葉福氣

廈門澤勝電氣科技有限公司（361000）

淺談機(jī)電一體化中的接口問題

葉福氣

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在科技進(jìn)步的今天，機(jī)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(jìn)。本文把機(jī)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(jì)進(jìn)行闡述，對其內(nèi)涵作出研究，同時(shí)就機(jī)電接口技術(shù)對機(jī)電一體化的反作用進(jìn)行分析，探討人機(jī)、機(jī)電接口技術(shù)，為相關(guān)人員研究提供理論參考。

機(jī)電一體化；接口技術(shù)；人機(jī)接口；機(jī)電接口

要判斷一個(gè)公司的綜合實(shí)力，一個(gè)不可或缺的評價(jià)因素就是工業(yè)生產(chǎn)力?？梢赃@樣說，增強(qiáng)生產(chǎn)力就等于增強(qiáng)公司的綜合實(shí)力。進(jìn)一步增強(qiáng)公司生產(chǎn)力，必須大規(guī)模推進(jìn)現(xiàn)代化生產(chǎn)，推廣并普及機(jī)電一體化設(shè)備，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)管理企業(yè)。就這類設(shè)備而言，一個(gè)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(jī)電有機(jī)融合的基礎(chǔ)上，方可進(jìn)一步增強(qiáng)機(jī)電一體化設(shè)備的生產(chǎn)力，從而增強(qiáng)企業(yè)的綜合實(shí)力，獲得更大的市場份額。

1 機(jī)電接口

機(jī)電接口的作用基本上是進(jìn)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(zhǔn)原則有機(jī)融合起來，達(dá)到機(jī)電一體化目的。機(jī)電接口包括軟、硬件。硬件是信息、能量進(jìn)行傳輸和轉(zhuǎn)換的重要載體。軟件可以實(shí)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(jī)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(shí)際來看，機(jī)械與微型電子這兩個(gè)系統(tǒng)是不一樣的，存在本質(zhì)差異，所以，兩者間一定要運(yùn)用大量的機(jī)電接口來完成調(diào)整、匹配及緩沖功能。機(jī)電接口作用如下：

1）可以實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，并能夠放大功率

通常而言，微型機(jī)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(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。與此同時(shí)，如果出現(xiàn)負(fù)載較大的情況，則需進(jìn)行放大功率處理。

2）抵抗干擾隔離

出于排除干擾信號(hào)的目的，能夠運(yùn)用變壓器等設(shè)備，將微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及相應(yīng)的控制設(shè)備在電器層面進(jìn)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(jìn)行檢測及當(dāng)作控制信號(hào)時(shí)，一定要在微型計(jì)算機(jī)與受到控制對象間進(jìn)行A/D或D/A轉(zhuǎn)換,從而確保微型計(jì)算機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)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(hào)輸入接口

對模擬信號(hào)傳輸而言，模擬信號(hào)輸入接口十分關(guān)鍵。大家都清楚，線性傳輸時(shí)，信息輸送的通道能夠接受的方式有限，或者是二進(jìn)制編碼，或者是部分非常規(guī)符號(hào)。一般來說,用于傳輸?shù)碾娮有畔⒆霾坏街苯觽鬏斔瓦_(dá)，需通過模電轉(zhuǎn)換裝置來完成，把電子信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，變成相應(yīng)的模擬信號(hào)，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(shí)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(shí)生活中，我們所使用的調(diào)制解調(diào)器就是一個(gè)模電轉(zhuǎn)換器。

1.2 模擬信號(hào)輸出接口

機(jī)電一體化系統(tǒng)中采用的信號(hào)通常都是和電壓相關(guān)的信號(hào),如交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器、滑差電動(dòng)機(jī)調(diào)速器等。計(jì)算機(jī)對信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候，無法識(shí)別數(shù)字信號(hào)之外的其他信號(hào)，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(hào)進(jìn)行傳送。模擬信號(hào)輸出接口收到經(jīng)過摸電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換好的模擬信號(hào)，然后將信息傳入網(wǎng)絡(luò)。

1.3 開關(guān)信號(hào)通道接口

在機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)中，常常會(huì)出現(xiàn)一種最基本的信號(hào)“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(shí)機(jī)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(hào)通道接口。我們可以簡單地將開關(guān)的兩種狀態(tài)用計(jì)算機(jī)上通用的二進(jìn)制“0”和“1”來表示。有了二進(jìn)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(shí)管理。

1）輸入通道接口

開關(guān)信號(hào)輸入接口是把來自設(shè)置開關(guān)信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，這些信號(hào)包括邏輯電平信號(hào)、開關(guān)信號(hào)和一些設(shè)置開關(guān)信號(hào)。開關(guān)信號(hào)輸入通道又稱數(shù)字輸入通道(DI)。開關(guān)信號(hào)只有兩種情況邏輯狀態(tài)‘ON’和“OFF”即數(shù)字信號(hào)“1”和“0”。這些電平與計(jì)算機(jī)的數(shù)字電平不相同。計(jì)算機(jī)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(jì)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(jì)算機(jī)通過邏輯運(yùn)算處理后，形成開關(guān)信號(hào)，傳送給開關(guān)執(zhí)行器(如報(bào)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(jì)應(yīng)考慮的是外部與內(nèi)部公共地隔離及驅(qū)動(dòng)開關(guān)執(zhí)行器的功率。DO接口包括驅(qū)動(dòng)器、輸出鎖存器和輸出口地址譯碼電路等。

2 人機(jī)接口

人機(jī)接口是指操作者和整個(gè)機(jī)點(diǎn)系統(tǒng)之間進(jìn)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(jī)電系統(tǒng)。按照信息的傳遞方向，人機(jī)接口可以分為輸入與輸出接口兩大類。機(jī)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(yùn)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(jī)電系統(tǒng)輸入各種控制命令,干預(yù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),以實(shí)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(yùn)用較為方便。撥盤有很多種類，最方便使用的是人機(jī)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(jī)的擴(kuò)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(jì)算機(jī)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(shí)別和掃描是靠設(shè)計(jì)的鍵盤程序來實(shí)現(xiàn)。編碼鍵盤能自動(dòng)提供被按鍵的編碼(如ASCII碼或二進(jìn)制碼)。非編碼鍵盤便于設(shè)計(jì)，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(jià)格便宜的特點(diǎn)，廣泛被使用。常用的LED顯示器有點(diǎn)陣式LED顯示器和7段發(fā)光二極管。點(diǎn)陣式LED顯示器用來顯示表格、字母及復(fù)雜符號(hào)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(diǎn)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(jī)地聯(lián)系一起，形成完整的信息系統(tǒng)。接口技術(shù)隨著機(jī)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(jì)是極其重要的功能，接口的好與壞直接涉及到機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制性能，影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，因此，接口技術(shù)是機(jī)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(jī)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(jī)結(jié)合在一起，形成一個(gè)完整的生產(chǎn)體系。隨著機(jī)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(jìn)步，而且在整個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)中，地位越來越重要。接口技術(shù)的進(jìn)步對于機(jī)電一體化系統(tǒng)來說，也有著促進(jìn)作用。從機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)備之間添加接口,使得所有設(shè)備能夠形成一個(gè)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(jī)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(gè)新的認(rèn)識(shí)，重視接口技術(shù)的發(fā)展。

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

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