嵌入式控制技術(shù)在光機(jī)電一體化設(shè)備中的研究和應(yīng)用

（景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333403）

摘 要：隨著我國現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，學(xué)科間的滲透和交叉日益增多。尤其在工程領(lǐng)域，計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、光電技術(shù)和機(jī)械工業(yè)技術(shù)的融合形成了光機(jī)電一體化技術(shù)，使機(jī)械工業(yè)得到了巨大的發(fā)展。而將嵌入式控制技術(shù)引入光機(jī)電一體化設(shè)備中，將更能促進(jìn)光機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展。本文主要對嵌入式控制技術(shù)在光機(jī)電一體化設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行了探討和研究。

關(guān)鍵詞：嵌入式;光機(jī)電一體化;工業(yè)控制;分布控制

1 前言

機(jī)電一體化是計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、光電技術(shù)和機(jī)械工業(yè)技術(shù)融合成的一種新興的綜合技術(shù)，光機(jī)電一體化技術(shù)不僅極大推動了社會、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還改變了人們對工業(yè)控制技術(shù)的傳統(tǒng)觀念?，F(xiàn)代化的光機(jī)電一體化技術(shù)正在朝著微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，因此，在光機(jī)電一體化設(shè)備中引入嵌入式技術(shù)正迎合了這種需求。將嵌入式控制技術(shù)引入光機(jī)電一體化設(shè)備中，將更能促進(jìn)光機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，這是滿足機(jī)械對象網(wǎng)絡(luò)化、智能化和復(fù)雜化控制要求的需求，機(jī)器人技術(shù)、辦公自動化、智能玩具和數(shù)控機(jī)床都是嵌入式光機(jī)電一體化技術(shù)的代表。本文主要對嵌入式控制技術(shù)在光機(jī)電一體化設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行了探討和研究。

2 傳統(tǒng)光機(jī)電一體化技術(shù)融入嵌入式技術(shù)的必要性

傳統(tǒng)的光機(jī)電一體化技術(shù)主要以機(jī)械工業(yè)技術(shù)和電子技術(shù)的結(jié)合為主要特征，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對自動化控制技術(shù)要求的提高，這種技術(shù)已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)對設(shè)備可靠性和性能的要求：

（1）設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和控制精密性逐漸提高。計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及產(chǎn)品性能要求的提高，光機(jī)電一體化設(shè)備的輸入輸出通道快速增加，使得設(shè)備結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，進(jìn)而帶來很多不可測的干擾因素，因此要求控制系統(tǒng)進(jìn)一步提高其抗干擾能力。另外，傳統(tǒng)機(jī)電一體化設(shè)備的實時性要求較高，在一定程度上降低了產(chǎn)品的精密型，而現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備則要求時間和空間上控制系統(tǒng)都能做到精確、快速的控制。這些方面只有依靠嵌入式技術(shù)才能找到很好的解決方案;（2）機(jī)電一體化設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)化的需求不斷上升?，F(xiàn)代化的控制設(shè)備要求控制系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)化特點，即能夠通過遠(yuǎn)程控制、狀態(tài)報告等對控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，這樣能夠顯著提高系統(tǒng)控制的實時性、安全性、智能性和便利性要求，而這一需求是無法通過傳統(tǒng)的機(jī)電一體化系統(tǒng)實現(xiàn)的;（3）市場的競爭要求降低產(chǎn)品的開發(fā)周期，因此對光機(jī)電一體化設(shè)備提出了新要求。傳統(tǒng)的光機(jī)電一體化系統(tǒng)中，產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)周期能夠滿足當(dāng)時社會的需求，但是，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代化市場的競爭需求要求光機(jī)電一體化系統(tǒng)不斷改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計和研發(fā)方式，以適應(yīng)現(xiàn)代化產(chǎn)品的要求。另外，機(jī)械系統(tǒng)的壽命要比軟、硬件系統(tǒng)長，而后期維護(hù)工作都是由軟件升級完成的。這就需要系統(tǒng)在設(shè)計初期就對系統(tǒng)的軟件可維護(hù)性和可移植性進(jìn)行考慮。

為了解決上述問題，人們將嵌入式技術(shù)融入到機(jī)電一體化技術(shù)中。具體來說，就是將嵌入式數(shù)據(jù)的設(shè)計和開發(fā)理念、相關(guān)技術(shù)和基礎(chǔ)理論融入到機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)過程中，建立一個以微處理器為核心的具有高可靠性、高性能的嵌入式控制系統(tǒng)，這樣不僅滿足了被控對象的復(fù)雜性控制要求，還具有網(wǎng)絡(luò)化、智能化的控制特點。

3 嵌入式控制技術(shù)在光機(jī)電一體化設(shè)備中的應(yīng)用

和其它領(lǐng)域相比，機(jī)電一體化設(shè)備是嵌入式技術(shù)應(yīng)用最廣泛、最典型的領(lǐng)域，在未來的光機(jī)電一體化設(shè)備發(fā)展中具有巨大的發(fā)展前景和應(yīng)用市場。

3.1 工業(yè)化機(jī)器人技術(shù)

工業(yè)化機(jī)器人的發(fā)展從一開始就和嵌入式技術(shù)密不可分。機(jī)器人技術(shù)其實是上世紀(jì)50年代提出來的一種數(shù)控技術(shù)。由于當(dāng)時的控制方法比較落后，沒有達(dá)到要求的芯片水平，只是一種簡單的邏輯電路系統(tǒng)。之后很長一段時間內(nèi)，由于智能控制理論和處理器技術(shù)的限制，機(jī)器人技術(shù)沒有得到足夠的發(fā)展。從上世紀(jì)70年代開始，智能理論的發(fā)展促進(jìn)了機(jī)器人技術(shù)的研究。而最近幾年來嵌入式技術(shù)的高度發(fā)展，使得以光機(jī)電一體化設(shè)備為基礎(chǔ)的機(jī)器人技術(shù)得到前所未有的發(fā)展趨勢。其中，火星探測車就是一個非常典型的例子?；鹦翘綔y車價值近10億美元，是一種高新技術(shù)密集型的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)，能夠不依靠地球的控制進(jìn)行自主工作。這種機(jī)器人由于加入了嵌入式系統(tǒng)，可靠性較高，對完成地面的工作要求起到了非常重要的作用。

3.2 工業(yè)控制設(shè)備技術(shù)

工業(yè)控制設(shè)備是嵌入式技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的一類?，F(xiàn)在的工業(yè)控制設(shè)備中，工控機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，這些工控機(jī)通常使用工業(yè)級處理器和處理設(shè)備，工控要求較高，除了需要對設(shè)備進(jìn)行實時控制以外，還要將設(shè)備的狀態(tài)信息顯示到顯示器上，這些都對工控機(jī)的硬件和軟件提出了更高的要求。傳統(tǒng)的PCI04總線系統(tǒng)穩(wěn)定性較強(qiáng)，體積小，因此得到了廣泛的推廣，但是由于這些系統(tǒng)大多使用Windows系統(tǒng)，因此不屬于純粹的嵌入式系統(tǒng)。另外，工控機(jī)和設(shè)備控制器是嵌入式處理器應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域，這些控制處理器占據(jù)控制器的核心位置，為控制器提供了豐富的總線接口，因而能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)顯示的功能。

3.3 分布式控制技術(shù)

分布式控制技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用最早，范圍最為廣泛的領(lǐng)域之一。目前，世界上已經(jīng)有數(shù)十家公司涉及到分布式控制領(lǐng)域。在工業(yè)領(lǐng)域普遍使用分布式控制技術(shù)的主要原因包括如下幾個方面：

（1）被控對象的種類較多，數(shù)量較大，且分布范圍較廣，因此需要分布式的控制技術(shù);（2）除了生產(chǎn)過程控制外，還希望在管理方面實現(xiàn)控制的自動化。

由于嵌入式系統(tǒng)的小型化、專用化和嵌入式特點，使其非常適合分布式系統(tǒng)的應(yīng)用，隨著近年來分布式系統(tǒng)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)在光機(jī)電一體化設(shè)備中的應(yīng)用也越來越廣。

4 結(jié)論

本文首先對嵌入式技術(shù)在光機(jī)電一體化技術(shù)中的相關(guān)應(yīng)用和理論知識進(jìn)行了分析，并對嵌入式技術(shù)在光機(jī)電一體化技術(shù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹?？梢灶A(yù)見，嵌入式技術(shù)與光機(jī)電一體化技術(shù)的融合是未來工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的發(fā)展方向，因此，需要加強(qiáng)嵌入式技術(shù)與光機(jī)電技術(shù)的研究，為光機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展和完善奠定良好的理論基礎(chǔ)和實踐基礎(chǔ)。

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