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，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(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)展開始成為科技發(fā)展的焦點。在機(jī)械系統(tǒng)中采用電子技術(shù)，機(jī)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(jī)電一體化。技術(shù)和產(chǎn)品是機(jī)電一體化的兩個主要層面。簡單的疊加機(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(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、計算機(jī)、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(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(jìn)行，使機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計。
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(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)，使它們在性質(zhì)上差別很大，如果缺少機(jī)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(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。干擾信號太多會嚴(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;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)與被控過程系統(tǒng)之間成為必然為微機(jī)系統(tǒng)和被控對象的通信，匹配掃除障礙，使微機(jī)系統(tǒng)的控制更加順利。
2.3.1模擬信號輸入接口
在機(jī)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(jī)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(jī)是無法完成的。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(jī)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(jìn)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(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo)。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(jī)調(diào)速器等。計算機(jī)作為進(jìn)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(jī)輸出的數(shù)字信號通過接口轉(zhuǎn)化為模擬信號才能夠達(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(jī)。數(shù)字輸入通道(DI)在很多文獻(xiàn)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(jī)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(jī)通過選擇相應(yīng)的算法或策略進(jìn)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(jī)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(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(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。BCD碼撥盤的輸入方式是以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(jī)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(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：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(jìn)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(jī)，通過分析查表，得到數(shù)字編碼，傳遞給主機(jī)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(dāng)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(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，另一種是點陣式LED顯示器。7段LED數(shù)碼管機(jī)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(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(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分析判斷。
