取下顶盖，后端不采取封闭措施，而是用可以方便打开的两扇门组成的后板将后侧封闭，目的是方便各层空间各种部件的安装及接线。前端的中层曝光层及下层预留层分别设有门，方便曝光传感器的装入与取出。箱体1下方设有可以滑动和转动的四个滚轮16，这样就方便了整个箱体1的移动。另外考虑到箱体1在整体装机后重量会比较大，因此滚轮16的两侧还设有四个可以通过螺旋传动伸出和收回的支柱17，当箱体1需要移动时将支柱17收回，靠滚轮16的滑动进行移动，当移动的到合适位置后，将支柱17伸出，靠支柱17承受箱体重量，这样就有效避免了滚轮16因长时间的承重而受到损坏。
电连接人机交互系统的曝光光源系统设置在四周内壁采用反射钢板的箱体内，人机交互系统通过可编程主控单元5电连接一组通过固态继电器分别进行控制的长弧氙灯3，长弧氙灯3顺序排列在上层板面中部，每盏长弧氙灯通过智能曝光系统的可编程主控单元相连位于曝光光源系统下方箱体内侧板上的温度照度传感器15，可编程主控单元5对每盏长弧氙灯开启与关闭进行程序控制，智能控制曝光传感器进行曝光；上层板面强电接线模块12由交流接触器组成，控制整个系统的电源。接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器，它不仅能接通和切换电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器控制容量大，它使用适用于频繁操作和远距离控制。系统采用的接触器为Andeli公司生产的CJXZ‑4011，它与两个按钮采用标准的接触器接法进行连接，用来控制整个系统的电源通断。接触器输入端为交流电压220V，输出端分别与光源配套设备13的镇流器和触发器、控制继电器10、用于弱电供电的开关电源11、排风扇2相连接。光源配套设备13由相互连接的镇流器和触发器组成。
白炽灯、红外线灯、日光灯、碘镓灯、长弧氙灯等都可以用作曝光光源。在进行曝光试验时，传感器在太阳光的照射下曝光效果最理想，而长弧氙灯能辐射出从紫外线到近红光的光，光谱形态是较强的连续光谱加较弱的线光谱，可见光区的光色近似日光，有小太阳之称。综合以上各种曝光光源的特点，结合本实施例光源稳定性、光谱、光强度等要求，因此选择长弧氙灯作为本系统的曝光光源。长弧氙灯3可以看作是一种线光源，本实施例需要在至少1800㎜长的范围内产生平行光，为了保证照明均匀性，可以选用十组长弧氙灯3组合，以满足传感器长度的要求。为了使四组光源同时发光时能在一定区域内产生均匀照明。可以采用抛物型反光灯罩9，反光灯罩9长度在1800㎜左右，形状是截面为抛物线的柱状体。位于反光灯罩9内的光源沿一条直线安装，灯管放置在反光灯罩9抛物线焦点，反光灯罩9灯罩开口宽度与工件摆放的最大宽度相同。灯管放置在抛物线焦点处的四组光源均通过灯罩反光9产生平行光，就可以在反光灯罩9下方的某个位置处形成均匀光。
本实施例采用了四盏光源。选择的长弧氙灯每盏的功率为1500W，当四盏灯同时工作时，会在箱体1内产生大量热量，引起箱内温度升高，曝光传感器在曝光时，为了防止感光胶的热硬化现象和电路贴片加速老化的问题，必须将曝光温度控制在50℃以下，必须采用必要的降温措施以保证温度不会超标。为了使温度得到有效控制，可以采用排风措施以达到降温目的。在箱体1的适当位置安装数个一定功率的风扇，风扇的排风方向的设计可以使曝光工作层的空气得到有效的循环，这样就可以使内部温度较高的空气不断的排出，外部温度较低的空气进入曝光区域，起到降温的作用。基于简单的原则，对流排风系统系统选用了7个排风风扇2，分别安装在曝光箱体的两端、顶端及后端。两端选用两个120㎜×120㎜的小风扇，排风设计由外部向曝光箱体内部吹；顶端选用了三个200㎜×200㎜的大风扇，排风设计由曝光箱体内部向外部吹；后端选用了两个200㎜×200㎜的大风扇，排风设计由外部向曝光箱体内部吹，不但吹进的气流可充分的到达导轨14表面，另一方面，后端这两个200㎜×200㎜风扇与两端两个120㎜×120㎜的小风扇吹进箱体内的气流量与顶端三个200㎜×200㎜的大风扇排出的气体量相同，这样对气流的充分循环也有好处，通过试验验证，温度被控制在了系统要求的范围之内。
夹持各种长短曝光传感器的机械顶紧装置7平行排列在曝光光源系统下方箱体曝光层上，每个曝光传感器通过左、右顶尖夹持，由可编程主控单元控制的驱动装置6对其中一组定顶尖进行驱动，每组定顶尖之间通过齿轮20传递力矩，带动曝光传感器旋转，沿着平行排列的导轨14自由移动进行曝光。
参见图2、图3。智能曝光系统的夹持机构包含驱动控制系统。基于结构简单、工作可靠稳定、方便夹持与取下原则，机械顶紧装置7的夹持装置对传感器的固定方式采用两个锥形的顶尖，分别称为左顶尖21和右顶尖22，左顶尖21为定顶尖，右顶尖22为动顶尖，这两个顶尖分别定在管状曝光传感器的两端起到固定的作用。为了能使此装置可以夹持各种长短的传感器，左顶尖21设计为固定不动，右顶尖22为可以沿左右方向移动的方式。两个顶尖固联在导轨14的两端，左顶尖固定安装在导轨14上，右顶尖22通过支撑座体上连接的滑轮23可沿导轨14左右移动，并且在移动到适当的位置可以由支撑座体上的锁紧螺栓26锁住。左右两个顶尖的中心在一条轴线上，以保证安装的曝光传感器不发生偏斜。右顶尖22内部设有压缩压缩弹簧24，目的首先是为了安装方便，其次是产生一定的顶紧力。当右顶尖22移动到合理位置后就用锁紧螺栓26锁紧，安装待曝光的曝光传感器时，先让曝光传感器的一端被左顶尖21顶住，然后人工压缩右顶尖22引起压缩弹簧24压缩、顶尖缩回，将曝光传感器的另一端放于右顶尖22轴线上后松开被压缩的顶尖，这样在压缩弹簧力的作用下曝光传感器就被两个顶尖顶紧了。左顶尖21内设有轴承25，这样顶尖就可以沿其轴线转动，它的锥形部分设计成斜齿形状，用以保证驱动传感器转动时有足够大的摩擦力。左顶尖还配有设计好参数的齿轮20，齿轮20中心与顶尖轴心在一条直线上，当齿轮20转动时驱动顶尖对曝光传感器压紧。十组如图2所示的左右顶尖配合导轨14，并排固联在主体箱体的曝光层空间中，驱动装置6对其中一组进行驱动，每组顶尖之间通过齿轮20传递力矩，就可以实现曝光系统工作时，每次旋转曝光十根传感器的功能。为了使机构看起来更美观，左顶尖21排成一排固定在导轨14上后，还设计了顶尖盖板安装在一排左顶尖21的上部，这样既提高了具有驱动作用的左顶尖21的安全性，又使装置看齐来美观大方。
驱动机构用来驱动夹持装置运动，而驱动机构的驱动装置6，常用的有步进电机、直流电机、同步电动机、测速电动机和压电陶瓷驱动器等。基于设计原则及系统性能的考虑以及个驱动装置特点、成本等因素的对比，本实施例采用了额定电压为24V的直流电动机19作为驱动装置。
在传动方式的设计上，常用的传动方式有齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、螺旋传动、摩擦传动等。齿轮传动是机械系统设计中应用最为广泛的一种传动方式。它可以传动任意两轴之间的运动和转矩，也是一种可以将移动变换为转动或者将转动变换为移动的机构。齿轮传动的传动比较稳定，传动精度也较其他方式高，在用作传递功率时它有着传动效率高、寿命长的优点。本实施例设计传动方式的主要技术要求是传动效率的保证以及运动变换方式的合理性，采用了齿轮传动的直齿轮传动方式。即每个左顶尖21的转动轴上都安装有齿轮20，相邻左顶尖21上的齿轮20相互啮合互相传递力矩，因此通过直流电机驱动最外侧一个左顶尖21齿轮20旋转，只要电机的力矩足够大，就可以使每个左顶尖21的转动轴都进行旋转。与直流电动机19直接连接的主动齿轮27的轴套上制有一个螺纹孔，将主动齿轮27套在直流电动机19旋转轴上，用与齿轮20的轴套上的螺纹孔配套的螺钉，沿螺纹孔扭紧后，螺钉就顶紧了直流电动机19的旋转轴，从而起到了将主动齿轮27与直流电动机19旋转轴的连接作用。
参阅图4。光源系统的设计采用了四盏1500W的长弧氙灯，为了起到适应不同长度传感器曝光的效果，需对四盏光源的开启与关闭进行程序控制，而取代传统的人工控制。为适应不同长度曝光传感器的曝光以提高系统智能化程度，对于每盏长弧氙灯应分别可以用程序进行控制。在不同场合的应用下对控制系统的要求不同，一般来说，对控制系统共同的要求有稳定、精确、快速、安全。曝光传感器的驱动设备选用了额定电压为24V的直流电机，用直流电机驱动机构带动曝光传感器进行曝光。系统还需要对电机进行控制，对电机的控制不仅需要控制其通断，还要控制其转速。设计时为了适应内径大的曝光传感器及内径小的曝光传感器曝光的一致性，将电机的转速设计为了两档。当曝光传感器的内径较大时采用高速档，内径小时采用低速档。为了简化设计，利用直流电机的工作特性，对电机的换档的方法采用切换其供电电源电压的方式实现，当采用低速档时用5V电压对其供电，采用高速档时用12V直流电压对其供电。因此在系统进行电机控制的设计中采用了前后两个连接的触点式继电器K。第一个继电器控制电机电源的通断，第二个继电器对其供电电源进行切换，直流电机的工作受可编程主控单元控制。可编程主控单元可采用微型可编程自动化控制器(μPAC系列)。结构小巧的可编程主控单元，具有强大的运算能力和通讯功能。可作为设备控制核心。本实施例采用泓格科技的i‑7188EA型核心控制器作为主控器。i‑7188EA是一种低价格、多用途、可编程的串口通信控制器和通信协议转换模块。泓格i‑7188EA模块内嵌AMD公司80188‑40处理器，存储器包括512K Flash‑ROM、2k EEPROM及31 Byte NVRAM。其中NVRAM非易失性随机访问存储器，是指断电后仍能保持数据的一种RAM，它访问读写速度快，用于保存需要不断更改的参数，Flash‑ROM及EEPROM的容量大，断电后数据仍能保持，泓格i‑7188EA模块存储器的设计完全满足了本系统的要求。i‑7188EA内部还提供有看门狗定时器、电源保护电路，提高了系统在运行时的安全性，BIOS支持RTC时间和日期，它还内置了 ROM  DOS操作系统，方便了系统的开发与调试，用户可借助一台普通的PC机开发程序。电源10～30VDC，功耗2.0～3.0W。在接口方面，它可以提供两个串口，一个RS232和一个RS485接口，这两个接口一方面可以用于开发系统进行调试时与上位机的连接，一方面可以扩展其他泓格模块进行模拟量的采集，或者与带有串口的显示器或键盘通信。模块的外部还置有6个数字输入口和7个数字输出口，6个输入口可以作为人机交互系统4中键盘的接口，7个数字输出口可以通过控制继电器起到控制电机及光源通断的作用。主控制器六个数字输入口都采用了内部上拉电阻，因此当输入口悬空，系统扫描时该口对应检测线为高电平，当某一个按键被按下时，对应的检测线就变成了低电平，而与其它键相对应的检测线仍为高电平，从而识别出哪一个键被按下。
根据智能控制系统的要求及变送器的要求及变送器输出信号的特点，智能控制系统采用了采用了泓格科技的i‑7017RC模拟量采集模块，它具有模数转换功能，并且可以利用泓格公司内部开发的DCON协议对它进行远程控制。它带有一个RS‑485通信口，通过这个通信口可以与主控制器i‑7188EA的RS‑485通信口进行通信，实现数据的采集，串口通信的波特率可以达到115.2K。i‑7017R可以采集八个通道的电流输入，不用外接电阻，并且内部设有高压保护，可以承受240V的有效电压而不受到损坏。它的主要性能指标：采样速度为10次/s、采样精度为±0.1％、输入阻抗1M欧姆、10～30V直流电源供电、功耗1.3W，因此它的特性指标完全满足曝光系统模拟量采集的要求。在i‑7017RC引脚的使用上，前三个模拟量采集通道用来与变送器进行连接，它的RS485串行通信口（DATA＋、DATA‑）与主控制器RS485口连接，VS＋与GND为电源供电的两个引脚，用24V直流电源为其供电。
智能控制系统包括围绕主控制器电连接的长弧氙灯、电机、接触器、显示器、蜂鸣器、模拟量采集模块i‑7017RC和电连接模拟量采集模块i‑7017RC照度变送器及两个温度变送器。为了使各种型号的传感器的曝光效果达到最佳，直流电机的转速设计为高速和低速两档，通过切换直流电机的供电电源实现转速的切换。为了对曝光工作时箱体内的温度和照度进行实验，系统还需要具有温度和照度数据采集的功能，需要合理的人机交互系统进行人机对话，因此控制器外围配包含显示器与键盘的人机交互系统4，显示器用于显示系统工作状态及参数，键盘用于操作，同时为了适应操作者的习惯，显示器具有汉字显示的功能，同时键盘操作简单容易。系统还需要选择具有记忆性的控制器，用于保存参数。在硬件系统的输入通道上，需要采集三路模拟信号，其中包括两路温度信号和一路照度信号，输出通道上具有控制四盏光源开关的能力，同时电机的通断及速度的调节也需要得到控制。因此在核心控制器的选择上，它的接口必须满足一定要求，它至少应包括采集三路模拟量信号采集的接口、显示器和键盘通信接口、控制电机通断及转速的接口、控制四路光源通断的接口。智能设备普遍采用由多个按键组合在一起而构成按键式键盘，键盘中的一个按键都代表一个特定的功能或者数字。常用的键盘有编码式和非编码式两种类型。本实施例采用了非编码式键盘。非编码式键盘是用软件的方法分析键的闭与合，软件通过周期性的对一组按键或开关进行扫描，查询是否有按键闭合。因为智能曝光系统的操作系统流程比较简单，因此键盘的设计采用了使用灵活、成本较小的非编码式键盘。
非编码式键盘又分为独立式键盘和矩阵式键盘，它们是按照键盘与核心控制器连接方式的不同来划分的。在设计上，一般按键数目大于八个时，一般都采用矩阵式键盘。独立式键盘的特点是一个键占用一个独立的接口，即一键一线。当按键数目较多时，这种结构需要占用较多的检测线，因此独立式键盘不便于组成大型键盘。智能曝光系统工作流程简单，根据系统需要设计了6个按键，因此选用了独立式键盘作为本系统的键盘结构。在键盘定义的设计上，为了满足系统功能的要求，设计了六个开关按键，每个按键均采用普通的开关作为按键器件。系统需要控制每盏光源的开关及电机的转速和通断，因此操作者可以通过操作按键进行光源及电机的控制。另外，曝光传感器的曝光时间需要操作者通过按键提前进行设置，在曝光过程中出现问题时，可以通过按键中断系统工作等。
智能控制系统采用的显示器要对操作者直接提供各种信息。显示器需要显示必要的信息使操作者了解系统工作的阶段。在智能曝光系统工作过程中，需要对各种参数进行设置，因此显示器需要显示系统工作时的参数信息，包括设置前的参数与更改后的参数。智能控制系统能根据曝光传感器的型号自动选取预置的参数进行工作，因此需要显示器具有显示各种型号信息及方便选择的功能。曝光工作过程中，需要实时的采集箱体内的温度和照度信息，这两个信号的大小也要通过显示器提供给用户。曝光一批曝光传感器的时间及日期、曝光时间的长度等信息要提供操作者。当曝光结束后，显示器应该具有相关的提示。另外，为了方便操作者操作，显示器还应显示相关帮助信息。
根据系统功能和特点，采用了有利华彩色液晶显示器。该显示器的单片机电路部分与同类液晶显示模块电路大致相同，而显示驱动逻辑电路则采用专门的优化逻辑电路取代专用液晶驱动芯片，利用分时技术让显示与输入数据同时进行，实现了画面的高速更新，而且互不干扰。它的外形尺寸为172×120.5×32，它被安装在人机交互控制盒加工的相应尺寸的方孔中。它的点阵规格为480×RGB×234，可以显示14行×30列汉字，完全可以满足系统的显示要求。且这种显示模块具有预置页面的功能，它可以预置256页画面。它可以显示黑、兰、绿、青、红、粉、黄、白八种颜色，它可以用串口或者并口进行通信，本实施例通过串行口使其与核心控制器i‑7188EA进行通信。它的工作电压为12V，左右视野角度为150度，功率12V×870Ma。
显示器的对外接口为二十针引脚，其中有三根地线和三根电源线，其余为串行通信口的引脚与并行通信口的引脚，核心控制器通过串口与其通信，通信是主要用它的14脚RXD端口向其发送数据，它的15脚DTR为缓冲区满信号，如果每组的数据量少于256字节，同时每组之间又有足够的间隙，则不判断DTR位信号也可连续发出。因此，为了方便设计，在使用时每次向显示器发送数据后都留有足够的时间间隙，没有使用DTR这个引脚。为了提高通信速度，通信口的波特率设置为9600bps(显示器的SW1‑3拨向OFF位置)，主控制器i‑7188EA与液晶显示器的通信格式为：1个低电平起始位，8个低位在前，高位在后的数据位，1个高电平停止位。
参阅图5。智能曝光系统中，需要控制的部件比较少，主要是对四盏曝光光源、电机及蜂鸣器的控制，对这三个部件的控制操作全部通过主控制器的数字输出口实现。蜂鸣器的控制比较简单，将蜂鸣器串接在24V电压端子与主控制器i‑7188EA的一个数字输出口之间，当输出口输出高电平时蜂鸣器不会发出声音，输出低电平则由于两端存在压差而使蜂鸣器发出声响。因此蜂鸣器的工作状态可以用程序控制改变其控制输出口的状态进行控制。
为了满足各个模块电压及功耗的需求，需要选用合适的开关电源分别对它们进行供电。需要直流供电的部件有彩色液晶显示器（12V）、直流电机（5V及12V）、泓格的主控制器i‑7188EA及i‑7017RC数据采集模块（12V～30V）、继电器（24V）等。因此系统需要提供5V、12V、及24V的直流电压，5V的电压提供给直流电机，工作时最大电流不超过1A；12V电压需要提供给直流电机与显示器，当两者同时需要供电时，最大需求电流不超过2A；24V电压供给泓格的主控制器、i‑7017RC数据采集模块及继电器。系统选用Mean well公司D‑120A及S‑150‑24开关电源模块，D‑120A具有5V及12V电压输出端口，输出功率可以达到60W，即只输出5V电压时最大工作电流可达12A，只输出12V电压时最大工作电流可达5A，可以提供24V电压的输出，它的输出功率为150W，完全可以满足系统的要求。另外，这两个电源模块的尺寸为199×110×50㎜，重量都在0.82kg，交流电压的输入可为110V和220V，可以通过电源模块上配置的电源开关进行配置。
开关电源、排风风扇及四盏1500W的光源系统需要220V的交流电压进行供电，因此系统采用三相电进行供电。为了使三相电的每一相电流均分，三相电中的两相为四盏光源供电，即每盏光源占用一相电，另外一相用来给开关电源及所有的排风扇供电。强电的控制采用交流接触器控制整个系统的电源。接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器，它不仅能接通和切换电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器控制容量大。它使用适用于频繁操作和远距离控制，是自动控制系统中的重要元件之一。系统采用的接触器为Andeli公司生产的CJXZ‑4011，它与两个按钮采用标准的接触器接法进行连接，用来控制整个系统的电源通断。
智能曝光系统模拟量采集通道采用了两个与24V电源相连接的温度传感器、一个照度传感器、变送器和A/D转换器，温度传感器、照度传感器的输出电压信号端与模拟量采集模块i‑7017RC的输入端电连接，实现了温度及照度数据准确、及时的采集。智能曝光系统包括电连接在主控制器i‑7188EA的继电器K、i‑7017RC模拟量采集模块、电机、显示器、键盘、蜂鸣器，温度传感器、照度传感器与模拟量采集模块i‑7017RC电连接，继电器K电路上连接的开关电源、风扇AIR和接触器，接触器经继电器K相连变送器T1、T2，变送器T1、T2通过镇流器L并联，变送器T2次级线圈电路上并联有开关K1和电容器C2，G是电容C1两端电压达到的火花间隙G，开关电源分别与显示器（12V）、直流电机（5V及12V）、泓格的主控制器i‑7188EA及i‑7017RC数据采集模块（12V～30V）、继电器（24V）、蜂鸣器电连接并对它们进行供电。长弧氙灯的工作原理如图所示。合上接触器电源开关，与继电器K电连接的触发电路内的升压变送器T1的次级线圈，感应出3～6KV高压。在交变电压的每半周，次级高压向储能电容C1充电，当C1两端电压达到火花间隙G的击穿电压时，火花间隙击穿。C1通过G产生高频高压火花脉冲，向脉冲变送器T2的初级放电，次级感应出一万伏以上的脉冲高压。当C2电压达到长弧氙灯放电电压时，灯内的氙气迅速电离，发生火花放电。只要触发器有足够的能量输出，使电极加热到具有一定的热发射能力，灯管中的气体，则由火花放电过度到弧光放电，氙灯被点燃。电源经主电路的镇流器L向氙灯供电。此时开关K1应闭合，以防止大电流将T2次级线圈烧坏。L的作用是使灯的工作比较稳定。
与传感器连接的A/D转换器将传感器输出的模拟量转换为数字量，这个模拟量一般指电压和电流参量。在选择A/D转换器时，需要考虑到它的分辨率与量化误差、转换精度、转换速率与满刻度范围等几个关键的技术指标。与A/D转换器连接的热电阻是工程上应用最广泛的温度传感器，在温度测量领域占有重要的地位。热电阻传感器就是利用导体电阻随温度变化的特性进行温度和与温度有关的参数进行测量的。热电阻传感器的主要优点是测量精度高、在低温方面有较大的测量范围、易于使用在自动测量和远距离测量中。曝光系统箱体1内的温度变化范围很小，最低值取决于曝光系统工作环境的温度，一般为室温的最低值，最高不超过60℃。因此在温度传感器的选择上考虑了在低温方便测量精度较高的热电阻传感器。智能曝光系统热电阻传感器可以采用成都怡腾自动化科技有限公司生产的WZP‑010型热电阻温度传感器，它的测量温度为‑50℃～350℃，测量精度可以达到0.1℃，完全可以满足系统要求。将它可以与怡腾公司的JWB‑DP‑A温度变送模块配套使用，将温度变化转换为4～20mA的标准电流输出。与热电阻温度传感器电连接的温度变送模块为二线制引线，供电电压为直流24V。关于照度的测量范围及照度传感器的选用，一般可以提供人阅读的照明在500～1000LUX就足够了，阴天户外的照度约为8000LUX，冬日阳光下的照度为60000～80000LUX，夏日阳光下的照度很强，约为十万LUX。因此，曝光箱体内照度的大小最大不可能超过夏日阳光下的照度强度，照度的测量采用ZD‑H‑AT型照度变送器，它的测量范围为0～100000LUX，满足了系统要求。
曝光光源利用四个固态继电器分别进行控制，与主控制器电连接的四个继电器占用四个数字输出口。控制光源的固态继电器有四个引脚，两个为控制输入脚，为弱电通电端，其余两个为输出脚，为强电通电端。将两输出脚作为光源的开关与光源系统进行连接，输入脚一端接24V电源，另一端接主控制器的数字输出口。当对控制输入脚两端施加24V电压时，两输出脚接通为接通状态，反之为断开状态。当主控制器初始化后，默认的输出口状态为“1”，即高电平，因为固态继电器另一端连接24V，也为高电平，因此两端间不存在电压差，电源不会启动。当需要开启电源时，只需要利用程序控制相应的输出口，使其状态为“0”，这样控制输入脚的两端就有了24V的电压差，引起继电器输出端接通，光源即可启动。
长弧氙灯配有触发器及镇流器，所以可以利用继电器K起到弱电控制强电的作用。继电器分为有触点的电磁继电器及无触点的固态继电器，相对于有触点的电磁继电器，固态继电器有着寿命长、工作频率高、可靠性高、使用安全、对外电磁干扰小等优点，因此本系统选用4个固态继电器分别控制每盏光源。根据每盏光源的功率大小，选用shunke公司SSR‑H380D60型的继电器，这种继电器最大可以通过60A的电流，并配有散热器，完全可以满足1500W功率长弧氙灯的要求。
当控制电机通断的第一个继电器K2 DO5的输出状态为高电平时，左边继电器的触点切到悬空，因此电机无法通电而不工作。当DO5输出为低电平时，电机通电，供电电压取决于右边的继电器即取决于控制电源切换的第二个继电器K3 DO6的状态，DO6为高电平则接通开关电源的5V电压，为低电平则接通12V电压。两继电器为感性负载，为了防止继电器突然断电时对电路的冲击，系统采用了两个单向二极管进行释放，起到对电路的保护作用。
当需要启动智能曝光系统时，按下常开的按钮，接触器内部线圈因有电流流过而产生磁力，使接触器主触头及内部的常开开关闭合，这样主回路通电，智能曝光系统工作，此时无论常开的按钮如何，智能曝光系统不受其影响。当需要断开智能曝光系统时，按下常闭的按钮开关，它与接触器内部已经被吸合的常开开关时串联的关系，因此它被按下后线圈电流回路被切断，引起主触头的断开，进而切断了系统的供电。
软件设计的核心部件是对i‑7188EA进行开发，通过程序的编制使它按照固定的流程进行工作。i‑7188EA的工作方式与普通计算机差不多，在对它进行通电后内部程序数据存储部分的Mini‑BIOS启动，然后操作系统ROM‑DOS运行，操作系统启动后运行文件CONFIG.SYS和AUTOEXEC.BAT，之后就运行由开发用户编写的实现特定功能的程序（程序可用QBASIC或C语言进行编写）。
本实施例中i‑7188中运行的程序由C语言进行编写，选择BorlandC++3.1作为应用程序的开发环境，对编写好的应用程序进行编译联接，生成可执行文件，通过工具放入i‑7188的程序存储区，i‑7188启动后自动执行这个文件。
软件流程的设计主要具有六大功能：针对某型号传感器设置参数并保存；根据用户选择的传感器型号自动调用参数工作；调用前一次曝光参数工作；快捷键调用曝光参数工作；根据用户设置的参数进行曝光；自动判断曝光结束并报警功能。
系统具有参数记忆功能，可针对每种型号规格传感器进行曝光试验，得出最佳参数后可将参数保存在系统中，保存后用户无需关心曝光参数，可直接选择曝光传感器得型号按确定即可，系统会自动选择保存的曝光参数进行工作。因此，软件系统不但需要设计传感器曝光参数设置并保存的功能，并且要提供合理的人机交互界面，便于用户进行参数设置。参数设置与保存功能的使用方法：对系统上电后显示器进入系统开机界面，此时短按上、下、左、右任意一个键，显示器的界面就显示为曝光型号选择界面。经过试验发现，曝光参数的设计主要取决于传感器的长度，相同长度的传感器具有基本一致的最佳曝光参数，因此曝光型号的选择设计为传感器长度的选择，不同长度的传感器曝光参数不同，将传感器的长度分为八个范围列举出来。可以通过按上下左右键选择传感器的型号。选中需要设置曝光参数传感器的型号后，长按取消键直至显示器的显示截面显示为参数设置。参数的设置方法在显示器上会显示出来，即按上下键选择各个参数选项，按左右键更改各参数的值，若取消参数设置可以按取消键返回上一级界面，参数设置完毕后按下确定键保存参数并返回传感器型号选择界面，进行此操作后相应传感器的曝光参数就被设置或更新了。
为了方便系统的操作，软件设计了根据用户选择的传感器型号自动调用参数工作、调用前一次曝光参数工作、快捷键调用曝光参数工作、根据用户设置的参数进行曝光四个模式，使用户可以通过四种方式选用设置相应的曝光参数进行工作。
根据用户选择的传感器型号自动调用参数工作。针对每种规格的传感器进行最佳曝光参数试验得出最佳曝光参数后，按照上述方法将参数进行逐个保存。参数被保存后系统就可以根据用户选择的型号规格自动调用对应的参数进行曝光工作。这种功能的调用只需在系统上电显示器显示开机界面后，短按上下左右键中的一个使显示器进入曝光型号选择界面，按照相同的方法选择型号后按确定就可以使系统进行工作。
调用前一次曝光参数工作。在传感器的生产加工时，往往对同一批量同规格的传感器进行曝光时，因此系统连续几次工作时的曝光参数都是一样的。为了适应系统在这种情况下方便系统的操作，软件系统设计了调用前一次曝光参数工作的功能。即在每一次曝光工作后都会将本次工作的曝光参数保存在NVRAM中，操作者选用此功能进行曝光工作时，系统会从NVRAM中读取参数进行曝光工作。操作方法只需在系统开机界面显示后按下确定键，曝光系统直接读取曝光参数进行工作。
快捷键调用曝光参数工作。系统的曝光参数主要是曝光光源开启数量的选择，因此系统软件提供了四个快捷键，四个快捷键就是标识为1、2、3、4的按键，长按每个快捷键后就会开启相应的曝光光源的盏数，系统工作时曝光时间与电机转速的选择也是通过读取NVRAM中的值，即采用上一次的电机转速及曝光时间进行工作。
根据用户设置的参数进行曝光。在对传感器进行最佳曝光参数试验时需要灵活的设置曝光参数，这时曝光参数通过用户人机界面设置。在对某种传感器进行第一次曝光时，也需要用户设置每个曝光参数，因此这个功能时必须的。这个功能的使用需要用户在系统开机界面显示时，按下取消键，这时人机界面显示参数设置界面，这个界面与参数设置并保存功能种调用的参数设置界面一样，设置方法也完全一致。参数设置完毕后按下确定键就使系统进入工作状态，曝光参数按照用户设置的进行。
系统进入工作状态后，电机控制带动传感器旋转曝光。光源数量的开启由曝光参数决定，显示器会进行当前状态的显示。软件系统不断读取温度、照度数据并更新在显示器中，显示器会将此时工作的曝光参数、时间日期用一定的显示方法呈现给操作者。为了操作者对工作流程更好的了解，界面还显示有剩余曝光时间的功能，以提醒用户在相应的时间过去后取出曝光完毕的传感器。曝光时间结束后，系统会声光提示用户曝光结束，人机界面显示“曝光结束”四个大子，同时蜂鸣器发出声音。为了防止工作过程中出现意外，可以强制中断曝光工作，使光源和电机断电，停止中断工作调用后进入的流程与正常曝光结束后进入的流程一致。