淺談接口技術(shù)在機電一體化控制系統(tǒng)中運用

王維君

(河南南陽工業(yè)學(xué)校，河南 南陽 473004)

引言

機械和微電子系統(tǒng)是機電一體化系統(tǒng)的兩個部分，通過一定的條件將各部門連接起，而這個條件一般稱為接口。本文主要是將微電子系統(tǒng)作為案例，也就是機電一體化控制系統(tǒng)，并將其接口分成兩類，即人機和機電。

一 論述機電接口技術(shù)

輸出信號在機電一體化系統(tǒng)中被指是電流信號或者是模擬電壓，它能夠方便計算機可以及時地調(diào)控。通過模擬信號輸入接口的運用，將那些被控對象運行狀態(tài)通過信號的形式反映出來，這些信號的都是經(jīng)由傳感器或變送器輸出。將一些用來檢測的器件，比如說溫敏電阻或者是差動變壓器等，安置在模擬信號輸入接口處。

二 機電接口

雖然機械系統(tǒng)在性質(zhì)上和微電子系統(tǒng)有著很大的不同，但是兩個系統(tǒng)的聯(lián)系需要經(jīng)過機電系統(tǒng)的緩沖、匹配和調(diào)整，所以機電接口發(fā)揮著重要的影響。

(1)放大功率和電平轉(zhuǎn)換。微機系統(tǒng)中的I/O芯片通常都是TTL電平，但是控制設(shè)備卻不一定，所以需要通過電平來進行轉(zhuǎn)換。此外還需要放大功率來應(yīng)對大負載的時候。

(2)隔離干擾信號。為了能夠避免一些竄入的干擾信號，對他們的隔離，可以將微機系統(tǒng)和控制設(shè)備通過繼電器、脈沖變壓器或光電耦合器來設(shè)置在電器上。

(3)A/D和D/A電路轉(zhuǎn)換。當(dāng)檢測出被控對象或者微機系統(tǒng)的控制信號顯示為模擬量的時候，需要對兩者進行A/D和D/A電路轉(zhuǎn)換，從而使得微機系統(tǒng)的數(shù)字量相匹配于被控對象的模擬量。

眾所周知，將來源于一些系統(tǒng)設(shè)置的開關(guān)信號或者邏輯電平信號或者控制過程中的開關(guān)信號向計算機傳輸，這是開關(guān)信號輸入通道接口的任務(wù)。這些開關(guān)信號的特征主要是由數(shù)字信號“1”和“0”或者是邏輯狀態(tài)“ON”和“OFF”來進行轉(zhuǎn)變，而他所要考慮的重點則是電平的平穩(wěn)性。分析微機的I/O芯片性能，，在輸入通道接口處采取合適的技術(shù)來確保電流的穩(wěn)定性。在開關(guān)信號輸出通道處采用接口技術(shù)，利用計算機智能化進行控制將信號傳輸給開關(guān)執(zhí)行器，使得其作用得到發(fā)揮。對輸出通道內(nèi)部和外部所共有的隔離和驅(qū)動開關(guān)執(zhí)行器的功率進行考慮，是設(shè)計開關(guān)信號輸出通道接口需要注意的事項。輸出口地址譯碼電路、驅(qū)動器和輸出鎖存器等共同構(gòu)成開關(guān)量輸出通道接口。所以在技術(shù)使用的時候，需要以依照機電的數(shù)據(jù)特點和性能來對技術(shù)程序進行合理地設(shè)計。

1.模擬信號輸入接口。將那些被控對象運行狀態(tài)通過模擬電壓或者電流信

號的形式反映出來，這些信號的都是經(jīng)由傳感器或變送器輸出。計算機只能夠?qū)?shù)字信號進行接收，要想獲取信息，所以計算機要進行控制被控對象并將應(yīng)當(dāng)將運行的狀態(tài)信號反映出來，就需要通過模擬信號輸入接口，將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。

2.模擬信號輸出接口。模擬電壓或電流信號在機電一體化系統(tǒng)中通常是指對生產(chǎn)過程進行控制的執(zhí)行器的信號，比如說滑差電動機調(diào)速器、直流電動機調(diào)速器、交流電動機變頻調(diào)速等。計算機通過運算將其輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成控制信號，從而對生產(chǎn)過程進行控制，所以應(yīng)該有模擬信號輸出接口，從而能夠?qū)?shù)字信號轉(zhuǎn)變成模擬電信號，這也是模擬信號輸出接口的任務(wù)，使得相應(yīng)的執(zhí)行器能夠更加方便驅(qū)動，實現(xiàn)對對象的控制?？刂平涌?、數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器、多路模擬開關(guān)和功率放大器是構(gòu)成模擬信號輸出接口的重要組成部分。

三 人機接口

操作者與機電系統(tǒng)兩者交換信息的接口稱為人機接口。輸入接口和輸出接口是根據(jù)信息傳遞的方向來進行劃分的。機電系統(tǒng)將其各種情況、運行數(shù)據(jù)及結(jié)果等信息通過輸出接口向操作者顯示出來。另外操作者將敢于系統(tǒng)的狀態(tài)和各項控制指令輸入機電系統(tǒng)中，這是通過輸入接口實現(xiàn)的。從而使其所要求的功能得到實現(xiàn)。

操作者實現(xiàn)和機電系統(tǒng)交換信息的接口就是人機接口。治理的機電系統(tǒng)主要是指控制微機。機電系統(tǒng)將其各種情況、運行數(shù)據(jù)及結(jié)果等信息通過輸出接口向操作者顯示出來。那么操作者就可以適時地控制這些狀態(tài)，使得其功能需求得到實現(xiàn)。輸入接口和輸出接口是在人機接口中需要注意的。輸入接口主要是經(jīng)過一定的輸入元件設(shè)備的借助來進行輸入的操作的。這樣就能夠直接連接控制微機的并行口或擴展口，信息的輸入形式是BCD碼。輸出接口中典型的輸出設(shè)備通常是發(fā)光二極管顯示器，也就是我們?nèi)粘Ｉ钪兴f的LED。

1.輸入接口

(1)撥盤輸入接口。機電一體化系統(tǒng)中最常見的輸入設(shè)備就是撥盤了，像一些控制目標(biāo)、修正系數(shù)等一些少量的參數(shù)的輸入時，這樣系統(tǒng)采用撥盤就比較偏離，這樣的形式有一定的保持性。破盤有很多的類型，其中BCD碼輸出的BCD碼撥盤和十進制輸入是人機接口最方便使用的。這樣就能夠直接連接控制微機的并行口或擴展口，信息的輸入形式是BCD碼。

(2)鍵盤輸入接口。鍵盤就是將按鍵的集合，將被按鍵的代碼提供給計算機。其中編碼鍵盤和非編碼鍵盤是最常用的鍵盤。像以ASCII碼或二進制碼為代表的將被按鍵的編碼自動提供出，這就是編碼鍵盤。這個使用方便，但是有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，耗費高成本。只有按鍵的通或斷(“0”或“1”電位)的提供就是非編碼鍵盤，通過對鍵盤程序的設(shè)計來掃描和識別按鍵。這個有著簡單的電路，設(shè)計方便。

2.輸出接口。輸出接口中典型的輸出設(shè)備通常是發(fā)光二極管顯示器，也就是我們?nèi)粘Ｉ钪兴f的LED。它廣泛地被使用是由于其擁有簡單的結(jié)構(gòu)，小體積、很高的可靠性、長的壽命和便宜的價格。7段發(fā)光二極管和點陣式LED顯示器是最常用的LED顯示器

四 結(jié)語

對機電一體化系統(tǒng)中的接口問題的研究主要是接口技術(shù)，通過對這技術(shù)的研究，實現(xiàn)能夠流長地轉(zhuǎn)換和傳遞系統(tǒng)中的能量和信息，從而有機地結(jié)合起系統(tǒng)的各部分，促進完整的系統(tǒng)的形成。以機電一體化技術(shù)為基礎(chǔ)，由此產(chǎn)生了接口技術(shù)。并且機電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展使得接口技術(shù)的作用也日漸顯現(xiàn)出來。研究接口技術(shù)對機電一體化的發(fā)展有著積極的作用。因此設(shè)計機電一體化系統(tǒng)在一定程度上是按照不同功能的要求設(shè)計其某個部分的接口。機電一體化系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的可靠性和平穩(wěn)性和其系統(tǒng)的控制性能與接口的好與壞有著直接聯(lián)系。所以說機電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵部分就是接口技術(shù)。