【正文】 道接口的 任務(wù)是 將來自控制過程的開關(guān)信號(hào)、邏輯電平信號(hào)以及一些系統(tǒng)設(shè)置開關(guān)信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)。這些信號(hào)實(shí)質(zhì)是一種電平各異的數(shù)字信號(hào) ,所以開關(guān)信號(hào)輸入通 道 又 稱 為 數(shù) 字 輸 入 通 道 (DI) 。 由 于 開 關(guān) 信 號(hào) 只 有 兩 種 邏 輯 狀 態(tài)“ ON”和“ OFF”或數(shù)字信號(hào)“ 1”和“ 0” ,但是其電平一般與計(jì)算機(jī)的數(shù)字電平不相同 ,與計(jì)算機(jī)連接的接口只需考慮邏輯電平的變換以及過程噪聲隔離等設(shè)計(jì)問題 ,它主要由 輸入緩沖器、 電平隔離與轉(zhuǎn)換電路和地址譯碼電路等組成。 (2)輸出通道接口。 開關(guān)信 號(hào)輸出通 道的作用 是將計(jì) 算機(jī)通過邏輯運(yùn)算處理后的開關(guān)信號(hào)傳遞給開關(guān)執(zhí)行器 (如繼電器或 報(bào)警指示 器 )。它實(shí) 質(zhì)是邏 輯數(shù)字 的輸出 通道 ,又稱 為數(shù)字 輸出通 道 ( DO) 。 DO通道接 口設(shè) 計(jì)主 要考慮 的是 內(nèi)部 與外部 公共 地隔 離和 驅(qū)動(dòng)開 關(guān)執(zhí)行器的功率。開關(guān)量輸出通道接口主要由輸出鎖存器、驅(qū)動(dòng)器和輸出口地址譯碼電路等組成。 二、人機(jī)接口 人機(jī) 接 口是 操 作 者與 機(jī) 電系 統(tǒng) (主 要 是控 制 微機(jī) ) 之間 進(jìn) 行信 息交換的接口。按照信息的傳遞方向 ,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。 輸入接口。 (1)撥盤輸入接口。 撥盤是 機(jī)電一體 化系統(tǒng)中 常見的 一種輸入設(shè)備 ,若系統(tǒng)需要輸入少量的參數(shù) ,如修正系數(shù)、控制目標(biāo)等 ,采用撥盤較為方便 ,這種方式具有保持性。撥盤的種類很多 ,作為人機(jī)接口使用最方便的是十進(jìn)制輸入、 BC D 碼輸出的 BC D 碼撥盤。 BCD 碼撥盤可直接與控制微機(jī)的并行口或擴(kuò)展口相連 ,以 BCD 碼形式輸入信息。 (2)鍵盤輸入接口。鍵盤是一組按鍵集合 ,向計(jì)算機(jī)提供被按鍵的代碼。常用的鍵盤有 : 1)編碼鍵盤 ,自動(dòng)提供被按鍵的編碼 (如 ASCII 碼或二 進(jìn)制碼 )。 2)非編碼鍵盤 ,僅僅簡(jiǎn)單地提供按鍵的通或斷 (“ 0”或“ 1”電位 ),而按鍵的掃描和識(shí)別 ,則由設(shè)計(jì)的鍵盤程序來實(shí)現(xiàn)。前者使用方便 ,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,成本高 。后者電路簡(jiǎn)單 ,便于設(shè)計(jì)。 輸出接口。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中 ,發(fā)光二極管顯示器 ( LE D)是典型的輸出設(shè)備 ,由于 LED 顯示器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠性高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜 ,因此使用廣泛。常用的 LE D 顯示器有 7 段發(fā)光二極管和點(diǎn)陣式 LE D 顯示器。 7 段 LE D 顯示器原理很簡(jiǎn)單 ,是同名管腳上所加電平高低來控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同字形的。點(diǎn)陣式LED 顯示器一般用來顯示復(fù)雜符號(hào)、字母及表格等 ,在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應(yīng)用。 第五篇 機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)投入工業(yè)應(yīng)用環(huán)境運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)總會(huì)受到電網(wǎng)、空間與周圍環(huán)境干擾。若系統(tǒng)抵御不住干擾的沖擊，各電氣功能模塊將不能進(jìn)行正常的工作，微機(jī)系統(tǒng)往往會(huì)因干擾產(chǎn)生程序“跑飛”，傳感器模塊將會(huì)輸出偽信號(hào)，功率驅(qū)動(dòng)模塊將會(huì)輸出畸變的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作失常 ，最終導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生故障，甚至癱瘓。 1 干擾源 從干擾竄入系統(tǒng)的渠道來看，系統(tǒng)所受到的干擾源分為供電干擾、過程通道干擾、場(chǎng)干擾等 。 （ 1）供電干擾 大 功率 設(shè)備 會(huì)造成 電網(wǎng) 的嚴(yán) 重污染 ，使 得電 網(wǎng)電 壓大幅 度地漲落、浪涌，大功率開關(guān)的通斷，電動(dòng)機(jī)的啟停等原因，電網(wǎng)上常常出現(xiàn)很高的尖峰脈沖干擾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電源的投入、瞬時(shí)短路、欠壓、過壓、電網(wǎng)竄入的噪聲引起 CP U 誤動(dòng)作及數(shù)據(jù)丟失占各種干擾的 90％ 以上。 （ 2）過程通道干擾 過程通道干擾主要來源于長(zhǎng)線傳輸。當(dāng)系統(tǒng)中有電氣設(shè)備漏電，接地系統(tǒng)不完善，或者傳感器測(cè)量部 件絕緣不好等；及各通道的傳輸線如果處于同根電纜或捆扎在一起，尤其是將信號(hào)線與交流電源線處于同一根管道時(shí)，產(chǎn)生的共模或差模電壓都會(huì)影響系統(tǒng)，使系統(tǒng)無法工作。 （ 3）場(chǎng)干擾 系統(tǒng)周圍的空間總存在著磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、靜電場(chǎng)，如太陽及天體輻射；廣播、電話、通訊發(fā)射臺(tái)的電磁波；周圍中頻設(shè)備發(fā)出的電磁輻射等 。這 些場(chǎng) 干擾會(huì) 通過 電源 或傳輸 線影 響各 功能 模塊的 正常工作，使其中的電平發(fā)生變化或產(chǎn)生脈沖干擾信號(hào)。 2 抗供電干擾的措施 （ 1）配電系統(tǒng)的抗干擾 抑制供電干擾首先從配電系統(tǒng)上采取措施 ， 其次可采用分立式供電方案 ，就是將組成系統(tǒng)各模塊分別用獨(dú)立的變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路構(gòu)成的直流電源供電，這樣就減少了集中供電的危險(xiǎn)性，而且也減少了公共阻抗以及公共電源的相互耦合，提高了供電的可靠性，也有利于電源散熱。 另外，交流電的引入線應(yīng)采用粗導(dǎo)線，直流輸出線應(yīng)采用雙絞線，扭絞的螺距要小，并盡可能縮短配線長(zhǎng)度． （ 2）利用電源監(jiān)視電路 在配電系統(tǒng)中實(shí)施抗干擾措施是必不可少的，但這些仍難抵御微秒級(jí)的干擾脈沖及瞬態(tài)掉電，特別是后者屬于惡性干擾，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的事故。因此應(yīng)采取進(jìn)一步的保護(hù)性措施，即使用電源監(jiān)視電路。電源監(jiān)視電 路需具有監(jiān)視電源電壓瞬時(shí)短路、瞬間降壓和微秒級(jí)干擾及掉電的功能；及時(shí)輸出供 CP U 接受的復(fù)位信號(hào)及中斷信號(hào)等功能。 3 過程通道 抗干 擾措施 抑制 過程 通道上 的干 擾， 主要 措施有 光電隔離、雙絞線傳輸、阻抗匹配、電流傳輸以及合理布線等。 （ 1）光電隔離 利用光電耦合器的電流傳輸特性，在長(zhǎng)線傳輸時(shí)可以將模塊間 兩個(gè)光電耦合器件用連線“浮置”起來，這種方法不僅有效地消除了各電氣功能模塊間的電流流經(jīng)公共線時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓互相竄擾，而且有效地解決了長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)和阻抗匹配問題。 （ 2）雙絞線傳輸 在長(zhǎng)線傳輸中，雙絞線是 較常用的一種傳輸線，與同軸電纜相比，雖然頻帶較窄，但阻抗高，降低了共模干擾。由于雙絞線構(gòu)成的各個(gè)環(huán)路，改變了線間電磁感應(yīng)的方向，使其相互抵消，因而對(duì)電磁場(chǎng)的干擾有一定的抑制效果。 （ 3）阻抗匹配 長(zhǎng)線傳輸時(shí)，若收發(fā)兩端的阻抗不匹配，則會(huì)產(chǎn)生信號(hào)反射，使信號(hào)失真，其危害程度與傳輸?shù)念l率及傳輸線長(zhǎng)度有關(guān)。 （ 4）電流傳輸 長(zhǎng)線傳輸時(shí)，用電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。 （ 5）合理布線 強(qiáng)電饋線必須單獨(dú)走線，強(qiáng)信號(hào)線與弱信號(hào)線應(yīng)盡量避免平行走向。 4 場(chǎng)干擾的抑制 防止場(chǎng)干擾的主要 方法是良好的屏蔽和正確的接地。須注意以下問題： （ 1）消除靜電干擾最簡(jiǎn)單的方法是把感應(yīng)體接地，接地時(shí)要防止形成接地環(huán)路。 （ 2）為了防止電磁場(chǎng)干擾，可采用帶屏蔽層的信號(hào)線，并將屏蔽層單端接地。 （ 3）不要把導(dǎo)線的屏蔽層當(dāng)作信號(hào)線或公用線來使用。 （ 4）在布線方面，不要在電源電路和檢測(cè)、控制電路之間使用公用線，也不要在模擬電路和數(shù)字脈沖電路之間使用公用線，以免互相串?dāng)_。 5 軟件抗干擾技術(shù) 各種形 式的 干擾 最終會(huì) 反映 在系 統(tǒng)的微 機(jī)模 塊中 ，導(dǎo) 致數(shù)據(jù) 采集誤差、控制狀態(tài)失靈、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)竄改以及程序運(yùn)行失常等后果，雖 然在 系統(tǒng)硬件上采取了上述多種抗干擾措施，但仍然不能保證微機(jī)系統(tǒng)正常工作。因?yàn)檐浖垢蓴_是屬于微機(jī)系統(tǒng)的自身防御行為，實(shí)施軟件抗干擾的必要條件是： （ 1）在干擾的作用下，微機(jī)硬件部分以及與其相連的各功能模塊不會(huì)受到任何損毀，或易損壞的單元設(shè)置有監(jiān)測(cè)狀態(tài)可查詢。 2）系統(tǒng)的程序及固化常數(shù)不會(huì)因干擾的侵入而變化。 （ 3） R AM 區(qū)中的重要數(shù)據(jù) 在干擾侵入后可重新建立，并且系統(tǒng)重新運(yùn)行時(shí) 不會(huì) 出現(xiàn) 不允許 的數(shù) 據(jù) 抑 制數(shù)據(jù) 采樣 的干 擾可 采用： 數(shù)字濾波，寬度判斷抗尖峰脈沖干擾等辦法，也可采用重復(fù)檢查法，偏差判斷法 來檢查判斷是 否有干擾信號(hào)。而程序運(yùn)行失常的軟件抗干擾措施一般 （ 1）設(shè)置 WAT CH DOG 功能，由硬件配合，監(jiān)視軟件的運(yùn)行情況，遇到故障進(jìn)行相應(yīng)的處理。（ 2）設(shè)置軟件陷阱，當(dāng)程序指針失控而使程序進(jìn)入非程序空間時(shí)，在該空間中設(shè)置攔截指令，使程序進(jìn)入陷阱， 然后強(qiáng)迫其轉(zhuǎn)入初始狀 地結(jié)合在一起 ,形成完整的系統(tǒng)。 結(jié)論 本篇介紹了機(jī)電一體化技術(shù)的由來，發(fā)展，應(yīng)用。接口技術(shù)是在機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 ,隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展而變得越來越重要 。同時(shí)接口技 術(shù)的研究也必 然促進(jìn)機(jī)電一 體化的發(fā)展。從某 種意 義 上 講 ,機(jī) 電 一體 化 系 統(tǒng) 的設(shè) 計(jì) , 就是 根 據(jù) 功能 要 求 選 擇了 各部分后所進(jìn)行的接口設(shè)計(jì)。接口的好與壞直接影響到機(jī)電一體化系統(tǒng)的 控制 性 能 ,以 及 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)。機(jī)電一體化技術(shù)在以后會(huì)迅速發(fā)展。 參考文獻(xiàn) 1 仁元 ,張慧慧 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