淺談機電一體化中的接口問題

葉福氣

廈門澤勝電氣科技有限公司（361000）

淺談機電一體化中的接口問題

葉福氣

廈門澤勝電氣科技有限公司（361000）

在科技進步的今天，機電一體化技術(shù)日益成熟，接口技術(shù)的發(fā)展也與日俱進。本文把機電一體化控制系統(tǒng)當(dāng)作研究對象，對該系統(tǒng)接口設(shè)計進行闡述，對其內(nèi)涵作出研究，同時就機電接口技術(shù)對機電一體化的反作用進行分析，探討人機、機電接口技術(shù)，為相關(guān)人員研究提供理論參考。

機電一體化；接口技術(shù)；人機接口；機電接口

要判斷一個公司的綜合實力，一個不可或缺的評價因素就是工業(yè)生產(chǎn)力。可以這樣說，增強生產(chǎn)力就等于增強公司的綜合實力。進一步增強公司生產(chǎn)力，必須大規(guī)模推進現(xiàn)代化生產(chǎn)，推廣并普及機電一體化設(shè)備，運用現(xiàn)代技術(shù)管理企業(yè)。就這類設(shè)備而言，一個十分關(guān)鍵的技術(shù)就是接口技術(shù)。接口技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理中，發(fā)揮著樞紐作用。人們只有在同機電有機融合的基礎(chǔ)上，方可進一步增強機電一體化設(shè)備的生產(chǎn)力，從而增強企業(yè)的綜合實力，獲得更大的市場份額。

1 機電接口

機電接口的作用基本上是進行信息、能量的輸送或轉(zhuǎn)換，把不同部件根據(jù)相應(yīng)的基準原則有機融合起來，達到機電一體化目的。機電接口包括軟、硬件。硬件是信息、能量進行傳輸和轉(zhuǎn)換的重要載體。軟件可以實現(xiàn)信息的交互，轉(zhuǎn)換與調(diào)整，統(tǒng)籌管理，讓不同的系統(tǒng)有機銜接起來，從而發(fā)展成擁有新功能的連接系統(tǒng)。

就生產(chǎn)實際來看，機械與微型電子這兩個系統(tǒng)是不一樣的，存在本質(zhì)差異，所以，兩者間一定要運用大量的機電接口來完成調(diào)整、匹配及緩沖功能。機電接口作用如下：

1）可以實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，并能夠放大功率

通常而言，微型機械的I/O芯片基本上為TTL電平，但是控制設(shè)備的電平或許不完全相同。所以，一定要對電平進行轉(zhuǎn)換處理。與此同時，如果出現(xiàn)負載較大的情況，則需進行放大功率處理。

2）抵抗干擾隔離

出于排除干擾信號的目的，能夠運用變壓器等設(shè)備，將微型計算機系統(tǒng)以及相應(yīng)的控制設(shè)備在電器層面進行隔離。

3）能夠?qū)崿F(xiàn)A/D或D/A轉(zhuǎn)換

對被控制對象而言，若通過模擬量進行檢測及當(dāng)作控制信號時，一定要在微型計算機與受到控制對象間進行A/D或D/A轉(zhuǎn)換,從而確保微型計算機能夠正常運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)數(shù)字量和受控制對象的模擬量相匹配。

1.1 模擬信號輸入接口

對模擬信號傳輸而言，模擬信號輸入接口十分關(guān)鍵。大家都清楚，線性傳輸時，信息輸送的通道能夠接受的方式有限，或者是二進制編碼，或者是部分非常規(guī)符號。一般來說,用于傳輸?shù)碾娮有畔⒆霾坏街苯觽鬏斔瓦_，需通過模電轉(zhuǎn)換裝置來完成，把電子信息進行轉(zhuǎn)換處理，變成相應(yīng)的模擬信號，然后通過相應(yīng)的接口，在相應(yīng)的傳輸線路中完成信息輸送過程。其工作原理并不復(fù)雜，與平時生活中大家普遍使用的電話、寬帶的連接與傳輸?shù)览硐嗤，F(xiàn)實生活中，我們所使用的調(diào)制解調(diào)器就是一個模電轉(zhuǎn)換器。

1.2 模擬信號輸出接口

機電一體化系統(tǒng)中采用的信號通常都是和電壓相關(guān)的信號,如交流電動機變頻調(diào)速、直流電動機調(diào)速器、滑差電動機調(diào)速器等。計算機對信號進行傳輸?shù)臅r候，無法識別數(shù)字信號之外的其他信號，所以，我們要借助模電轉(zhuǎn)換器，將信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行傳送。模擬信號輸出接口收到經(jīng)過摸電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換好的模擬信號，然后將信息傳入網(wǎng)絡(luò)。

1.3 開關(guān)信號通道接口

在機電一體化的控制系統(tǒng)中，常常會出現(xiàn)一種最基本的信號“開”和“關(guān)”，開關(guān)的閉合與斷開就直接表現(xiàn)在指示燈上面,燈亮著表明開關(guān)是閉合狀態(tài)，反之亦然。其實機電一體化系統(tǒng)當(dāng)中還有很多類似的開關(guān)，開關(guān)的數(shù)量很龐大。如何才能夠管理好這些開關(guān)，我們就可以借助開關(guān)信號通道接口。我們可以簡單地將開關(guān)的兩種狀態(tài)用計算機上通用的二進制“0”和“1”來表示。有了二進制，我們可以很清楚地知道系統(tǒng)中開關(guān)的具體情況，以便于隨時管理。

1）輸入通道接口

開關(guān)信號輸入接口是把來自設(shè)置開關(guān)信號傳送給計算機，這些信號包括邏輯電平信號、開關(guān)信號和一些設(shè)置開關(guān)信號。開關(guān)信號輸入通道又稱數(shù)字輸入通道(DI)。開關(guān)信號只有兩種情況邏輯狀態(tài)‘ON’和“OFF”即數(shù)字信號“1”和“0”。這些電平與計算機的數(shù)字電平不相同。計算機連接的接口需考慮邏輯電平的變換和過程噪聲隔離的設(shè)計情況，由轉(zhuǎn)換電路、電平隔離、輸入緩沖器和地址譯碼電路等組成。

2）輸出通道接口

輸出通道接口是把計算機通過邏輯運算處理后，形成開關(guān)信號，傳送給開關(guān)執(zhí)行器(如報警指示器與繼電器)。輸出通道接口又稱為數(shù)字輸出通道接口(D0)。DO接口設(shè)計應(yīng)考慮的是外部與內(nèi)部公共地隔離及驅(qū)動開關(guān)執(zhí)行器的功率。DO接口包括驅(qū)動器、輸出鎖存器和輸出口地址譯碼電路等。

2 人機接口

人機接口是指操作者和整個機點系統(tǒng)之間進行信息傳輸和交換的接口，就是人通過此接口來了解并控制機電系統(tǒng)。按照信息的傳遞方向，人機接口可以分為輸入與輸出接口兩大類。機電系統(tǒng)通過輸出接口向操作者顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)、運行參數(shù)及結(jié)果等信息;另一方面,操作者通過輸入接口向機電系統(tǒng)輸入各種控制命令,干預(yù)系統(tǒng)的運行狀態(tài),以實現(xiàn)所要求的功能。

2.1 輸入接口

1）撥盤輸入接口

撥盤是常見的一種輸入設(shè)備，假如輸入少量的參數(shù)，或控制目標(biāo)、修正系數(shù)等，撥盤運用較為方便。撥盤有很多種類，最方便使用的是人機接口輸入信息BCD碼輸出BCD碼撥盤。BCD碼撥盤直接與控制微機的擴展口或并行口相連，用BCD碼形式輸入信息。

2）鍵盤輸入接口

向計算機提供被按鍵的一組按鍵集合代碼是鍵盤。一般鍵盤有非編碼鍵盤和編碼鍵盤。僅僅提供按鍵的通或斷。按鍵的識別和掃描是靠設(shè)計的鍵盤程序來實現(xiàn)。編碼鍵盤能自動提供被按鍵的編碼(如ASCII碼或二進制碼)。非編碼鍵盤便于設(shè)計，電路簡單。編碼鍵盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，但使用方便。

2.2 輸出接口

典型的輸出設(shè)備是發(fā)光二極管顯示器(LED)。LED顯示器具有可靠性高、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格便宜的特點，廣泛被使用。常用的LED顯示器有點陣式LED顯示器和7段發(fā)光二極管。點陣式LED顯示器用來顯示表格、字母及復(fù)雜符號等，顯示大屏幕及智能化儀器。7段LED顯示器原理是經(jīng)過同名管腳上所加電平高低，控制發(fā)光二極管是否點亮，顯示和形成不同字形方法。接口技術(shù)使系統(tǒng)中信息傳遞和能量轉(zhuǎn)換更加流暢，把各部分有機地聯(lián)系一起，形成完整的信息系統(tǒng)。接口技術(shù)隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展而變得至關(guān)重要。從某種意義而言,接口技術(shù)設(shè)計是極其重要的功能，接口的好與壞直接涉及到機電一體化系統(tǒng)的控制性能，影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，因此，接口技術(shù)是機電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3 結(jié)語

接口技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中起著重要的銜接作用，優(yōu)良的接口技術(shù)可以加快系統(tǒng)信息和能量的傳遞，大大提高生產(chǎn)效率，并且讓系統(tǒng)所有部分都能夠有機結(jié)合在一起，形成一個完整的生產(chǎn)體系。隨著機電一體化生產(chǎn)的快速發(fā)展，接口技術(shù)也有了長足的進步，而且在整個機電一體化系統(tǒng)中，地位越來越重要。接口技術(shù)的進步對于機電一體化系統(tǒng)來說，也有著促進作用。從機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計方面來說，就是選取企業(yè)在生產(chǎn)過程中所需的設(shè)備，然后在各個設(shè)備之間添加接口,使得所有設(shè)備能夠形成一個完整體系。由此可見，接口的重要性。接口的好壞直接影響著機電一體化系統(tǒng)的性能、效率以及穩(wěn)定程度，企業(yè)應(yīng)該對接口技術(shù)有一個新的認識，重視接口技術(shù)的發(fā)展。

[1]周華昌.智能控制在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].才智, 2011(31).

[2]董勇,謝士敏.機電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用體會[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2011(10).