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摘要： 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，以及机电接口技术对机电一体化发展的影响。
关键词：机电一体化 系统接口技术 关系影响
1、机电一体化系统
在早期的机电一体化系统中， 机械部分的设计是系统设计的中心。电能仅用于驱动，为系统提供动力。利用直流电动机的变速功能，虽然可以简化机械系统的传动结构，但因为无法控制运动部件的行程， 因而程序自动化仍然是系统控制设计的主要目标。伺服电动机的运动、速度和方向可控，运动部件位置和轨迹的单独/联动控制使得柔性自动化成为可能。驱动电动机不再是机械运动链的起点， 而成为联结机械运动和动力以及控制的接口。机电一体化系统设计已从“纯”机械的设计延伸到控制领域。计算机、数字电路、传感器以及自动控制理论已成为系统设计师不可或缺的知识基础。信息技术和软件设计已经成为表达系统设计思想和协调自动化工作的重要工具。机电一体化技术是一个不断发展和完善的过程。产品精度和生产效率对机电一体化系统提出了不断改进伺服驱动性能和发展控制算法的要求，而性能优良的伺服驱动既拓展了机械系统的功能、简化了传统的机构，又要求机械系统具有合理的惯量和更好的系统动态性能。传感器的在线监测确保了系统安全可靠的运行，反馈的信息通过闭环确保了先进控制理论的实现和产品的质量要求。机、电、信息的密切交叉已经使机电一体化系统中各部分的互相联结和影响成为设计必须综合考虑的重要内容。早期的机电一体化设计主要集中于系统的组成和结构，随着设计实践的丰富和设计理论的成熟，机电接口技术作为机电一体化设计的核心已经受到专家和学者越来越多的关注。
2、机电接口
2.1模拟信号输出接口
在機电一体化系统中，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。
2.2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。
2.3输入通道接口
开关信号输入通道接口的任务是将来自控制过程的开关信号、逻辑电平信号以及一些系统设置开关信号传送给计算机。这些信号实质是一种电平各异的数字信号，所以开关信号输入通道又称为数字输入通道（DI）。由于开关信号只有两种逻辑状态“ON”和“OFF”或数字信号“1”和“0”，但是其电平一般与计算机的数字电平不相同，与计算机连接的接口只需考虑逻辑电平的变换以及过程噪声隔离等设计问题，它主要由输入缓冲器、电平隔离与转换电路和地址译码电路等组成。
2.4输出通道接口
开关信号输出通道的作用是将计算机通过逻辑运算处理后的开关信号传递给开关执行器（如继电器或报警指示器）。它实质是逻辑数字的输出通道，又称为数字输出通道（DO）。DO 通道接口设计主要考虑的是内部与外部公共地隔离和驱动开关执行器的功率。开关量输出通道接口主要由输出锁存器、驱动器和输出口地址译码电路等组成。
3、人机接口
3.1 输入接口。
拨盘输入接口。拨盘是机电一体化系统中常见的一种输入设备，若系统需要输入少量的参数，如修正系数、控制目标等，采用拨盘较为方便，这种方式具有保持性。拨盘的种类很多，作为人机接口使用最方便的是十进制输入、BCD 码输出的BCD 码拨盘。BCD 码拨盘可直接与控制微机的并行口或扩展口相连，以BCD码形式输入信息。键盘输入接口。键盘是一组按键集合，向计算机提供被按键的代码。常用的键盘有：编码键盘，自动提供被按键的编码（如ASCII 码或二进制码）；非编码键盘，仅仅简单地提供按键的通或断（“0”或“1”电位），而按键的扫描和识别，则由设计的键盘程序来实现。前者使用方便，但结构复杂，成本高；后者电路简单，便于设计。
3.2 输出接口
在机电一体化系统中，发光二极管显示器（LED）是典型的输出设备，由于
LED 显示器结构简单、体积小、可靠性高、寿命长、价格便宜，因此使用广泛。常用的LED 显示器有7 段发光二极管和点阵式LED 显示器。7段LED 显示器原理很简单，是同名管脚上所加电平高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同字形的。点阵式LED 显示器一般用来显示复杂符号、字母及表格等，在大屏幕显示及智能化仪器中有广泛应用。
4、机电接口技术对机电一体化发展的影响
社会需求推动机电一体化技术的发展。当传统的机械技术无法满足日益增加的社会需求时，机械技术与电子技术、信息技术等结合形成的机电一体化技术就成了机械技术发展的必然。机电一体化技术产生之初， 仅是机械技术与电子技术的简单结合，它们结合的方式—接口也比较简单， 而随着机电一体化技术的发展， 机电一体化产品已经发展成为集多种技术于一体的复杂系统，相应的系统内部的接口也就变得越来越复杂。机电一体化技术的各组成技术的研究已经进行得非常深入且日趋成熟， 同时，人们也意识到单纯发展和研究各组成技术并不能保证机电一体化系统的最优化。我们认为无论是系统设计理论还是系统集成和融合理论的研究都是必要的，但是，由于机电一体化系统的复杂性，这两种理论都很难对机电一体化系统进行具体的研究，只能停留在理论的层面上。而机电接口技术正为它们提供了一种有效的方法来进行系统研究，并将系统设计、集成和融合理论应用到实际的设计当中。现在，机电一体化正在向着智能化、模块化、网络化等方向发展，智能化必然要求系统各部分的结合要更加紧密，信息传递和反馈更加迅速准确。模块化必然要对接口提出更高的要求，接口在保持一致性的情况下还要能保证系统信息和能量的传递、技术融合。网络化要求系统的接口具有网络功能，包括现场网络、局域网和互联网功能。从机电一体化发展方向对机电接口技术的要求来看，机电接口技术的研究与发展已经成为必然，同时，机电接口技术的研究与发展也必然对机电一体化技术的发展起促进作用。
参考文献
[1] 邓利专. 机电一体化中接口技术的研究[J]. 价值工程. 2010（14）
[2] 张红春. 浅谈机电一体化中的接口技术[J]. 科技信息. 2009（21）
关键词：机电一体化 系统接口技术 关系影响
1、机电一体化系统
在早期的机电一体化系统中， 机械部分的设计是系统设计的中心。电能仅用于驱动，为系统提供动力。利用直流电动机的变速功能，虽然可以简化机械系统的传动结构，但因为无法控制运动部件的行程， 因而程序自动化仍然是系统控制设计的主要目标。伺服电动机的运动、速度和方向可控，运动部件位置和轨迹的单独/联动控制使得柔性自动化成为可能。驱动电动机不再是机械运动链的起点， 而成为联结机械运动和动力以及控制的接口。机电一体化系统设计已从“纯”机械的设计延伸到控制领域。计算机、数字电路、传感器以及自动控制理论已成为系统设计师不可或缺的知识基础。信息技术和软件设计已经成为表达系统设计思想和协调自动化工作的重要工具。机电一体化技术是一个不断发展和完善的过程。产品精度和生产效率对机电一体化系统提出了不断改进伺服驱动性能和发展控制算法的要求，而性能优良的伺服驱动既拓展了机械系统的功能、简化了传统的机构，又要求机械系统具有合理的惯量和更好的系统动态性能。传感器的在线监测确保了系统安全可靠的运行，反馈的信息通过闭环确保了先进控制理论的实现和产品的质量要求。机、电、信息的密切交叉已经使机电一体化系统中各部分的互相联结和影响成为设计必须综合考虑的重要内容。早期的机电一体化设计主要集中于系统的组成和结构，随着设计实践的丰富和设计理论的成熟，机电接口技术作为机电一体化设计的核心已经受到专家和学者越来越多的关注。
2、机电接口
2.1模拟信号输出接口
在機电一体化系统中，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。
2.2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。
2.3输入通道接口
开关信号输入通道接口的任务是将来自控制过程的开关信号、逻辑电平信号以及一些系统设置开关信号传送给计算机。这些信号实质是一种电平各异的数字信号，所以开关信号输入通道又称为数字输入通道（DI）。由于开关信号只有两种逻辑状态“ON”和“OFF”或数字信号“1”和“0”，但是其电平一般与计算机的数字电平不相同，与计算机连接的接口只需考虑逻辑电平的变换以及过程噪声隔离等设计问题，它主要由输入缓冲器、电平隔离与转换电路和地址译码电路等组成。
2.4输出通道接口
开关信号输出通道的作用是将计算机通过逻辑运算处理后的开关信号传递给开关执行器（如继电器或报警指示器）。它实质是逻辑数字的输出通道，又称为数字输出通道（DO）。DO 通道接口设计主要考虑的是内部与外部公共地隔离和驱动开关执行器的功率。开关量输出通道接口主要由输出锁存器、驱动器和输出口地址译码电路等组成。
3、人机接口
3.1 输入接口。
拨盘输入接口。拨盘是机电一体化系统中常见的一种输入设备，若系统需要输入少量的参数，如修正系数、控制目标等，采用拨盘较为方便，这种方式具有保持性。拨盘的种类很多，作为人机接口使用最方便的是十进制输入、BCD 码输出的BCD 码拨盘。BCD 码拨盘可直接与控制微机的并行口或扩展口相连，以BCD码形式输入信息。键盘输入接口。键盘是一组按键集合，向计算机提供被按键的代码。常用的键盘有：编码键盘，自动提供被按键的编码（如ASCII 码或二进制码）；非编码键盘，仅仅简单地提供按键的通或断（“0”或“1”电位），而按键的扫描和识别，则由设计的键盘程序来实现。前者使用方便，但结构复杂，成本高；后者电路简单，便于设计。
3.2 输出接口
在机电一体化系统中，发光二极管显示器（LED）是典型的输出设备，由于
LED 显示器结构简单、体积小、可靠性高、寿命长、价格便宜，因此使用广泛。常用的LED 显示器有7 段发光二极管和点阵式LED 显示器。7段LED 显示器原理很简单，是同名管脚上所加电平高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同字形的。点阵式LED 显示器一般用来显示复杂符号、字母及表格等，在大屏幕显示及智能化仪器中有广泛应用。
4、机电接口技术对机电一体化发展的影响
社会需求推动机电一体化技术的发展。当传统的机械技术无法满足日益增加的社会需求时，机械技术与电子技术、信息技术等结合形成的机电一体化技术就成了机械技术发展的必然。机电一体化技术产生之初， 仅是机械技术与电子技术的简单结合，它们结合的方式—接口也比较简单， 而随着机电一体化技术的发展， 机电一体化产品已经发展成为集多种技术于一体的复杂系统，相应的系统内部的接口也就变得越来越复杂。机电一体化技术的各组成技术的研究已经进行得非常深入且日趋成熟， 同时，人们也意识到单纯发展和研究各组成技术并不能保证机电一体化系统的最优化。我们认为无论是系统设计理论还是系统集成和融合理论的研究都是必要的，但是，由于机电一体化系统的复杂性，这两种理论都很难对机电一体化系统进行具体的研究，只能停留在理论的层面上。而机电接口技术正为它们提供了一种有效的方法来进行系统研究，并将系统设计、集成和融合理论应用到实际的设计当中。现在，机电一体化正在向着智能化、模块化、网络化等方向发展，智能化必然要求系统各部分的结合要更加紧密，信息传递和反馈更加迅速准确。模块化必然要对接口提出更高的要求，接口在保持一致性的情况下还要能保证系统信息和能量的传递、技术融合。网络化要求系统的接口具有网络功能，包括现场网络、局域网和互联网功能。从机电一体化发展方向对机电接口技术的要求来看，机电接口技术的研究与发展已经成为必然，同时，机电接口技术的研究与发展也必然对机电一体化技术的发展起促进作用。
参考文献
[1] 邓利专. 机电一体化中接口技术的研究[J]. 价值工程. 2010（14）
[2] 张红春. 浅谈机电一体化中的接口技术[J]. 科技信息. 2009（21）