機(jī)電一體化系統(tǒng)是由許多要素或子系統(tǒng)構(gòu)成的，各要素或子系統(tǒng)之間必須能夠順利地進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換。因此，各要素或各子系統(tǒng)相接處必須具備一定的聯(lián)系條件，這些聯(lián)系條件就稱為接口，如圖5-1所示。
一方面，機(jī)電一體化系統(tǒng)通過輸入／輸出接口將其與人、自然及其他系統(tǒng)相連；另一方面，機(jī)電一體化系統(tǒng)通過許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素聯(lián)系為一體。系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能。從某種意義上講，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)歸根結(jié)底就是“接口設(shè)計(jì)”。
接口設(shè)計(jì)的總?cè)蝿?wù)是解決功能模塊間的信號(hào)匹配問題，根據(jù)劃分出的功能模塊，在分析研究各功能模塊輸入／輸出關(guān)系的基礎(chǔ)上，計(jì)算制定出各功能模塊相互連接時(shí)所必須共同遵守的電氣和機(jī)械的規(guī)范和參數(shù)約定，使其在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)能夠“直接”相連。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品可看成是由許多接口將組成產(chǎn)品各要素的輸A／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。
1．接口的分類
在機(jī)電一體化系統(tǒng)中各要素和子系統(tǒng)之間，接口使得物質(zhì)、能量、信息在連接要素的交界面上平穩(wěn)地輸入／輸出，它是保證產(chǎn)品具有高性能、高質(zhì)量的必要條件，有時(shí)會(huì)成為決定系統(tǒng)綜合性能好壞的關(guān)鍵因素，這是由機(jī)電一體化系統(tǒng)的復(fù)雜性決定的。接口的功能是由參數(shù)變換與調(diào)整和物質(zhì)、能量、信息的輸入／輸出兩部分組成。
(1)根據(jù)接口的變換和調(diào)整功能特征分類1)零接口。不進(jìn)行參數(shù)的變換與調(diào)整，即輸入／輸出的直接接口，如聯(lián)軸器、輸送管、插頭、插座、導(dǎo)線、電纜等。
2)被動(dòng)接口。僅對(duì)被動(dòng)要素的參數(shù)進(jìn)行變換與調(diào)整，如齒輪減速器、進(jìn)給絲杠、變壓器、可變電阻以及光學(xué)透鏡等。
3)主動(dòng)接口。含有主動(dòng)因素，并能與被動(dòng)要素進(jìn)行匹配的接口，如電磁離合器、放大器、光耦合器，A／D、D／A轉(zhuǎn)換器等。
4)智能接口。含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件變化的接口，如自動(dòng)調(diào)速裝置、通用輸入／輸出芯片(如8255芯片)、RS232串行接口、通用接日總線等。
(2)根據(jù)接口的輸入／輸出功能的性質(zhì)分類
1)信息接口(軟件接口)。受規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)、法律、語(yǔ)言、符號(hào)等邏輯、軟件的約束，如國(guó)標(biāo)、Is0標(biāo)準(zhǔn)、Rs232c、ASCII碼、C語(yǔ)言等。
2)機(jī)械接口。根據(jù)輸入／輸出部位的形狀、尺寸、配合、精度等進(jìn)行機(jī)械連接，如聯(lián)軸器、管接頭、法蘭盤等。
3)物理接口。受通過接口部位的物質(zhì)、能量與信息的具體形態(tài)和物理?xiàng)l件約束，如受電壓、頻率、電流、阻抗、傳遞扭矩的大小、氣(液)體成分(壓力或流量)約束的接口。
4)環(huán)境接口。對(duì)周圍的環(huán)境條件(溫度、濕度、電磁場(chǎng)、放射能、振動(dòng)、水、火、粉塵等)有具體的保護(hù)作用和隔絕作用(如屏蔽、減振、隔熱、防爆、防潮、防放射線等)，如防塵過濾器、防水連接器、防爆開關(guān)等。
圖5_2所示的機(jī)電一體化原理框圖中采用了一不同性質(zhì)的接口。
(3)按照所聯(lián)系的子系統(tǒng)不同分類 以控制微機(jī)（微電子系統(tǒng)）為出發(fā)點(diǎn)，將接口分為人機(jī)接口與機(jī)電接口兩大類，如圖5—3所示。
機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)之間的聯(lián)系必須通過機(jī)電接口進(jìn)行調(diào)整、匹配、緩沖，同時(shí)微電子系統(tǒng)的應(yīng)用使機(jī)械系統(tǒng)具有“智能”，達(dá)到了較高的自動(dòng)化程度，但該系統(tǒng)仍然離不開人的干預(yù)，必須在操作者的監(jiān)控下進(jìn)行，因此人機(jī)接口也是必不可少的。本節(jié)主要介紹常見的人機(jī)接口和機(jī)電接口設(shè)計(jì)。
2．接口設(shè)計(jì)的要求
不同類型的接口，其設(shè)計(jì)要求有所不同。
(1)微機(jī)接口 微機(jī)接口通常由接口電路和與之配套的驅(qū)動(dòng)程序組成。能夠使被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)在電氣上、時(shí)間上相互匹配的電路稱為接口電路，它是接口的骨架；能夠完成這種功能的程序稱為接口程序，它是完成接口預(yù)定任務(wù)的中樞神經(jīng)，主要完成接口數(shù)據(jù)的輸入／輸出、傳送以及可編程接口器件的方式設(shè)定、中斷方式設(shè)定等初始化工作；兩者融為一體構(gòu)我了微機(jī)接口。由于微機(jī)接口擔(dān)負(fù)著微機(jī)和設(shè)備之間傳輸信息的任務(wù)，因此，系統(tǒng)要求其具有兩大特點(diǎn)：一方面能夠可靠地傳送相應(yīng)的控制信息，并能夠輸入有關(guān)的狀態(tài)信息；另一方吾能夠進(jìn)行相應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換，以滿足系統(tǒng)的輸入／輸出要求。信息轉(zhuǎn)換主要包括以下幾個(gè)方面：數(shù)字／模擬量轉(zhuǎn)換(D／A)；模擬量／數(shù)字轉(zhuǎn)換(A／D)；從數(shù)字量轉(zhuǎn)換成脈沖量；電平轉(zhuǎn)換；電量到非電量的轉(zhuǎn)換；弱電到強(qiáng)電的轉(zhuǎn)換以及功率匹配等。具體要求如下：
傳感器接口要求傳感器與被測(cè)機(jī)械量信號(hào)源具有直接關(guān)系，要使標(biāo)度轉(zhuǎn)換及數(shù)學(xué)建模精確、可行，傳感器與機(jī)械本體的連接簡(jiǎn)單、穩(wěn)固，能克服機(jī)械諧波干擾，正確反映對(duì)象的被測(cè)參數(shù)。變送接口應(yīng)滿足傳感器模塊的輸出信號(hào)與微機(jī)前向通道電氣參數(shù)的匹配及遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)囊螅涌诘男盘?hào)傳輸要準(zhǔn)確、可靠，抗干擾能力強(qiáng)，具有較低的噪聲容限；接口的輸入阻抗應(yīng)與傳感器的輸出阻抗相匹配；接口的輸出電平應(yīng)與微機(jī)的電平相一致；接口的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的關(guān)系應(yīng)是線性關(guān)系，以便于微機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理。
驅(qū)動(dòng)接口應(yīng)滿足接口的輸入端與微機(jī)系統(tǒng)的后向通道在電平上一致，接口的輸出端與功率驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端之間不僅電平要匹配還應(yīng)在阻抗上匹配。另外接口必須采取有效的抗干擾措施，防止功率驅(qū)動(dòng)設(shè)備的強(qiáng)電信號(hào)串人微機(jī)系統(tǒng)。
(2)機(jī)械傳動(dòng)接口 機(jī)械傳動(dòng)接口，如減速器、絲杠螺母等，要求它的連接結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，具有較高的傳動(dòng)精度和定位精度，安裝、維修、調(diào)整簡(jiǎn)單方便，剛度好，響應(yīng)快。
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