機電一體化中接口技術(shù)
機電一體化中接口技術(shù)【1】
摘要: 本文以機電一體化控制系統為例,將接口分為人機接口和機電接口兩大類(lèi)進(jìn)行探討,在此基礎上分析得出了機電接口技術(shù)對機電一體化的影響,并指出了機電接口技術(shù)必然促進(jìn)機電一體化的發(fā)展。
關(guān)鍵詞: 機電一體化;接口技術(shù);人機接口;機電接口
0引言
機電一體化系統是機械、電子和信息等各種技術(shù)融合為一體的綜合系統,其構成要素與子系統之間的接口部分就顯得極為重要。
在機械系統和電子系統各種技術(shù)的復合過(guò)程中,接口技術(shù)很重要,機電接口技術(shù)是解決如何把機電及相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)有機地融為一體,從而設計出最優(yōu)的機電一體化產(chǎn)品的研究領(lǐng)域,其性能的好壞對整個(gè)系統的綜合性能起著(zhù)決定性作用。
1機電一體化系統的設計
在早期的機電一體化系統中,機械部分的設計是系統設計的中心。
電能僅用于驅動(dòng),為系統提供動(dòng)力。
利用直流電動(dòng)機的變速功能雖然可以簡(jiǎn)化機械系統的傳動(dòng)結構,但因為無(wú)法控制運動(dòng)部件的行程,因而程序自動(dòng)化仍然是系統控制設計的主要目標。
驅動(dòng)電動(dòng)機不再是機械運動(dòng)鏈的起點(diǎn),而成為聯(lián)結機械運動(dòng)和動(dòng)力以及控制的接口。
機電一體化系統設計已從“純”機械的設計延伸到控制領(lǐng)域。
計算機、數字電路、傳感器以及自動(dòng)控制理論已成為系統設計師不可或缺的知識基礎。
信息技術(shù)和軟件設計已經(jīng)成為表達系統設計思想和協(xié)調自動(dòng)化工作的重要工具。
機電一體化技術(shù)是一個(gè)不斷發(fā)展和完善的過(guò)程。
產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率對機電一體化系統提出了不斷改進(jìn)伺服驅動(dòng)性能和發(fā)展控制算法的要求,而性能優(yōu)良的伺服驅動(dòng)既拓展了機械系統的功能、簡(jiǎn)化了傳統的機構,又要求機械系統具有合理的慣量和更好的系統動(dòng)態(tài)性能。
傳感器的在線(xiàn)監測確保了系統安全可靠的運行,反饋的信息通過(guò)閉環(huán)確保了先進(jìn)控制理論的實(shí)現和產(chǎn)品的質(zhì)量要求。
機、電、信息的密切交叉已經(jīng)使機電一體化系統中各部分的互相聯(lián)結和影響成為設計必須綜合考慮的重要內容。
機電接口技術(shù)作為機電一體化設計的核心已經(jīng)受到專(zhuān)家和學(xué)者越來(lái)越多的關(guān)注。
2機電接口技術(shù)的內涵
機電一體化系統是機械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統,其子系統之間的接口極為重要,從某種意義上說(shuō),機電一體化系統設計就是接口的設計。
但現在對于機電接口技術(shù)的研究較少,通過(guò)對機電一體化系統進(jìn)行總結和歸納,我們提出了機電接口技術(shù)的概念,形成了如下幾點(diǎn)認識。
2.1 機電接口技術(shù)的內涵機電接口技術(shù)是一門(mén)新興的技術(shù),它研究機電一體化系統中各組成部分(子系統)和各組成技術(shù)之間的接口問(wèn)題。
研究這門(mén)技術(shù)是為了更有效地進(jìn)行系統中信息能量的交互,融合各種技術(shù),實(shí)現機電一體化系統最優(yōu)化設計。
2.2 機電一體化系統接口(簡(jiǎn)稱(chēng)機電接口)的功能機電接口傳遞和轉換信息和能量,并將機電一體化各組成技術(shù)的特性融為一體。
機電接口包括硬件和軟件,硬件主要在子系統之間或人與機電一體化系統之間建立連接,為信息和能量的輸入/輸出、傳遞和轉換提供物理通道。
軟件主要是提供系統信息交互、轉換、調整的方法和過(guò)程,協(xié)調和綜合機電一體化組成技術(shù),使各子系統集成并融合為一個(gè)整體,實(shí)現新的功能。
2.3 機電接口的分類(lèi)①人―機接口。
人與機電一體化系統之間的接口,通過(guò)此接口,可以監視系統的運行狀態(tài),控制其運行過(guò)程,即通過(guò)人―機接口能夠使系統按照人的意志進(jìn)行工作。
人-機接口是雙向的,硬件包括輸入/輸出設備,主要有顯示屏、鍵盤(pán)、按鈕等。
�、趧�(dòng)力接口。
動(dòng)力源連接到驅動(dòng)系統的接口,為驅動(dòng)系統提供相應的動(dòng)力。
根據系統所需的動(dòng)力類(lèi)型不同如直流電、交流電、氣動(dòng)、液壓等,動(dòng)力接口的形式也有很大的不同。
但動(dòng)力接口有一個(gè)共同的特點(diǎn),能夠通過(guò)較大的功率。
�、壑悄芙涌�。
智能接口主要存在于三處,控制系統到驅動(dòng)系統、驅動(dòng)系統到傳感器、傳感器到控制系統。
智能接口的應用情況相對比較復雜,但可以得出它的一些共性:智能接口傳遞和轉換各種信息,按照不同技術(shù)的要求改變信息形式,使不同的子系統、不同的技術(shù)能夠集成在一起,形成完整的系統。
通常,智能接口是軟件表現出的功能連接。
�、軝C―電接口。
執行機構與驅動(dòng)系統和傳感器之間的接口。
將驅動(dòng)信號轉換成執行機構所需的信號,或將執行機構的機械信號轉換成傳感器所需的信號。
3機電接口技術(shù)對機電一體化發(fā)展的影響
社會(huì )需求推動(dòng)機電一體化技術(shù)的發(fā)展。
當傳統的機械技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足日益增加的社會(huì )需求時(shí),機械技術(shù)與電子技術(shù)、信息技術(shù)等結合形成的機電一體化技術(shù)就成了機械技術(shù)發(fā)展的必然。
相應的系統內部的接口也就變得越來(lái)越復雜。
機電一體化技術(shù)的各組成技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)行得非常深入且日趨成熟,同時(shí),人們也意識到單純發(fā)展和研究各組成技術(shù)并不能保證機電一體化系統的最優(yōu)化。
而機電接口技術(shù)正為它們提供了一種有效的方法來(lái)進(jìn)行系統研究,并將系統設計、集成和融合理論應用到實(shí)際的設計當中。
目前,機電一體化正在向著(zhù)智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò )化等方向發(fā)展,智能化必然要求系統各部分的結合要更加緊密,信息傳遞和反饋更加迅速準確。
從機電一體化發(fā)展方向對機電接口技術(shù)的要求來(lái)看,機電接口技術(shù)的研究與發(fā)展已經(jīng)成為必然,同時(shí),機電接口技術(shù)的研究與發(fā)展也必然對機電一體化技術(shù)的發(fā)展起促進(jìn)作用。
4結論
機電一體化系統是機械系統不斷融合各種新技術(shù)、新知識發(fā)展起來(lái)的。
因此,從機械技術(shù)發(fā)展起來(lái)的機電一體化技術(shù)的復雜性和多學(xué)科性就決定了此技術(shù)的研究重點(diǎn)是各種技術(shù)在機械技術(shù)上的融合與創(chuàng )新。
機電接口技術(shù)是研究機電一體化系統中的接口問(wèn)題,使系統中信息和能量的傳遞和轉換更加順暢,使系統各部分有機的結合在一起,形成完整的系統。
機電接口技術(shù)是在機電一體化技術(shù)的基礎上發(fā)展起來(lái)的,隨著(zhù)機電一體化技術(shù)的發(fā)展而變得越來(lái)越重要。
同時(shí)機電接口技術(shù)的研究也必然促進(jìn)機電一體化的發(fā)展,促進(jìn)機電一體化系統理論的發(fā)展。
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機電一體化中的接口技術(shù)【2】
摘 要：在機電一體化應用的過(guò)程中，接口技術(shù)是一種重要的創(chuàng )新和發(fā)展，而且當前機電一體化技術(shù)在這一過(guò)程中也得到了非常迅猛的發(fā)展，所以接口技術(shù)也發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越關(guān)鍵的作用，所以在這一過(guò)程中，我們需要對其予以全面和細致的研究，只有這樣，才能更好的保證機電一體化技術(shù)的應用效果。
本文主要分析了機電一體化中的接口技術(shù)，以供參考和借鑒。
關(guān)鍵詞：機電一體化;接口技術(shù);人機接口;機電接口
機電一體化系統一般可以分成兩個(gè)大部分，一個(gè)是機械，一個(gè)是微電子，在每個(gè)部分進(jìn)行連接處理的過(guò)程中一定要滿(mǎn)足相應的條件，我們通常將這個(gè)條件叫做接口。
每一個(gè)分系統都是由若干個(gè)子系統組成的，而中間的接口也就成了各個(gè)子系統能夠發(fā)揮功能的一個(gè)重要的條件。
本文主要以機電一體化控制系統為例將接口分成兩大類(lèi)，一類(lèi)是人機接口，一種是機電接口。
1、機電接口
機械系統在性質(zhì)層面上和微電子系統存在著(zhù)十分明顯的差異，二者之間要形成有效的聯(lián)系就一定要通過(guò)機電接口進(jìn)行有效的調整、匹配和緩沖過(guò)程，所以機電接口在系統運行的過(guò)程中起到了不容忽視的作用。
首先它能夠行電平轉換，同時(shí)還能放大功率。
一般情況下，微機的I/O芯片采用的大多是TTL電平，但是控制設備在運行的過(guò)程中卻不一定要采用這種形式的電平，所以在系統運行的過(guò)程中一定要經(jīng)過(guò)電平轉換才能保持其正常的運行狀態(tài)，此外在超強負載運行狀態(tài)下還需要對功率進(jìn)行適當的放大處理。
其次它還能起到抗干擾隔離層的作用。
為了可以有效的避免干擾源的進(jìn)入，在系統運行的過(guò)程中可以使用光電耦合器、脈沖變壓器或者是繼電器等設備將危機系統和控制設備單獨的分離出來(lái)。
1.1模擬信號輸入口
在機電一體化系統運行的過(guò)程中，其實(shí)際上反映的是被控制對象運行狀態(tài)所對應的信號，這個(gè)信號是傳送器的輸出信號，一般情況下，這些輸出信號主要的存在形式是模擬電壓或者是模擬電流，而在這一過(guò)程中，計算機要想對其進(jìn)行十分嚴格有效的控制，就一定要在其運行的過(guò)程中采取有效的措施獲得反應系統實(shí)時(shí)運行狀態(tài)的信號，但是計算機系統只能接收和識別數字信號，所以，要想更好的達到目的，就一定要將模擬電信號采取有效的方式轉化成數字信號，這也就是我們所說(shuō)的模擬信號輸入接口。
1.2模擬信號輸出接口
在機電一體化系統運行的過(guò)程中，執行器的信號一般是模擬電壓或者是模擬電流信號，而這些信號對生產(chǎn)過(guò)程控制而言有著(zhù)十分重要的作用，但是計算機設備在運行的過(guò)程中只能對數字信號予以輸出和識別，所以在這一過(guò)程中要想更好的控制生產(chǎn)過(guò)程，就一定要將數字信號的輸出接口轉化成模擬電信號輸出接口，其主要就是將計算機輸出的數字信號轉化成系統能夠識別的模擬電壓或者是模擬電流信號形式，這樣就可以順利的驅動(dòng)執行器面從而也就能夠對生產(chǎn)對象予以有效的嚴格的控制。
模擬信號輸出接口通常由以下幾個(gè)部分組成，它們分別是控制接口、數字模擬信號轉換器、多路模擬開(kāi)關(guān)和功率放大器。
1.3開(kāi)關(guān)信號通道接口
機電一體化系統的控制系統在運行的過(guò)程中必須要完成一些基本輸入或者是輸出信號的處理工作，這些信號存在著(zhù)一定的共同特征，就是它們都是以二進(jìn)制的邏輯形式出現的，也就是其程序當中出現的都是0或者是1，在機電一體化控制系統運行的過(guò)程中，每一個(gè)數字實(shí)際上都代表著(zhù)生產(chǎn)中的一種狀態(tài)，這些數字所代表的狀態(tài)也就成為了生產(chǎn)過(guò)程控制過(guò)程中的主要依據。
以下筆者結合自己的實(shí)際經(jīng)驗對這一問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和探討，希望能夠給相關(guān)的工作人員提供一定的參考和借鑒。
(1)輸入通道接口。
開(kāi)關(guān)信號輸入通道接口的任務(wù)是將來(lái)自控制過(guò)程的開(kāi)關(guān)信號、邏輯電平信號以及一些系統設置開(kāi)關(guān)信號傳送給計算機。
這些信號實(shí)質(zhì)是一種電平各異的數字信號，所以開(kāi)關(guān)信號輸入通道又稱(chēng)為數字輸入通道(DI)。
由于開(kāi)關(guān)信號只有兩種邏輯狀態(tài)“ON”和“OFF”或數字信號“1”和“0”，但是其電平一般與計算機的數字電平不相同，與計算機連接的接口只需考慮邏輯電平的變換以及過(guò)程噪聲隔離等設計問(wèn)題，它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉換電路和地址譯碼電路等組成。
(2)輸出通道接口。
開(kāi)關(guān)信號輸出通道的作用是將計算機通過(guò)邏輯運算處理后的開(kāi)關(guān)信號傳遞給開(kāi)關(guān)執行器(如繼電器或報警指示器)。
它實(shí)質(zhì)是邏輯數字的輸出通道，又稱(chēng)為數字輸出通道(DO)。
DO通道接口設計主要考慮的是內部與外部公共地隔離和驅動(dòng)開(kāi)關(guān)執行器的功率。
開(kāi)關(guān)量輸出通道接口主要由輸出鎖存器、驅動(dòng)器和輸出口地址譯碼電路等組成。
2、人機接口
人機接口是操作者與機電系統(主要是控制微機)之間進(jìn)行信息交換的接口。
按照信息的傳遞方向，可以分為輸入與輸出接口兩大類(lèi)。
機電系統通過(guò)輸出接口向操作者顯示系統的各種狀態(tài)、運行參數及結果等信息;另一方面，操作者通過(guò)輸入接口向機電系統輸入各種控制命令，干預系統的運行狀態(tài)，以實(shí)現所要求的功能。
2.1輸入接口
(1)撥盤(pán)輸入接口。
撥盤(pán)是機電一體化系統中常見(jiàn)的一種輸入設備，若系統需要輸入少量的參數，如修正系數、控制目標等，采用撥盤(pán)較為方便，這種方式具有保持性。
撥盤(pán)的種類(lèi)很多，作為人機接口使用最方便的是十進(jìn)制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤(pán)。
BCD碼撥盤(pán)可直接與控制微機的并行口或擴展口相連，以BCD碼形式輸入信息。
(2)鍵盤(pán)輸入接口。
鍵盤(pán)是一組按鍵集合，向計算機提供被按鍵的代碼。
常用的鍵盤(pán)有：a.編碼鍵盤(pán)，自動(dòng)提供被按鍵的編碼(如ASCII碼或二進(jìn)制碼);b.非編碼鍵盤(pán)，僅僅簡(jiǎn)單地提供按鍵的通或斷(“0”或“1”電位)，而按鍵的掃描和識別，則由設計的鍵盤(pán)程序來(lái)實(shí)現。
前者使用方便，但結構復雜，成本高;后者電路簡(jiǎn)單，便于設計。
2.2輸出接口
在機電一體化系統中，發(fā)光二極管顯示器(LED)是典型的輸出設備，由于LED顯示器結構簡(jiǎn)單、體積小、可靠性高、壽命長(cháng)、價(jià)格便宜，因此使用廣泛。
常用的LED顯示器有7段發(fā)光二極管和點(diǎn)陣式LED顯示器。
7段LED顯示器原理很簡(jiǎn)單，是同名管腳上所加電平高低來(lái)控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同字形的。
點(diǎn)陣式LED顯示器一般用來(lái)顯示復雜符號、字母及表格等，在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應用。
3、機電接口技術(shù)對機電一體化發(fā)展的影響
機電一體化技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的日益成熟，此時(shí)，人們也發(fā)現了如果只是單方面的研究和發(fā)展不能保障機電一側七的洲七發(fā)展。
所以提出了機電一體化系統將理論和實(shí)顯舉吉合到一起進(jìn)行研究。
不過(guò)由于機電一體化的復雜性，所以造成了機電一體化的研究只能停在理論的研究層面中。
機電接口技術(shù)可以提供一個(gè)有效地方法澎于各個(gè)系統的研究，而且困尋系統的設計、結合理論運用到實(shí)際的系統設計中。
而當前這一技術(shù)也朝著(zhù)更加全面更加科學(xué)的方向發(fā)展。
4、結語(yǔ)
接口技術(shù)是研究機電一體化系統中的接口問(wèn)題，使系統中信息和能量的傳遞和轉換更加順暢，使系統各部分有機地結合在一起，形成完整的系統。
接口技術(shù)是在機電一體化技術(shù)的基礎上發(fā)展起來(lái)的，隨著(zhù)機電一體化技術(shù)的發(fā)展而變得越來(lái)越重要;同時(shí)接口技術(shù)的研究也必然促進(jìn)機電一體化的發(fā)展。
從某種意義上講，機電一體化系統的設計，就是根據功能要求選擇了各部分后所進(jìn)行的接口設計。
接口的好與壞直接影響到機電一體化系統的控制性能，以及系統運行的穩定性和可靠性，因此接口技術(shù)是機電一體化系統的關(guān)鍵環(huán)節。
參考文獻
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