机电一体化中接口技术

[机电一体化专业个人简历表格]机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化的一种，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。随着计算机技术的...+阅读

机电一体化中接口技术【1】

摘要: 本文以机电一体化控制系统为例,将接口分为人机接口和机电接口两大类进行探讨,在此基础上分析得出了机电接口技术对机电一体化的影响,并指出了机电接口技术必然促进机电一体化的发展。

关键词: 机电一体化;接口技术;人机接口;机电接口

0引言

机电一体化系统是机械、电子和信息等各种技术融合为一体的综合系统,其构成要素与子系统之间的接口部分就显得极为重要。

在机械系统和电子系统各种技术的复合过程中,接口技术很重要,机电接口技术是解决如何把机电及相关领域技术有机地融为一体,从而设计出最优的机电一体化产品的研究领域,其性能的好坏对整个系统的综合性能起着决定性作用。

1机电一体化系统的设计

在早期的机电一体化系统中,机械部分的设计是系统设计的中心。

电能仅用于驱动,为系统提供动力。

利用直流电动机的变速功能虽然可以简化机械系统的传动结构,但因为无法控制运动部件的行程,因而程序自动化仍然是系统控制设计的主要目标。

驱动电动机不再是机械运动链的起点,而成为联结机械运动和动力以及控制的接口。

机电一体化系统设计已从纯机械的设计延伸到控制领域。

计算机、数字电路、传感器以及自动控制理论已成为系统设计师不可或缺的知识基础。

信息技术和软件设计已经成为表达系统设计思想和协调自动化工作的重要工具。

机电一体化技术是一个不断发展和完善的过程。

产品精度和生产效率对机电一体化系统提出了不断改进伺服驱动性能和发展控制算法的要求,而性能优良的伺服驱动既拓展了机械系统的功能、简化了传统的机构,又要求机械系统具有合理的惯量和更好的系统动态性能。

传感器的在线监测确保了系统安全可靠的运行,反馈的信息通过闭环确保了先进控制理论的实现和产品的质量要求。

机、电、信息的密切交叉已经使机电一体化系统中各部分的互相联结和影响成为设计必须综合考虑的重要内容。

机电接口技术作为机电一体化设计的核心已经受到专家和学者越来越多的关注。

2机电接口技术的内涵

机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统,其子系统之间的接口极为重要,从某种意义上说,机电一体化系统设计就是接口的设计。

但现在对于机电接口技术的研究较少,通过对机电一体化系统进行总结和归纳,我们提出了机电接口技术的概念,形成了如下几点认识。

2.1 机电接口技术的内涵机电接口技术是一门新兴的技术,它研究机电一体化系统中各组成部分(子系统)和各组成技术之间的接口问题。

研究这门技术是为了更有效地进行系统中信息能量的交互,融合各种技术,实现机电一体化系统最优化设计。

2.2 机电一体化系统接口(简称机电接口)的功能机电接口传递和转换信息和能量,并将机电一体化各组成技术的特性融为一体。

机电接口包括硬件和软件,硬件主要在子系统之间或人与机电一体化系统之间建立连接,为信息和能量的输入/输出、传递和转换提供物理通道。

软件主要是提供系统信息交互、转换、调整的方法和过程,协调和综合机电一体化组成技术,使各子系统集成并融合为一个整体,实现新的功能。

2.3 机电接口的分类①人―机接口。

人与机电一体化系统之间的接口,通过此接口,可以监视系统的运行状态,控制其运行过程,即通过人―机接口能够使系统按照人的意志进行工作。

人-机接口是双向的,硬件包括输入/输出设备,主要有显示屏、键盘、按钮等。

②动力接口。

动力源连接到驱动系统的接口,为驱动系统提供相应的动力。

根据系统所需的动力类型不同如直流电、交流电、气动、液压等,动力接口的形式也有很大的不同。

但动力接口有一个共同的特点,能够通过较大的功率。

③智能接口。

智能接口主要存在于三处,控制系统到驱动系统、驱动系统到传感器、传感器到控制系统。

智能接口的应用情况相对比较复杂,但可以得出它的一些共性:智能接口传递和转换各种信息,按照不同技术的要求改变信息形式,使不同的子系统、不同的技术能够集成在一起,形成完整的系统。

通常,智能接口是软件表现出的功能连接。

④机―电接口。

执行机构与驱动系统和传感器之间的接口。

将驱动信号转换成执行机构所需的信号,或将执行机构的机械信号转换成传感器所需的信号。

3机电接口技术对机电一体化发展的影响

社会需求推动机电一体化技术的发展。

当传统的机械技术无法满足日益增加的社会需求时,机械技术与电子技术、信息技术等结合形成的机电一体化技术就成了机械技术发展的必然。

相应的系统内部的接口也就变得越来越复杂。

机电一体化技术的各组成技术的研究已经进行得非常深入且日趋成熟,同时,人们也意识到单纯发展和研究各组成技术并不能保证机电一体化系统的最优化。

而机电接口技术正为它们提供了一种有效的方法来进行系统研究,并将系统设计、集成和融合理论应用到实际的设计当中。

目前,机电一体化正在向着智能化、模块化、网络化等方向发展,智能化必然要求系统各部分的结合要更加紧密,信息传递和反馈更加迅速准确。

从机电一体化发展方向对机电接口技术的要求来看,机电接口技术的研究与发展已经成为必然,同时,机电接口技术的研究与发展也必然对机电一体化技术的发展起促进作用。

4结论

机电一体化系统是机械系统不断融合各种新技术、新知识发展起来的。

因此,从机械技术发展起来的机电一体化技术的复杂性和多学科性就决定了此技术的研究重点是各种技术在机械技术上的融合与创新。

机电接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题,使系统中信息和能量的传递和转换更加顺畅,使系统各部分有机的结合在一起,形成完整的系统。

机电接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的,随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要。

同时机电接口技术的研究也必然促进机电一体化的发展,促进机电一体化系统理论的发展。

参考文献:

[1]李运华等.机电控制.北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[2]周祖德,陈幼平.机电一体化控制技术与系统.武汉:华中科技大学出版社,2007.

[3]刘杰等.机电一体化基础与产品设计.北京:冶金工业出版社,2009.

机电一体化中的接口技术【2】

摘要：在机电一体化应用的过程中，接口技术是一种重要的创新和发展，而且当前机电一体化技术在这一过程中也得到了非常迅猛的发展，所以接口技术也发挥着越来越关键的作用，所以在这一过程中，我们需要对其予以全面和细致的研究，只有这样，才能更好的保证机电一体化技术的应用效果。

本文主要分析了机电一体化中的接口技术，以供参考和借鉴。

关键词：机电一体化;接口技术;人机接口;机电接口

机电一体化系统一般可以分成两个大部分，一个是机械，一个是微电子，在每个部分进行连接处理的过程中一定要满足相应的条件，我们通常将这个条件叫做接口。

每一个分系统都是由若干个子系统组成的，而中间的接口也就成了各个子系统能够发挥功能的一个重要的条件。

本文主要以机电一体化控制系统为例将接口分成两大类，一类是人机接口，一种是机电接口。

1、机电接口

机械系统在性质层面上和微电子系统存在着十分明显的差异，二者之间要形成有效的联系就一定要通过机电接口进行有效的调整、匹配和缓冲过程，所以机电接口在系统运行的过程中起到了不容忽视的作用。

首先它能够行电平转换，同时还能放大功率。

一般情况下，微机的I/O芯片采用的大多是TTL电平，但是控制设备在运行的过程中却不一定要采用这种形式的电平，所以在系统运行的过程中一定要经过电平转换才能保持其正常的运行状态，此外在超强负载运行状态下还需要对功率进行适当的放大处理。

其次它还能起到抗干扰隔离层的作用。

为了可以有效的避免干扰源的进入，在系统运行的过程中可以使用光电耦合器、脉冲变压器或者是继电器等设备将危机系统和控制设备单独的分离出来。

1.1模拟信号输入口

在机电一体化系统运行的过程中，其实际上反映的是被控制对象运行状态所对应的信号，这个信号是传送器的输出信号，一般情况下，这些输出信号主要的存在形式是模拟电压或者是模拟电流，而在这一过程中，计算机要想对其进行十分严格有效的控制，就一定要在其运行的过程中采取有效的措施获得反应系统实时运行状态的信号，但是计算机系统只能接收和识别数字信号，所以，要想更好的达到目的，就一定要将模拟电信号采取有效的方式转化成数字信号，这也就是我们所说的模拟信号输入接口。

1.2模拟信号输出接口

在机电一体化系统运行的过程中，执行器的信号一般是模拟电压或者是模拟电流信号，而这些信号对生产过程控制而言有着十分重要的作用，但是计算机设备在运行的过程中只能对数字信号予以输出和识别，所以在这一过程中要想更好的控制生产过程，就一定要将数字信号的输出接口转化成模拟电信号输出接口，其主要就是将计算机输出的数字信号转化成系统能够识别的模拟电压或者是模拟电流信号形式，这样就可以顺利的驱动执行器面从而也就能够对生产对象予以有效的严格的控制。

模拟信号输出接口通常由以下几个部分组成，它们分别是控制接口、数字模拟信号转换器、多路模拟开关和功率放大器。

1.3开关信号通道接口

机电一体化系统的控制系统在运行的过程中必须要完成一些基本输入或者是输出信号的处理工作，这些信号存在着一定的共同特征，就是它们都是以二进制的逻辑形式出现的，也就是其程序当中出现的都是0或者是1，在机电一体化控制系统运行的过程中，每一个数字实际上都代表着生产中的一种状态，这些数字所代表的状态也就成为了生产过程控制过程中的主要依据。

以下笔者结合自己的实际经验对这一问题进行简要的分析和探讨，希望能够给相关的工作人员提供一定的参考和借鉴。

(1)输入通道接口。

开关信号输入通道接口的任务是将来自控制过程的开关信号、逻辑电平信号以及一些系统设置开关信号传送给计算机。

这些信号实质是一种电平各异的数字信号，所以开关信号输入通道又称为数字输入通道(DI)。

由于开关信号只有两种逻辑状态ON和OFF或数字信号1和0，但是其电平一般与计算机的数字电平不相同，与计算机连接的接口只需考虑逻辑电平的变换以及过程噪声隔离等设计问题，它主要由输入缓冲器、电平隔离与转换电路和地址译码电路等组成。

(2)输出通道接口。

开关信号输出通道的作用是将计算机通过逻辑运算处理后的开关信号传递给开关执行器(如继电器或报警指示器)。

它实质是逻辑数字的输出通道，又称为数字输出通道(DO)。

DO通道接口设计主要考虑的是内部与外部公共地隔离和驱动开关执行器的功率。

开关量输出通道接口主要由输出锁存器、驱动器和输出口地址译码电路等组成。

2、人机接口

人机接口是操作者与机电系统(主要是控制微机)之间进行信息交换的接口。

按照信息的传递方向，可以分为输入与输出接口两大类。

机电系统通过输出接口向操作者显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息;另一方面，操作者通过输入接口向机电系统输入各种控制命令，干预系统的运行状态，以实现所要求的功能。

2.1输入接口

(1)拨盘输入接口。

拨盘是机电一体化系统中常见的一种输入设备，若系统需要输入少量的参数，如修正系数、控制目标等，采用拨盘较为方便，这种方式具有保持性。

拨盘的种类很多，作为人机接口使用最方便的是十进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘。

BCD码拨盘可直接与控制微机的并行口或扩展口相连，以BCD码形式输入信息。

(2)键盘输入接口。

键盘是一组按键集合，向计算机提供被按键的代码。

常用的键盘有：a.编码键盘，自动提供被按键的编码(如ASCII码或二进制码);b.非编码键盘，仅仅简单地提供按键的通或断(0或1电位)，而按键的扫描和识别，则由设计的键盘程序来实现。

前者使用方便，但结构复杂，成本高;后者电路简单，便于设计。

2.2输出接口

在机电一体化系统中，发光二极管显示器(LED)是典型的输出设备，由于LED显示器结构简单、体积小、可靠性高、寿命长、价格便宜，因此使用广泛。

常用的LED显示器有7段发光二极管和点阵式LED显示器。

7段LED显示器原理很简单，是同名管脚上所加电平高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同字形的。

点阵式LED显示器一般用来显示复杂符号、字母及表格等，在大屏幕显示及智能化仪器中有广泛应用。

3、机电接口技术对机电一体化发展的影响

机电一体化技术已经发展的日益成熟，此时，人们也发现了如果只是单方面的研究和发展不能保障机电一侧七的洲七发展。

所以提出了机电一体化系统将理论和实显举吉合到一起进行研究。

不过由于机电一体化的复杂性，所以造成了机电一体化的研究只能停在理论的研究层面中。

机电接口技术可以提供一个有效地方法澎于各个系统的研究，而且困寻系统的设计、结合理论运用到实际的系统设计中。

而当前这一技术也朝着更加全面更加科学的方向发展。

4、结语

接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题，使系统中信息和能量的传递和转换更加顺畅，使系统各部分有机地结合在一起，形成完整的系统。

接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的，随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要;同时接口技术的研究也必然促进机电一体化的发展。

从某种意义上讲，机电一体化系统的设计，就是根据功能要求选择了各部分后所进行的接口设计。

接口的好与坏直接影响到机电一体化系统的控制性能，以及系统运行的稳定性和可靠性，因此接口技术是机电一体化系统的关键环节。

参考文献

[1]范艳花.机电一体化中接口技术的探讨[J].才智.2012(07)

[2]叶志强.浅谈机电一体化中的接口技术[J].科技创新与应用.2012(01)

[3]张红春.浅谈机电一体化中的接口技术[J].科技信息.2009(21)

[4]胡鹏.机电一体化中接口技术的研究[J].科技信息(科学教研).2007(31)