关于接口技术在机电一体化中的应用
（武昌工学院 机制1006班 103004010617）
摘要：机电一体化是在以微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展向机械工业领域迅猛渗透并与机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术，信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术。本文主要讨论的是关于接口技术在机电一体化中的应用问题 关键词： 机电一体化 接口技术 机电接口 人机接口
接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题，使系统中信息能量的传递及转换更加顺畅，使系统各部分有机的结合在一起，形成完整的系统。从这一观点出发，机电一体化产品的性能很大程度上取决于接口的性能。因此接口技术是机电一体化产品设计的关键环节。本文主要以机电一体化控制系统系统为例，将接口分为人机接口和机电接口进行分析。
1.机电接口技术
机电接口是指机电一体化产品中的机械装置与控制微机间的接口。按照信息的传递方向可以将机电接口分为信息采集接口（传感器接口）与控制量输出接口。控制微机通过信息采集接口接收传感器输出信号，检测机械系统运动参数，经过处理后，发出有关控制信号，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大、驱动执行元件来调节机械系统的运行状态，使其按照要求动作。
1.1信息采集接口技术 a.信息采集接口的任务与特点
在机电一体化产品中，控制微机要对机械装置进行有效控制，使其按预定的规律运行，完成预定的任务，就必须随时对机械系统的运行状态进行控制，随时检测各种工作和运行参数，如位置、速度、转矩、压力、温度等。因此进行系统设计时，就必须选用相
应传感器将这些物理量转换为电量，再经过信息采集接口的整形、放大、匹配、转换。变成微机可以接受的信号传递给微机。传感器的输出信号中，既有开关信号（如限位开关,时间继电器），又有频率信号（超声波无损探伤）；既有数字量，又有模拟量（如温敏电阻、应变片等）。针对不同性质的信号，信号采集接口要对其进行不同的处理，例如对模拟信号必须进行摸/数变换，变成微机可以接受的数字量再传送给微机。另外，在机电一体化产品中，传感器要根据机械系统的结构来布置，环境往往比较恶劣，易受干扰。再者，传感器与控制微机之间常要采用长线传输，加之传感器输出信号一般比较弱所以抗干扰设计也是信息采集接口设计的一个重要内容。
b.信号采集通道中的A/D转换接口设计 单片机模拟通道中的输入通道（也叫前向通道），用于将传感器获取的各种信号经过调理电路输出，经A/D转换后送入计算机。根据测量要求和传感器输出信号的不同，输入通道的复杂程度和结构形式也不大一样。下面主要讨论模拟电压的转换。很多单片机内有A/D转换线路，例如C196KB,80C166，68HC11等芯片，都具有10位或8位A/D，但对于大多数型号的单片机（例如8031）来说，则必须外部扩展A/D转换芯片。
1.2控制量输出接口技术 a.控制输出接口的任务和特点 控制微机通过信息采集接口检测机械系统的状态，经过运算处理。发出有关控制信号，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大，驱动执行元件的需要不同，控制接口的任务也不同，对于交流电机变频调速器，控制信号为0~5V电压或4~20mA电流信号，则控制输出接口必须进行数/模转换；对于交流接触器等大功率器件，必须进行功率驱动。由于机电一体化系统中执行元件多为大功率设备，所以抗干扰设计同样是控制输出接口设计时应考虑的重要问题
b.控制量输出接口中的 D/A转换接口设计
单片机模拟通道中的输出通道用于输出控制系统需要的驱动控制信号。
通常用D/A转换作为输出，一般也不需要光电隔离驱动，但有特殊要求，就要加光电耦合；另外一种方法是用脉冲宽度调制输出经过通滤波输出，作为D/A转换，这种结构在很多单片机中都有，例如C96KB,C196KC,80C166，68HC11等单片机都有多路PWM信号，这对于控制来说是很方便的。
2.人机接口技术
人机接口是操作者与机电一体化系统（主要是控制微机）之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可分为输入接口和输出接口。系统通过输出接口向操作者显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息。另一方面，操作者通过输入接口向系统输入各种控制命令及控制参数，对系统运行进行控制，实现所要求完成的任务。
2.1输入接口技术
输入接口输入设备的数据，要通过数据总线传送给CPU，而CPU与存储器以及其他设备传输的输入输出数据，也要通过这条数据总线分时的进行传输。因此，输入接口的功能就是在只有CPU充许该入口进行数据输入时，才将来自外设的数据传送到数据总线上。
键盘是计算机中不可缺少的输入设备，通过它可
实现人机对话，完成各种的操作，键盘按其结构形式，有非编码键盘和编码键盘两种，前者用软件来识别和产生代码，后者则用硬件来识别。在单片机中普遍使用的是非编码键盘。
2.2输出接口技术
从计算机输出的数据，要经过输出口传输给输出设备，但在输出口与实际的输出设备之间一般需要进行信号电平转换，并需要对输出数据的传输时序进行控制。输出接口是操作者对机电一体化系统进行检测的窗口，通过输出接口，系统向操作者显示自身的运行状态、关键参数及运行结果等，并进行故障报警等。下面对人机通道输出接口中最常用的LED显示器接口技术作简要说明。
a.LED数码显示器的工作原理
LED是发光二极管的缩写。LED显示器应用非常普遍，从袖珍计算器到仪表器都用它，在单片机上的应用也很普遍。
通常所说的LED显示器由七个发光二极管组成，因此，也称为七段显示器。有共阴极和共阳极两种。此外，还有一个圆点型发光二极管，用以显示小数点，发光二极管点亮时，需要2~20mA，压降为1.2V，因而用TTL电路即可与它接口。
为了显示字符，要为LED显示器提供显示代码（或称字形代码），可通过单片机接口使LED显示器某几段发亮来显示不同的数码，如除“g”段不亮其余六段全亮时，则为“8”字。七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8段，因此LED显示器的字形代码正好一个字节。
b.LED数码显示器的接口及显示方法
单片机与显示器接口可以用硬件为主和用软件为主的方法。所谓硬件为主就是用四位数据线而后用存锁器、译码驱动器显示一位十六进制字符。由于使用硬件较多，缺乏灵活性，所以常用软件查表来代替硬件译码，但这也需要简单的硬件电路配合。由于接口提供不了较大的电流供LED显示器使用，因此驱动电路一般是必不可少的。
结语
总而言之，随着我国工业的不断发展，各项相关技术也是突飞猛进，机电一体化技术作为促进工业发展的重要支柱之一，对我国社会发展和国家建设都有重大的意义。而机电一体化产品的性能很大程度上取决于接口的性能，即各要素和各子系统之间的接口性能是机电一体化系统性能好坏的决定性因素。所以我们更加积极创新接口技术，提高机电一体化产品质量。
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