機(jī)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(zhǔn)東有限公司

1概述

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

2接口問(wèn)題

2.1機(jī)電一體化接口技術(shù)的內(nèi)涵

機(jī)電一體化技術(shù)是在電子、機(jī)械、計(jì)算機(jī)、控制理論等現(xiàn)代高新群體基礎(chǔ)上建立起來(lái)的一種先進(jìn)技術(shù)。機(jī)電接口技術(shù)是機(jī)電一體化發(fā)展中的一門(mén)新興技術(shù)，它的主要內(nèi)容是解決機(jī)電一體化系統(tǒng)中各要素之間的接口問(wèn)題。這門(mén)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(jìn)行，使機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.2機(jī)電接口的功能

機(jī)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(jī)電一體化各組成技術(shù)的特性糅合。和計(jì)算機(jī)接口一樣機(jī)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(jī)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(guò)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(shí)現(xiàn)新的功能。

2.3機(jī)電接口的分類

機(jī)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?cè)谛再|(zhì)上差別很大，如果缺少機(jī)電接口在各個(gè)要素之間對(duì)各個(gè)變量起到調(diào)劑、緩和、配對(duì)的作用，它們之間的聯(lián)系就難以建立起來(lái)。因此，機(jī)電接口在機(jī)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(jì)算機(jī)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(jìn)行;此外，負(fù)載的大小決定著是否進(jìn)行功率放大;抗干擾隔離。干擾信號(hào)太多會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)電一體化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度，因此在微機(jī)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(lái);進(jìn)行數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換或模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換。微機(jī)系統(tǒng)只能進(jìn)行數(shù)字量的處理，而傳感器檢測(cè)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(jī)系統(tǒng)與被控過(guò)程系統(tǒng)之間成為必然為微機(jī)系統(tǒng)和被控對(duì)象的通信，匹配掃除障礙，使微機(jī)系統(tǒng)的控制更加順利。

2.3.1模擬信號(hào)輸入接口

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

2.3.2模擬信號(hào)輸出接口

微機(jī)系統(tǒng)是根據(jù)輸入設(shè)備采集到的反映被控對(duì)象工作狀況的信息，按照存儲(chǔ)器中預(yù)先存儲(chǔ)的程序，選擇相應(yīng)的控制算法或是控制策略，自動(dòng)地進(jìn)行信息處理和運(yùn)算，實(shí)時(shí)地向輸出設(shè)備發(fā)出控制命令，達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo)。但是直接控制生產(chǎn)過(guò)程的信號(hào)一般為模擬信號(hào)，如交流變頻器、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器等。計(jì)算機(jī)作為進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代的代表產(chǎn)物，它輸出的控制命令不可能是模擬信號(hào)，只有將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)通過(guò)接口轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)才能夠達(dá)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(kāi)關(guān)信號(hào)、邏輯電平信號(hào)以及一些系統(tǒng)設(shè)置離散數(shù)字信號(hào)傳遞給上機(jī)。數(shù)字輸入通道(DI)在很多文獻(xiàn)或是使用中被叫做開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入通道，就是因?yàn)檫@些電平各異的數(shù)字信號(hào)在系統(tǒng)中被作為開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)使用。兩種邏輯狀態(tài)1和0構(gòu)成了數(shù)字信號(hào)的全部，但是它的電平一般與微機(jī)的電平不盡相同。這就促使了數(shù)字輸入通道有一個(gè)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(duì)執(zhí)行過(guò)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(jì)算機(jī)通過(guò)選擇相應(yīng)的算法或策略進(jìn)行運(yùn)算處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)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(lái)說(shuō)它是邏輯數(shù)字信號(hào)的輸出通道。它主要是解決內(nèi)外部公共地的隔離問(wèn)題以及驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的功率是否合適的問(wèn)題。

3人機(jī)接口

3.1輸入接口

3.1.1撥盤(pán)輸入接口

撥盤(pán)是工程中一種常見(jiàn)的輸入設(shè)備，在機(jī)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(jiǎn)單時(shí)，使用撥盤(pán)比較簡(jiǎn)單方便，并且輸入可以被保持。參數(shù)較多時(shí)，最好使用其他設(shè)備。撥盤(pán)種類繁多，十進(jìn)制在人機(jī)接口方面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)的輸入方式是以BCD碼形式輸入，它與控制微機(jī)的并行口或擴(kuò)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(pán)輸入接口

鍵盤(pán)是一組鍵體開(kāi)關(guān)，它們按照一定的順序排列，并能通過(guò)鍵體里的功能電路，向計(jì)算機(jī)輸入特定的編碼，一般為ASCⅡ碼。常見(jiàn)的鍵盤(pán)有編碼鍵盤(pán)：它是通過(guò)數(shù)字電路直接產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于按鍵的編碼。編碼鍵盤(pán)使用起來(lái)相當(dāng)方便，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，使用較少。非編碼式鍵盤(pán)：一般它的鍵體是根據(jù)矩陣形式排列的，通過(guò)一定的方式對(duì)形成的矩陣進(jìn)行不斷的掃描不斷獲取按鍵的動(dòng)作行為，一旦有輸入，就會(huì)被輸入送入主機(jī)，通過(guò)分析查表，得到數(shù)字編碼，傳遞給主機(jī)處理器。構(gòu)造簡(jiǎn)單，按鍵可以重新定義等優(yōu)點(diǎn)使其使用相當(dāng)廣泛。

3.2輸出接口

由于發(fā)光二級(jí)管具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高以及性價(jià)比高，因此在機(jī)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(diǎn)陣式LED顯示器。7段LED數(shù)碼管機(jī)構(gòu)原理都很簡(jiǎn)單，它通過(guò)控制不同組合的二極管導(dǎo)通就可以顯示出各種字符。點(diǎn)陣式LED由于能夠顯示復(fù)雜符號(hào)、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(yǔ)

微電子機(jī)械系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起就構(gòu)成了完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)。但是由于各個(gè)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(gè)媒介，這個(gè)媒介就是接口。只有通過(guò)接口的轉(zhuǎn)換、調(diào)劑、協(xié)調(diào)，機(jī)電系統(tǒng)各部分才能正常通信，進(jìn)行能量交換、變送，才能構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。機(jī)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(jī)電一體化系統(tǒng)能否正常高速地運(yùn)作，所以機(jī)電一體化產(chǎn)品質(zhì)量的好壞可以從接口的性能上來(lái)分析判斷。