论机电一体化系统接口技术（微电子系统）的研究

摘要：接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的，随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要。

关键词：机电一体化 接口技术 微电子 系统

1、机电一体化系统接口（简称机电接口）的功能

机电接口传递和转换信息和能量，并将机电一体化各组成技术的特性融为一体。机电接口包括硬件和软件，硬件主要在子系统之间或人与机电一体化系统之间建立连接，为信息和能量的输入/输出、传递和转换提供物理通道。软件主要是提供系统信息交互、转换、调整的方法和过程，协调和综合机电一体化组成技术，使各子系统集成并融合为一个整体，实现新的功能。

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2、机电接口技术的内涵

机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其子系统之间的接口极为重要，从某种意义上说，机电一体化系统设计就是接口的设计。但现在对于机电接口技术的研究较少，通过对机电一体化系统进行总结和归纳，我们提出了机电接口技术的概念，形成了如下几点认识。

机电接口技术是一门新兴的技术，它研究机电一体化系统中各组成部分（子系统）和各组成技术之间的接口问题。研究这门技术是为了更有效地进行系统中信息能量的交互，融合各种技术，实现机电一体化系统最优化设计。

3、机电接口的分类

机电接口包括人机接口、动力接口、智能接口和机电接口4类。

（1）智能接口。智能接口主要存在于三处，控制系统到驱动系统、驱动系统到传感器、传感器到控制系统。智能接口的应用情况相对比较复杂，但可以得出它的一些共性：智能接口传递和转换各种信息，按照不同技术的要求改变信息形式，使不同的子系统、不同的技术能够集成在一起，形成完整的系统。通常，智能接口是软件表现出的功能连接。

（2）机电接口。执行机构与驱动系统和传感器之间的接口。将驱动信号转换成执行机构所需的信号，或将执行机构的机械信号转换成传感器所需的信号。

（3）人机接口。人与机电一体化系统之间的接口，通过此接口，可以监视系统的运行状态，控制其运行过程，即通过人机接口能够使系统按照人的意志进行工作。人机接口是双向的，硬件包括输入/输出设备，主要有显示屏、键盘、按钮等。

（4）动力接口。动力源连接到驱动系统的接口，为驱动系统提供相应的动力。根据系统所需的动力类型不同如直流电、交流电、气动、液压等，动力接口的形式也有很大的不同。但动力接口有一个共同的特点，能够通过较大的功率。

4．机电一体化控制系统--微电子系统

机电一体化系统可分为机械和微电子系统两大部分,各部分连接须具备一定条件,这个联系条件通常称为接口。各分系统又由各要素(子系统)组成。本文以机电一体化控制系统(微电子系统)为例,将接口分为人机与机电接口两大类进行阐述。

4.1、机电接口

由于机械系统与微电子系统在性质上有很大差别,两者间的联系须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲,因此机电接口起着非常重要的作用:

4.1.1行电平转换和功率放大。一般微机的I/O芯片都是TTL电平,而控制设备则不一定,因此必须进行电平转换;另外,在大负载时还需要进行功率放大;

4.1.2抗干扰隔离。为防止干扰信号的串入,可以使用光电耦合器、脉冲变压器或继电器等把微机系统和控制设备在电器上加以隔离;

4.1.3进行A/D或D/A转换。当被控对象的检测和控制信号为模拟量时,必须在微机系统和被控对象之间设置A/D和D/A转换电路,以保证微机所处理的数字量与被控的模拟量之间的匹配。

4.1.3.1.模拟信号输入接口。在机电一体化系统中,反映被控对象运行状态信号是传感器或变送器的输出信号,通常这些输出信号是模拟电压或电流信号(如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热偶电阻、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等)计算机要对被控对象进行控制,必须获得反映系统运行的状态信号,而计算机只能接受数字信号,要达到获取信息的目的,就应将模拟电信号转换为数字信号的接口--模拟信号输入接口。

4.1.3.2.模拟信号输出接口。在机电一体化系统中,控制生产过程执行器的信号通常是模拟电压或电流信号,如交流电动机变频调速、直流电动机调速器、滑差电动机调速器等。而计算机只能输出数字信号,并通过运算产生控制信号,达到控制生产过程的目的,应有将数字信号转换成模拟电信号的接口--模拟信号输出接口。任务是把计算机输出的数字信号转换为模拟电压或电流信号,以便驱动相应的执行器,达到控制对象的目的。模拟信号输出接口一般由控制接口、数字模拟信号转换器、多路模拟开关和功率放大器几部分构成。

4.1.3.3.开关信号通道接口。机电一体化系统的控制系统中,需要经常处理一类最基本的输入/输出信号,即数字量(开关量)信号包括:开关的闭合与断开;指示灯的亮与灭;继电器或接触器的吸合与释放;电动机的启动与停止;阀门的打开与关闭等。这些信号的共同特征是以二进制的逻辑\"1\"和\"0\"出现的。在机电一体化控制系统中,对应二进制数码的每一位都可以代表生产过程中的一个状态,此状态作为控制依据。

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