機電接口方式研討

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本文作者：李志鑌 單位：中電投新疆能源準東有限公司

1概述

電子技術(shù)與機械技術(shù)的聯(lián)系與生俱來，從電子技術(shù)產(chǎn)生開始就有。電子技術(shù)的發(fā)展時刻影響著機械技術(shù)的創(chuàng)新，它們漸漸形成一中新興技術(shù)即機電一體化。大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)標志著電子技術(shù)發(fā)展的高峰，也大大的促進了機電一體化的發(fā)展，使她有了明顯進展，使它的魅力凸顯在人類的面前，它的發(fā)展開始成為科技發(fā)展的焦點。在機械系統(tǒng)中采用電子技術(shù)，機械系統(tǒng)通過接口以及軟件與電子設(shè)計融合起來的技術(shù)被稱為機電一體化。技術(shù)和產(chǎn)品是機電一體化的兩個主要層面。簡單的疊加機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)不是機電一體化，它是機械電子完美糅合的綜合技術(shù)。機電一體化正是因此有別于機械電氣化。機械電氣化是機電一體化的基礎(chǔ)。機電一體化取代機械電氣化的發(fā)展后，簡單的取代和擴大的系統(tǒng)被智能化，功能化所取代。機電接口技術(shù)作為機電一體化重要組成部分的也隨著設(shè)計實踐的日趨豐富、設(shè)計理念的日趨成熟吸引了更多人力財力的投入和關(guān)注。

2接口問題

2.1機電一體化接口技術(shù)的內(nèi)涵

機電一體化技術(shù)是在電子、機械、計算機、控制理論等現(xiàn)代高新群體基礎(chǔ)上建立起來的一種先進技術(shù)。機電接口技術(shù)是機電一體化發(fā)展中的一門新興技術(shù)，它的主要內(nèi)容是解決機電一體化系統(tǒng)中各要素之間的接口問題。這門技術(shù)的研究能使系統(tǒng)中信息能量的交互，技術(shù)的融合更有效的進行，使機電一體化系統(tǒng)達到最優(yōu)化設(shè)計。

2.2機電接口的功能

機電接口作為聯(lián)系條件，在各要素之間傳遞和轉(zhuǎn)換信息和能量，并將機電一體化各組成技術(shù)的特性糅合。和計算機接口一樣機電接口包括硬件和軟件，硬件的主要任務(wù)是在各要素之間或人與機電一體化系統(tǒng)之間建立連接，通信、能量變送的物理通道。軟件主要是提供系統(tǒng)信息交互、轉(zhuǎn)換。調(diào)整的方法和過程，協(xié)調(diào)和綜合一體化組成技術(shù)，使各要素集成融合，以實現(xiàn)新的功能。

2.3機電接口的分類

機械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)有著不同的技術(shù)與理論基礎(chǔ)，使它們在性質(zhì)上差別很大，如果缺少機電接口在各個要素之間對各個變量起到調(diào)劑、緩和、配對的作用，它們之間的聯(lián)系就難以建立起來。因此，機電接口在機電一體化系統(tǒng)中起著必不可少的作用：行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。計算機的，而控制設(shè)備則可能是CMOS電平，電平轉(zhuǎn)換在這里就必須要進行;此外，負載的大小決定著是否進行功率放大;抗干擾隔離。干擾信號太多會嚴重影響機電一體化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度，因此在微機系統(tǒng)和控制設(shè)備中使用光電耦合器、脈沖變壓器或繼電器把它們隔離起來;進行數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換或模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換。微機系統(tǒng)只能進行數(shù)字量的處理，而傳感器檢測到的大多是模擬量，這樣增加A/D與D/A轉(zhuǎn)換電路到微機系統(tǒng)與被控過程系統(tǒng)之間成為必然為微機系統(tǒng)和被控對象的通信，匹配掃除障礙，使微機系統(tǒng)的控制更加順利。

2.3.1模擬信號輸入接口

在機電一體化系統(tǒng)中，被控過程的各個參數(shù)與狀態(tài)都通過傳感器和變送裝置轉(zhuǎn)化給微機系統(tǒng)的電信號。這些信號一般為連續(xù)的電信號即模擬信號。這些直接傳送只能處理數(shù)字信號的計算機是無法完成的。為達到信息交互的目的，只能采用能夠?qū)⑦B續(xù)電信號解析成離散數(shù)字信號的模擬信號輸入接口。

2.3.2模擬信號輸出接口

微機系統(tǒng)是根據(jù)輸入設(shè)備采集到的反映被控對象工作狀況的信息，按照存儲器中預(yù)先存儲的程序，選擇相應(yīng)的控制算法或是控制策略，自動地進行信息處理和運算，實時地向輸出設(shè)備發(fā)出控制命令，達到預(yù)定的控制目標。但是直接控制生產(chǎn)過程的信號一般為模擬信號，如交流變頻器、直流電動機調(diào)速器等。計算機作為進入數(shù)字化時代的代表產(chǎn)物，它輸出的控制命令不可能是模擬信號，只有將計算機輸出的數(shù)字信號通過接口轉(zhuǎn)化為模擬信號才能夠達到預(yù)定的控制目的。

(1)輸入通道接口

緩沖器、隔離電路、轉(zhuǎn)換電路以及譯碼器等四大重要部分組成了輸入通道接口。它的作用是將那些控制命令中的開關(guān)信號、邏輯電平信號以及一些系統(tǒng)設(shè)置離散數(shù)字信號傳遞給上機。數(shù)字輸入通道(DI)在很多文獻或是使用中被叫做開關(guān)信號輸入通道，就是因為這些電平各異的數(shù)字信號在系統(tǒng)中被作為開關(guān)信號來使用。兩種邏輯狀態(tài)1和0構(gòu)成了數(shù)字信號的全部，但是它的電平一般與微機的電平不盡相同。這就促使了數(shù)字輸入通道有一個重要的任務(wù)是解決邏輯電平的差異不兼容以及降低噪聲對執(zhí)行過程的影響。

(2)輸出通道接口

數(shù)字輸出通道接口(DO)的作用是將計算機通過選擇相應(yīng)的算法或策略進行運算處理過的數(shù)字信號傳遞給I/O設(shè)備，然后傳遞給執(zhí)行裝置(如接觸器或LED指示燈)。從本質(zhì)上來說它是邏輯數(shù)字信號的輸出通道。它主要是解決內(nèi)外部公共地的隔離問題以及驅(qū)動開關(guān)的功率是否合適的問題。

3人機接口

3.1輸入接口

3.1.1撥盤輸入接口

撥盤是工程中一種常見的輸入設(shè)備，在機電一體化系統(tǒng)中使用的也較多。一般在系統(tǒng)參數(shù)較少，比較簡單時，使用撥盤比較簡單方便，并且輸入可以被保持。參數(shù)較多時，最好使用其他設(shè)備。撥盤種類繁多，十進制在人機接口方面使用最方便的是十進制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤。BCD碼撥盤的輸入方式是以BCD碼形式輸入，它與控制微機的并行口或擴展口相連不需要其他任何部件，可以很方便地直接相連。

3.1.2鍵盤輸入接口

鍵盤是一組鍵體開關(guān)，它們按照一定的順序排列，并能通過鍵體里的功能電路，向計算機輸入特定的編碼，一般為ASCⅡ碼。常見的鍵盤有編碼鍵盤：它是通過數(shù)字電路直接產(chǎn)生對應(yīng)于按鍵的編碼。編碼鍵盤使用起來相當方便，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，使用較少。非編碼式鍵盤：一般它的鍵體是根據(jù)矩陣形式排列的，通過一定的方式對形成的矩陣進行不斷的掃描不斷獲取按鍵的動作行為，一旦有輸入，就會被輸入送入主機，通過分析查表，得到數(shù)字編碼，傳遞給主機處理器。構(gòu)造簡單，按鍵可以重新定義等優(yōu)點使其使用相當廣泛。

3.2輸出接口

由于發(fā)光二級管具有很多優(yōu)點，例如結(jié)構(gòu)簡單、體積小、使用壽命長、可靠性高以及性價比高，因此在機電一體化系統(tǒng)中被作為典型的輸出設(shè)備被廣泛使用。LED顯示器主要分為兩種，一種是LED段位顯示器，如7段LED數(shù)碼管，另一種是點陣式LED顯示器。7段LED數(shù)碼管機構(gòu)原理都很簡單，它通過控制不同組合的二極管導(dǎo)通就可以顯示出各種字符。點陣式LED由于能夠顯示復(fù)雜符號、字母以及表格等，所以其應(yīng)用比較廣泛，特別是作為大型LED顯示屏和智能化儀器。

4結(jié)語

微電子機械系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起就構(gòu)成了完整的機電一體化系統(tǒng)。但是由于各個要素性質(zhì)不同，工作條件以及工作方式的不同，使它們之間必須有一個媒介，這個媒介就是接口。只有通過接口的轉(zhuǎn)換、調(diào)劑、協(xié)調(diào)，機電系統(tǒng)各部分才能正常通信，進行能量交換、變送，才能構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。機電一體化接口正是扮演著聯(lián)系條件這一重要角色。接口性能的好壞往往決定了機電一體化系統(tǒng)能否正常高速地運作，所以機電一體化產(chǎn)品質(zhì)量的好壞可以從接口的性能上來分析判斷。