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機(jī)電一體化中接口技術(shù)
機(jī)電一體化中接口技術(shù)【1】
摘要: 本文以機(jī)電一體化控制系統(tǒng)為例,將接口分為人機(jī)接口和機(jī)電接口兩大類進(jìn)行探討,在此基礎(chǔ)上分析得出了機(jī)電接口技術(shù)對(duì)機(jī)電一體化的影響,并指出了機(jī)電接口技術(shù)必然促進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展。
關(guān)鍵詞: 機(jī)電一體化;接口技術(shù);人機(jī)接口;機(jī)電接口
0引言
機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)械、電子和信息等各種技術(shù)融合為一體的綜合系統(tǒng),其構(gòu)成要素與子系統(tǒng)之間的接口部分就顯得極為重要。
在機(jī)械系統(tǒng)和電子系統(tǒng)各種技術(shù)的復(fù)合過(guò)程中,接口技術(shù)很重要,機(jī)電接口技術(shù)是解決如何把機(jī)電及相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)有機(jī)地融為一體,從而設(shè)計(jì)出最優(yōu)的機(jī)電一體化產(chǎn)品的研究領(lǐng)域,其性能的好壞對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能起著決定性作用。
1機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
在早期的機(jī)電一體化系統(tǒng)中,機(jī)械部分的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中心。
電能僅用于驅(qū)動(dòng),為系統(tǒng)提供動(dòng)力。
利用直流電動(dòng)機(jī)的變速功能雖然可以簡(jiǎn)化機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu),但因?yàn)闊o(wú)法控制運(yùn)動(dòng)部件的行程,因而程序自動(dòng)化仍然是系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。
驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不再是機(jī)械運(yùn)動(dòng)鏈的起點(diǎn),而成為聯(lián)結(jié)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力以及控制的接口。
機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)已從“純”機(jī)械的設(shè)計(jì)延伸到控制領(lǐng)域。
計(jì)算機(jī)、數(shù)字電路、傳感器以及自動(dòng)控制理論已成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師不可或缺的知識(shí)基礎(chǔ)。
信息技術(shù)和軟件設(shè)計(jì)已經(jīng)成為表達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和協(xié)調(diào)自動(dòng)化工作的重要工具。
機(jī)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(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)提出了不斷改進(jìn)伺服驅(qū)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(qū)動(dòng)既拓展了機(jī)械系統(tǒng)的功能、簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu),又要求機(jī)械系統(tǒng)具有合理的慣量和更好的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。
傳感器的在線監(jiān)測(cè)確保了系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)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(xiàn)和產(chǎn)品的質(zhì)量要求。
機(jī)、電、信息的密切交叉已經(jīng)使機(jī)電一體化系統(tǒng)中各部分的互相聯(lián)結(jié)和影響成為設(shè)計(jì)必須綜合考慮的重要內(nèi)容。
機(jī)電接口技術(shù)作為機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的核心已經(jīng)受到專家和學(xué)者越來(lái)越多的關(guān)注。
2機(jī)電接口技術(shù)的內(nèi)涵
機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng),其子系統(tǒng)之間的接口極為重要,從某種意義上說(shuō),機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是接口的設(shè)計(jì)。
但現(xiàn)在對(duì)于機(jī)電接口技術(shù)的研究較少,通過(guò)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行總結(jié)和歸納,我們提出了機(jī)電接口技術(shù)的概念,形成了如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。
2.1 機(jī)電接口技術(shù)的內(nèi)涵機(jī)電接口技術(shù)是一門(mén)新興的技術(shù),它研究機(jī)電一體化系統(tǒng)中各組成部分(子系統(tǒng))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(tǒng)中信息能量的交互,融合各種技術(shù),實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)接口(簡(jiǎn)稱機(jī)電接口)的功能機(jī)電接口傳遞和轉(zhuǎn)換信息和能量,并將機(jī)電一體化各組成技術(shù)的特性融為一體。
機(jī)電接口包括硬件和軟件,硬件主要在子系統(tǒng)之間或人與機(jī)電一體化系統(tǒng)之間建立連接,為信息和能量的輸入/輸出、傳遞和轉(zhuǎn)換提供物理通道。
軟件主要是提供系統(tǒng)信息交互、轉(zhuǎn)換、調(diào)整的方法和過(guò)程,協(xié)調(diào)和綜合機(jī)電一體化組成技術(shù),使各子系統(tǒng)集成并融合為一個(gè)整體,實(shí)現(xiàn)新的功能。
2.3 機(jī)電接口的分類①人―機(jī)接口。
人與機(jī)電一體化系統(tǒng)之間的接口,通過(guò)此接口,可以監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),控制其運(yùn)行過(guò)程,即通過(guò)人―機(jī)接口能夠使系統(tǒng)按照人的意志進(jìn)行工作。
人-機(jī)接口是雙向的,硬件包括輸入/輸出設(shè)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)的接口,為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供相應(yīng)的動(dòng)力。
根據(jù)系統(tǒng)所需的動(dòng)力類型不同如直流電、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(tǒng)到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)到傳感器、傳感器到控制系統(tǒng)。
智能接口的應(yīng)用情況相對(duì)比較復(fù)雜,但可以得出它的一些共性:智能接口傳遞和轉(zhuǎn)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(tǒng)、不同的技術(shù)能夠集成在一起,形成完整的系統(tǒng)。
通常,智能接口是軟件表現(xiàn)出的功能連接。
④機(jī)―電接口。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳感器之間的接口。
將驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的信號(hào),或?qū)?zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成傳感器所需的信號(hào)。
3機(jī)電接口技術(shù)對(duì)機(jī)電一體化發(fā)展的影響
社會(huì)需求推動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。
當(dāng)傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)無(wú)法滿足日益增加的社會(huì)需求時(shí),機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)、信息技術(shù)等結(jié)合形成的機(jī)電一體化技術(shù)就成了機(jī)械技術(shù)發(fā)展的必然。
相應(yīng)的系統(tǒng)內(nèi)部的接口也就變得越來(lái)越復(fù)雜。
機(jī)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(shí)到單純發(fā)展和研究各組成技術(shù)并不能保證機(jī)電一體化系統(tǒng)的最優(yōu)化。
而機(jī)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(tǒng)研究,并將系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成和融合理論應(yīng)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中。
目前,機(jī)電一體化正在向著智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展,智能化必然要求系統(tǒng)各部分的結(jié)合要更加緊密,信息傳遞和反饋更加迅速準(zhǔn)確。
從機(jī)電一體化發(fā)展方向?qū)C(jī)電接口技術(shù)的要求來(lái)看,機(jī)電接口技術(shù)的研究與發(fā)展已經(jīng)成為必然,同時(shí),機(jī)電接口技術(shù)的研究與發(fā)展也必然對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展起促進(jìn)作用。
4結(jié)論
機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)不斷融合各種新技術(shù)、新知識(shí)發(fā)展起來(lái)的。
因此,從機(jī)械技術(shù)發(fā)展起來(lái)的機(jī)電一體化技術(shù)的復(fù)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(jī)械技術(shù)上的融合與創(chuàng)新。
機(jī)電接口技術(shù)是研究機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口問(wèn)題,使系統(tǒng)中信息和能量的傳遞和轉(zhuǎn)換更加順暢,使系統(tǒng)各部分有機(jī)的結(jié)合在一起,形成完整的系統(tǒng)。
機(jī)電接口技術(shù)是在機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展而變得越來(lái)越重要。
同時(shí)機(jī)電接口技術(shù)的研究也必然促進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展,促進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)理論的發(fā)展。
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機(jī)電一體化中的接口技術(shù)【2】
摘 要:在機(jī)電一體化應(yīng)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(dāng)前機(jī)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)揮著越來(lái)越關(guān)鍵的作用,所以在這一過(guò)程中,我們需要對(duì)其予以全面和細(xì)致的研究,只有這樣,才能更好的保證機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用效果。
本文主要分析了機(jī)電一體化中的接口技術(shù),以供參考和借鑒。
關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化;接口技術(shù);人機(jī)接口;機(jī)電接口
機(jī)電一體化系統(tǒng)一般可以分成兩個(gè)大部分,一個(gè)是機(jī)械,一個(gè)是微電子,在每個(gè)部分進(jìn)行連接處理的過(guò)程中一定要滿足相應(yīng)的條件,我們通常將這個(gè)條件叫做接口。
每一個(gè)分系統(tǒng)都是由若干個(gè)子系統(tǒng)組成的,而中間的接口也就成了各個(gè)子系統(tǒng)能夠發(fā)揮功能的一個(gè)重要的條件。
本文主要以機(jī)電一體化控制系統(tǒng)為例將接口分成兩大類,一類是人機(jī)接口,一種是機(jī)電接口。
1、機(jī)電接口
機(jī)械系統(tǒng)在性質(zhì)層面上和微電子系統(tǒng)存在著十分明顯的差異,二者之間要形成有效的聯(lián)系就一定要通過(guò)機(jī)電接口進(jìn)行有效的調(diào)整、匹配和緩沖過(guò)程,所以機(jī)電接口在系統(tǒng)運(yùn)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(zhuǎn)換,同時(shí)還能放大功率。
一般情況下,微機(jī)的I/O芯片采用的大多是TTL電平,但是控制設(shè)備在運(yùn)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(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中一定要經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換才能保持其正常的運(yùn)行狀態(tài),此外在超強(qiáng)負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下還需要對(duì)功率進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯筇幚怼?/p>
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(tǒng)運(yùn)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(shè)備將危機(jī)系統(tǒng)和控制設(shè)備單獨(dú)的分離出來(lái)。
1.1模擬信號(hào)輸入口
在機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中,其實(shí)際上反映的是被控制對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的信號(hào),這個(gè)信號(hào)是傳送器的輸出信號(hào),一般情況下,這些輸出信號(hào)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(jì)算機(jī)要想對(duì)其進(jìn)行十分嚴(yán)格有效的控制,就一定要在其運(yùn)行的過(guò)程中采取有效的措施獲得反應(yīng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào),但是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只能接收和識(shí)別數(shù)字信號(hào),所以,要想更好的達(dá)到目的,就一定要將模擬電信號(hào)采取有效的方式轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào),這也就是我們所說(shuō)的模擬信號(hào)輸入接口。
1.2模擬信號(hào)輸出接口
在機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中,執(zhí)行器的信號(hào)一般是模擬電壓或者是模擬電流信號(hào),而這些信號(hào)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程控制而言有著十分重要的作用,但是計(jì)算機(jī)設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中只能對(duì)數(shù)字信號(hào)予以輸出和識(shí)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(shù)字信號(hào)的輸出接口轉(zhuǎn)化成模擬電信號(hào)輸出接口,其主要就是將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)能夠識(shí)別的模擬電壓或者是模擬電流信號(hào)形式,這樣就可以順利的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器面從而也就能夠?qū)ιa(chǎn)對(duì)象予以有效的嚴(yán)格的控制。
模擬信號(hào)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(shù)字模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器、多路模擬開(kāi)關(guān)和功率放大器。
1.3開(kāi)關(guān)信號(hào)通道接口
機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中必須要完成一些基本輸入或者是輸出信號(hào)的處理工作,這些信號(hào)存在著一定的共同特征,就是它們都是以二進(jìn)制的邏輯形式出現(xiàn)的,也就是其程序當(dāng)中出現(xiàn)的都是0或者是1,在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中,每一個(gè)數(shù)字實(shí)際上都代表著生產(chǎn)中的一種狀態(tài),這些數(shù)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(jù)。
以下筆者結(jié)合自己的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)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(hào)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(hào)、邏輯電平信號(hào)以及一些系統(tǒng)設(shè)置開(kāi)關(guān)信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)。
這些信號(hào)實(shí)質(zhì)是一種電平各異的數(shù)字信號(hào),所以開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入通道又稱為數(shù)字輸入通道(DI)。
由于開(kāi)關(guān)信號(hào)只有兩種邏輯狀態(tài)“ON”和“OFF”或數(shù)字信號(hào)“1”和“0”,但是其電平一般與計(jì)算機(jī)的數(shù)字電平不相同,與計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)問(wèn)題,它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉(zhuǎn)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(hào)輸出通道的作用是將計(jì)算機(jī)通過(guò)邏輯運(yùn)算處理后的開(kāi)關(guān)信號(hào)傳遞給開(kāi)關(guān)執(zhí)行器(如繼電器或報(bào)警指示器)。
它實(shí)質(zhì)是邏輯數(shù)字的輸出通道,又稱為數(shù)字輸出通道(DO)。
DO通道接口設(shè)計(jì)主要考慮的是內(nèi)部與外部公共地隔離和驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)執(zhí)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(qū)動(dòng)器和輸出口地址譯碼電路等組成。
2、人機(jī)接口
人機(jī)接口是操作者與機(jī)電系統(tǒng)(主要是控制微機(jī))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。
機(jī)電系統(tǒng)通過(guò)輸出接口向操作者顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)及結(jié)果等信息;另一方面,操作者通過(guò)輸入接口向機(jī)電系統(tǒng)輸入各種控制命令,干預(yù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),以實(shí)現(xiàn)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(jī)電一體化系統(tǒng)中常見(jiàn)的一種輸入設(shè)備,若系統(tǒng)需要輸入少量的參數(shù),如修正系數(shù)、控制目標(biāo)等,采用撥盤(pán)較為方便,這種方式具有保持性。
撥盤(pán)的種類很多,作為人機(jī)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(jī)的并行口或擴(kuò)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(jì)算機(jī)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(shí)別,則由設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。
前者使用方便,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高;后者電路簡(jiǎn)單,便于設(shè)計(jì)。
2.2輸出接口
在機(jī)電一體化系統(tǒng)中,發(fā)光二極管顯示器(LED)是典型的輸出設(shè)備,由于LED顯示器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠性高、壽命長(zhǎng)、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(fù)雜符號(hào)、字母及表格等,在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應(yīng)用。
3、機(jī)電接口技術(shù)對(duì)機(jī)電一體化發(fā)展的影響
機(jī)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(xiàn)了如果只是單方面的研究和發(fā)展不能保障機(jī)電一側(cè)七的洲七發(fā)展。
所以提出了機(jī)電一體化系統(tǒng)將理論和實(shí)顯舉吉合到一起進(jìn)行研究。
不過(guò)由于機(jī)電一體化的復(fù)雜性,所以造成了機(jī)電一體化的研究只能停在理論的研究層面中。
機(jī)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(tǒng)的研究,而且困尋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、結(jié)合理論運(yùn)用到實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。
而當(dāng)前這一技術(shù)也朝著更加全面更加科學(xué)的方向發(fā)展。
4、結(jié)語(yǔ)
接口技術(shù)是研究機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口問(wèn)題,使系統(tǒng)中信息和能量的傳遞和轉(zhuǎn)換更加順暢,使系統(tǒng)各部分有機(jī)地結(jié)合在一起,形成完整的系統(tǒng)。
接口技術(shù)是在機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,隨著機(jī)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(jī)電一體化的發(fā)展。
從某種意義上講,機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì),就是根據(jù)功能要求選擇了各部分后所進(jìn)行的接口設(shè)計(jì)。
接口的好與壞直接影響到機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制性能,以及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性,因此接口技術(shù)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
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