機(jī)電一體化技術(shù)及應(yīng)用 課件 第4-6章 傳感檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)

第五節(jié)測(cè)距傳感器第四節(jié)力、扭矩傳感器第三節(jié)速度、加速度傳感器第二節(jié)位移、位置傳感器第一節(jié)傳感檢測(cè)系統(tǒng)的作用及組成第四章傳感檢測(cè)技術(shù)第六節(jié)視覺(jué)傳感器第七節(jié)智能傳感器第八節(jié)微傳感器4.1.1傳感檢測(cè)在機(jī)電一體化中的作用獲取系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所需的內(nèi)部和外部的各種參數(shù)及狀態(tài)，將這些非電量轉(zhuǎn)化成與被測(cè)物理量有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電信號(hào)，并通過(guò)適當(dāng)處理（如變換、放大、濾波）后，將其傳輸?shù)胶罄m(xù)裝置中進(jìn)行顯示記錄或數(shù)據(jù)處理成產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。4.1.2傳感檢測(cè)系統(tǒng)的組成1.傳感器將機(jī)電一體化系統(tǒng)中被測(cè)對(duì)象的非電物理變化量轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)電量，從而為有效地控制機(jī)電一體化系統(tǒng)的動(dòng)作提供信息。2.中間變換裝置將傳感器輸出的電量信號(hào)（如電阻、電容、電感等）轉(zhuǎn)換成更易于測(cè)量和處理的電壓或電流信號(hào)，并進(jìn)行適當(dāng)處理（阻抗變換、放大、濾波等），包括電橋、放大器、濾波器、調(diào)制解調(diào)器等。3.輸出接口將信號(hào)傳送至顯示記錄裝置、信息處理裝置和控制器等。4.2位移、位置傳感器位移測(cè)量—測(cè)量某一段距離的變化量；位置測(cè)量—確定被測(cè)物體是否到達(dá)或接近某一位置直線(xiàn)位移傳感器—電感式傳感器、電容式傳感器、差動(dòng)變壓器式傳感器、感應(yīng)同步器、光柵、磁柵等角位移傳感器—光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器按檢測(cè)時(shí)被測(cè)對(duì)象與測(cè)量元件是否接觸分為接觸式（限位開(kāi)關(guān)）和非接觸式（接近開(kāi)關(guān)和光電開(kāi)關(guān)）4.2.1光電開(kāi)關(guān)主要部件為發(fā)光元件（如發(fā)光二極管）和受光元件（如光電元件）根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同，分為對(duì)射式、鏡反射式、漫反射式、槽式和光纖式等類(lèi)型特點(diǎn)：體積小、可靠性高、響應(yīng)速度快、檢測(cè)精度高1.對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)又稱(chēng)透射式或透光式，發(fā)光元件和受光元件相互分離且光軸相對(duì)放置。發(fā)光元件發(fā)出的光線(xiàn)直接進(jìn)入受光元件，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)光元件和受光元件之間且阻斷光線(xiàn)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。適用于不透明物體檢測(cè)。發(fā)光元件受光元件物體2.鏡反射式光電開(kāi)關(guān)集發(fā)光元件和受光元件于一體，發(fā)光元件發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)反射鏡反射回受光元件，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線(xiàn)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。專(zhuān)用反射鏡光電元件物體3.漫反射式光電開(kāi)關(guān)集發(fā)光元件和受光元件于一體，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，物體將發(fā)光元件所發(fā)射的足夠量的光線(xiàn)反射到受光元件，于是光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。適用于表面光亮或反光率極高物體的檢測(cè)。光電元件物體4.槽式光電開(kāi)關(guān)發(fā)光元件和受光元件分別位于U型槽的兩邊，形成一光軸。當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)量信號(hào)。適合檢測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體，并且能分辨透明與半透明物體。物體發(fā)光元件受光元件4.2.2光電編碼器光學(xué)式角度—數(shù)字檢測(cè)元件。利用光電轉(zhuǎn)換原理將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量特點(diǎn)：體積小、精度高、工作可靠、接口數(shù)字化組成：碼盤(pán)、光電檢測(cè)裝置及測(cè)量電路分類(lèi)：根據(jù)信號(hào)輸出形式不同分為增量式光電編碼器和絕對(duì)式光電編碼器。增量式編碼器對(duì)應(yīng)每個(gè)單位角位移輸出一個(gè)電脈沖，通過(guò)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)即可實(shí)現(xiàn)角位移測(cè)量；絕對(duì)式編碼器則直接輸出碼盤(pán)上的編碼，從而檢測(cè)出絕對(duì)位置。

1.增量式光電編碼器

玻璃碼盤(pán)上沿圓周方向均布著n條狹縫，來(lái)自光源（發(fā)光二極管）的光線(xiàn)可以通過(guò)狹縫照射到光電元件（光敏二極管）上。當(dāng)碼盤(pán)繞其軸線(xiàn)回轉(zhuǎn)時(shí)，每轉(zhuǎn)過(guò)一條狹縫，光電元件所接收到的光信號(hào)就明暗變化一次，輸出的電信號(hào)也就強(qiáng)弱變化一次，經(jīng)測(cè)量電路放大、整形后，輸出一個(gè)矩形脈沖。

2.絕對(duì)式光電編碼器把被測(cè)轉(zhuǎn)角通過(guò)讀取碼盤(pán)上的圖案信息直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)代碼，故可直接輸出數(shù)字量。有光電式、接觸式和電磁式三種，光電式碼盤(pán)是目前應(yīng)用較多的一種。玻璃碼盤(pán)上刻的按二進(jìn)制規(guī)則排列的一系列透光區(qū)（白色區(qū)域，用1表示）和不透光區(qū)（黑色區(qū)域，用0表示），并均布在一些圓周（碼道）上。由內(nèi)向外有多個(gè)碼道，每一個(gè)碼道表示二進(jìn)制的一位：內(nèi)側(cè)碼道為高位，外側(cè)碼道為低位。于是，由內(nèi)至外構(gòu)成一個(gè)二進(jìn)制偏碼。4.2.3光柵1.光柵的種類(lèi)與構(gòu)造（1）根據(jù)制造方法和光學(xué)原理不同—透射光柵、反射光柵透射光柵——以透光的玻璃為載體，利用光的透射現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)反射光柵——以不透光的金屬（一般為不銹鋼）為載體，利用光的反射現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)（2）據(jù)光柵的外形—長(zhǎng)光柵（直線(xiàn)光柵，光柵尺）、圓光柵

4.2.3光柵1—主光柵；2—指示光柵；3—光電元件；4—光源主光柵和被測(cè)物體相連，隨被測(cè)物體的直線(xiàn)位移而產(chǎn)生位移主光柵和指示光柵的柵距相同，一般為4線(xiàn)/mm、10線(xiàn)/mm、25線(xiàn)/mm、50線(xiàn)/mm、100線(xiàn)/mm、200線(xiàn)/mm、250線(xiàn)/mm

2.光柵的工作原理主光柵和指示光柵平行安裝，并使二者傾斜一個(gè)較小的角度θ時(shí)，光柵上就會(huì)出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋（莫爾條紋）。當(dāng)主光柵隨執(zhí)行機(jī)構(gòu)左右移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋相應(yīng)地上下移動(dòng)。利用光電元件檢測(cè)莫爾條紋的明暗變化，輸出二進(jìn)制代碼。莫爾條紋的移動(dòng)方向和主光柵移動(dòng)方向有確切的對(duì)應(yīng)關(guān)系，故便于辨別方向。

4.3速度、加速度傳感器實(shí)際上是一臺(tái)微型直流發(fā)電機(jī)。分類(lèi)：根據(jù)定子磁極激磁方式的不同分為永磁式（用永久磁性材料做定子，并產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)）和電磁式（利用繞在定子槽中的勵(lì)磁繞組來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)）。原理：當(dāng)轉(zhuǎn)子在恒定磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組中產(chǎn)生交變的電動(dòng)勢(shì)，再經(jīng)過(guò)換向器和電刷轉(zhuǎn)換為與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比的直流電動(dòng)勢(shì)。

4.3.1直流測(cè)速發(fā)電機(jī)4.3.2光電式速度傳感器光電脈沖測(cè)速：物體以速度v通過(guò)光電池的遮擋板時(shí)，光電池輸出階躍電壓信號(hào)，形成兩個(gè)脈沖輸出，測(cè)出兩脈沖之間的時(shí)間間隔△t，則可測(cè)得速度為光電式轉(zhuǎn)速傳感器：由裝在被測(cè)軸（或與被測(cè)軸相連接的輸入軸）上的帶縫圓盤(pán)、光源、光電器件和指示縫隙圓盤(pán)組成。光源發(fā)出的光通過(guò)縫隙圓盤(pán)和指示縫隙盤(pán)照射到光電器件上。當(dāng)縫隙圓盤(pán)隨被測(cè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于圓盤(pán)上的縫隙間距與指示盤(pán)上的縫隙間距相同，因此圓盤(pán)每轉(zhuǎn)一周，光電器件便輸出與圓盤(pán)縫隙數(shù)相等的電脈沖。根據(jù)測(cè)量時(shí)間t內(nèi)的脈沖數(shù)N，就可測(cè)得被測(cè)軸轉(zhuǎn)速為1—光源；2—透鏡；3—帶縫隙圓盤(pán)；4—指示縫隙盤(pán)；5—光電器件4.4力、扭矩傳感器電阻應(yīng)變式力傳感器基于電阻應(yīng)變效應(yīng)工作。當(dāng)粘貼有應(yīng)變片的彈性元件在受到力的作用時(shí)產(chǎn)生變形，應(yīng)變片將該應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路（電橋）最終輸出相應(yīng)的電壓或電流信號(hào)。彈性元件有柱式、梁式、環(huán)式、輪輻式等。

4.4.1力傳感器4.4.2扭矩傳感器1—驅(qū)動(dòng)源；2—集流環(huán)；3—電橋；4—負(fù)載1.應(yīng)變式扭矩傳感器在扭矩作用下，轉(zhuǎn)軸表面產(chǎn)生主應(yīng)變（與所受到的扭矩成正比）。應(yīng)變式扭矩傳感器利用電阻應(yīng)變片來(lái)檢測(cè)主應(yīng)變，并通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換輸出。

2.壓磁式扭矩傳感器

利用由具有壓磁效應(yīng)的鐵磁材料制成的轉(zhuǎn)軸在受到扭矩作用后應(yīng)力變化導(dǎo)致磁阻變化的現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量。繞有線(xiàn)圈的U型鐵芯A-A沿軸線(xiàn)方向、B-B沿垂直于軸線(xiàn)方向布置，其開(kāi)口端與被測(cè)轉(zhuǎn)軸表面之間有1~2mm的空隙。A-A線(xiàn)圈中通以交流電流，形成穿過(guò)轉(zhuǎn)軸的交變磁場(chǎng)。在無(wú)扭矩時(shí)，交變磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)與B-B線(xiàn)圈不交鏈，無(wú)感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生，電橋仍處于平衡狀態(tài)，Uy=0。當(dāng)有扭矩作用在轉(zhuǎn)軸上時(shí)，部分磁力線(xiàn)與B-B線(xiàn)圈交鏈，并產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，電橋失去平衡，輸出電壓信號(hào)Uy（在一定范圍內(nèi)與扭矩呈線(xiàn)性）。3.磁電感應(yīng)式扭矩傳感器傳動(dòng)軸的兩端分別安裝有磁分度圓盤(pán)A和A’，其旁邊各安裝一個(gè)磁頭B和B’，用于檢測(cè)兩圓盤(pán)之間的轉(zhuǎn)角差。當(dāng)無(wú)扭矩時(shí)，兩分度盤(pán)的轉(zhuǎn)角差為零；當(dāng)有扭矩作用在傳動(dòng)軸上時(shí)，兩個(gè)磁頭分別檢測(cè)出驅(qū)動(dòng)側(cè)圓盤(pán)和負(fù)載側(cè)圓盤(pán)的轉(zhuǎn)角差。利用轉(zhuǎn)角差與扭矩M成正比例的關(guān)系，即可測(cè)量出扭矩的大小。4.光電式扭矩傳感器利用轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)變形來(lái)測(cè)量扭矩。轉(zhuǎn)軸上固定兩個(gè)光柵圓盤(pán)。在轉(zhuǎn)軸未承受扭矩時(shí)，兩光柵盤(pán)的明暗區(qū)正好互相遮擋，無(wú)光線(xiàn)通過(guò)光柵照射到光電元件上，也無(wú)輸出。當(dāng)有扭矩作用后，轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，兩光柵相對(duì)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，部分光線(xiàn)透過(guò)光柵照射到光電元件上，并輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)隨扭矩增大而增大，故可測(cè)得扭矩。1—光源；2—光電元件；3—光柵盤(pán)；4—轉(zhuǎn)軸4.5測(cè)距傳感器1.超聲波及其檢測(cè)原理超聲波——頻率高于20kHz的高頻振動(dòng)波，人耳無(wú)法聽(tīng)見(jiàn)傳播需要?dú)怏w、液體或固體等媒介方向性好，具有良好的穿透性在介質(zhì)中傳播時(shí)遵循幾何光學(xué)的基本規(guī)律，具有反射和折射等特性超聲波檢測(cè)原理——在掌握了某些非聲量的物理量（如密度、流量等）與描述超聲波介質(zhì)聲學(xué)特性的超聲量（聲速、衰減、聲阻抗）之間存在的直接或間接關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過(guò)超聲量的測(cè)定來(lái)測(cè)得被測(cè)物理量

4.5.1超聲波距離測(cè)量核心器件——超聲波發(fā)射器+超聲波接收器（超聲波探頭），均壓電材料的逆壓電效應(yīng)或鐵磁材料的磁致伸縮效應(yīng)，分別將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能以及將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

檢測(cè)方式——脈沖法和多普勒頻移法。脈沖法更常用；當(dāng)發(fā)射器和反射器之間有相對(duì)移動(dòng)時(shí)采用多普勒頻移法。

超聲波傳感器2.超聲波測(cè)距控制電路產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)并送給發(fā)射電路，經(jīng)放大后激勵(lì)超聲探頭而發(fā)射超聲波脈沖。該脈沖遇到被測(cè)物體，超聲波發(fā)生反射，反射回波則被另一個(gè)或同一個(gè)超聲探頭接收。假設(shè)超聲波在介質(zhì)中的傳播速度為v，在介質(zhì)界面的入射角為θ，同時(shí)測(cè)定超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔為t，則被測(cè)距離d為

3.超聲波測(cè)距應(yīng)用——倒車(chē)?yán)走_(dá)

4.5.2激光測(cè)量距離1.激光特征高方向性激光可以集中在狹窄的范圍內(nèi)向特定的方向發(fā)射，即使在幾公里的距離其擴(kuò)展范圍不到幾厘米。高單色性激光的頻率寬度比普通光的頻率寬度小10倍以上，因此激光是最好的單色光源。高亮度源于激光的定向發(fā)光。人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度最高（與太陽(yáng)光的亮度不相上下），而紅寶石激光器的激光亮度超過(guò)氙燈幾百億倍。

2.激光測(cè)距原理激光的測(cè)距原理與超聲波測(cè)距相同，向被測(cè)目標(biāo)發(fā)射激光后，由光電元件接收目標(biāo)反射的激光，同時(shí)測(cè)量激光在被測(cè)距離上往返一次所需要的時(shí)間t，即可求出距離d為3.激光測(cè)距方法脈沖式：利用脈沖光波，當(dāng)發(fā)射的光脈沖被目標(biāo)物體反射回來(lái)后，通過(guò)一個(gè)時(shí)間測(cè)量裝置直接測(cè)出激光往返的時(shí)間，進(jìn)而利用上式求出距離。相位式：用連續(xù)光波通過(guò)調(diào)制器使激光強(qiáng)度按調(diào)制信號(hào)隨時(shí)間而變化，測(cè)出該光波在時(shí)間t內(nèi)的相位變化，從而間接地計(jì)算出時(shí)間。4.6視覺(jué)傳感器定義：利用光電轉(zhuǎn)換原理，將被測(cè)物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，即把入射到傳感器光敏單元上按空間分布的光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為按時(shí)序串行輸出的電信號(hào)。特點(diǎn)：體積小，析像度高，功耗小，廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué)、圖像處理、非接觸測(cè)量零件尺寸、形狀和損傷、瑕疵識(shí)別等領(lǐng)域類(lèi)型：CCD視覺(jué)傳感器和CMOS視覺(jué)傳感器

1.CCD視覺(jué)傳感器CCD—利用內(nèi)光電效應(yīng)，由光敏單元集成的一種光電傳感器，集電荷產(chǎn)生、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和輸出為一體。CCD光敏單元的核心—MOS電容

4.6.1CCD和CMOS視覺(jué)傳感器工作過(guò)程：首先由光學(xué)系統(tǒng)將被測(cè)物體成像在CCD的受光面上，受光面下的許多光敏單元形成了許多像素點(diǎn)，這些像素點(diǎn)將投射到它的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)并進(jìn)行存儲(chǔ)；然后在時(shí)鐘脈沖信號(hào)的控制下，讀取反映光強(qiáng)的被存儲(chǔ)電荷信號(hào)并順序輸出，從而完成了從光圖像到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程。特點(diǎn)：體積小，輕便，響應(yīng)快，靈敏度高，穩(wěn)定性好，以光為媒介對(duì)任何地點(diǎn)的圖像進(jìn)行識(shí)別和檢測(cè)，數(shù)字化輸出

CCD視覺(jué)傳感器2.CMOS視覺(jué)傳感器CMOS—將光敏二極管、MOS場(chǎng)效應(yīng)管、MOS放大器和MOS開(kāi)關(guān)電路集成在同一芯片上而成CMOS特點(diǎn)：集成度高，功耗低，體積小，生產(chǎn)成本低，抗干擾能力強(qiáng)，只需單一電源，容易與其他芯片整合，廣泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域（高速攝影、醫(yī)療、消費(fèi)品）

CMOS視覺(jué)傳感器：由一個(gè)像素光電二極管和數(shù)種MOS晶體管構(gòu)成

4.6.2視覺(jué)傳感器的應(yīng)用1.工件尺寸測(cè)量通過(guò)透鏡將被測(cè)工件放大成像于CCD傳感器的光敏陣列上，由視頻處理器將CCD輸出信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和數(shù)字處理，并將測(cè)得結(jié)果進(jìn)行顯示或判斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件形狀和尺寸的非接觸測(cè)量。4.6.2視覺(jué)傳感器的應(yīng)用2.熱軋板材寬度測(cè)量1—激光器；2—CCD線(xiàn)陣傳感器；3—光源；4—板材；5—軋輥兩個(gè)CCD線(xiàn)陣傳感器布置于熱軋板材的上方，板端的一小部分處于傳感器的視場(chǎng)內(nèi)，依據(jù)幾何光學(xué)的方法可以分別測(cè)出寬度l1、l2，在兩個(gè)傳感器視場(chǎng)寬度lm已知的情況下，可以根據(jù)傳感器的輸出計(jì)算出板材的寬度l。圖中最右側(cè)的CCD傳感器是用來(lái)攝取激光器在板材上的反射光像，其輸出信號(hào)用于補(bǔ)償因板厚變化而造成的測(cè)量誤差。4.7智能傳感器1.智能傳感器的概念目前尚無(wú)統(tǒng)一的定義。早期只是簡(jiǎn)單地強(qiáng)調(diào)在工藝上將傳統(tǒng)的傳感器與微處理器緊密結(jié)合，認(rèn)為將傳感器的敏感元件及其信號(hào)調(diào)理電路與微處理器集成在一塊芯片上即構(gòu)成智能傳感器。隨著傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，逐漸認(rèn)識(shí)到傳感器與微處理器的結(jié)合如果沒(méi)有賦予智能，只能是微機(jī)化的傳感器，而非真正意義上的智能傳感器。

4.7.1智能傳感器的定義與特點(diǎn)智能傳感器是一種帶有微處理器的傳感器，是傳感器和微處理器賦予智能的結(jié)合，兼具信息檢測(cè)、信息處理、信息記憶、邏輯思維與判斷等功能，是傳感器、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。4.7.2智能傳感器的基本組成與基本功能1.智能傳感器的基本組成主要由傳感器、微處理器（或微型計(jì)算機(jī)）及相關(guān)電路組成。其中，微處理器是智能傳感器的核心，它充分發(fā)揮各種軟件的功能，賦予傳感器以智能，使傳感器的性能大大提高。傳感器將被測(cè)對(duì)象的非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行放大、濾波、阻抗變換以及輸入接口的A/D轉(zhuǎn)換后，送到微處理器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)處理。微處理器一方面通過(guò)反饋回路對(duì)傳感器和信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量過(guò)程的調(diào)節(jié)和控制；另一方面將處理結(jié)果傳送到輸出接口，經(jīng)接口電路處理后按需要的格式輸出。2.智能傳感器的基本功能（1）在自我完善能力方面，具有自校正、自校零、自校準(zhǔn)功能，以改善傳感器的靜態(tài)性能，提高傳感器的靜態(tài)測(cè)量精度；具有智能化頻率自補(bǔ)償功能，以提高傳感器響應(yīng)速度，改善其動(dòng)態(tài)特性；具有多信息融合功能，從而抑制交叉敏感，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。（2）在自我管理和自適應(yīng)能力方面，具有自檢驗(yàn)、自診斷、自尋故障、自恢復(fù)功能；具有判斷、決策、自動(dòng)切換量程功能。

（3）在自我辨識(shí)和運(yùn)算處理能力方面，具有從噪聲中辨識(shí)微弱信號(hào)及消噪功能；具有多維空間的圖像辨識(shí)與模式識(shí)別功能；具有數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能。（4）在交互信息能力方面，具有雙向通信、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出以及人—機(jī)對(duì)話(huà)等功能。

4.7.3智能傳感器的分類(lèi)與基本形式1.智能傳感器的分類(lèi)（1）模塊式智能傳感器將微處理器、信號(hào)處理電路、輸入/輸出電路、顯示電路和傳感器做成互相獨(dú)立的模塊，并裝配在同一殼體內(nèi)。集成度不高、體積較大，但是較為實(shí)用。（2）混合式智能傳感器將各組成部分以不同的組合方式集成在幾個(gè)芯片上，然后裝配在同一殼體內(nèi)。是目前智能傳感器的主要類(lèi)型。（3）集成式智能傳感器利用集成電路工藝和微機(jī)械技術(shù)將傳感器敏感元件與功能強(qiáng)大的電子線(xiàn)路集成在同一芯片上（或二次集成在同一外殼內(nèi)），集成度高、體積小、成本低、功耗低、速度快、可靠性好、測(cè)量精度高、功能強(qiáng)。是當(dāng)前研究熱點(diǎn)和主要發(fā)展方向。

2.智能傳感器的基本形式（1）初級(jí)形式在組成環(huán)節(jié)中沒(méi)有微處理器，僅僅包含敏感元件、補(bǔ)償電路（如溫度補(bǔ)償、線(xiàn)性補(bǔ)償?shù)龋⑿Ｕ娐泛托盘?hào)調(diào)理電路。最早期形式，智能含量還較低，而且智能化功能的實(shí)現(xiàn)依靠硬件電路來(lái)完成。（2）中級(jí)形式在組成環(huán)節(jié)中必須包含微處理器。功能大大增強(qiáng)，性能顯著提高。智能化主要由強(qiáng)大的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。（3）高級(jí)形式集成度進(jìn)一步提高，敏感單元實(shí)現(xiàn)多維陣列化，同時(shí)配備有更強(qiáng)大的信息處理軟件，具有更高級(jí)的智能化功能。是真正意義上的智能傳感器。4.8微傳感器采用微電子機(jī)械加工技術(shù)制作的、芯片特征尺寸為微米級(jí)的各類(lèi)傳感器的總稱(chēng)。利用微細(xì)加工技術(shù)，將電子、機(jī)械、光學(xué)等部件集成在微小空間內(nèi)，形成具有一定智能的優(yōu)化復(fù)雜系統(tǒng)。特點(diǎn)：（1）微型化和輕量化利用微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，敏感元件尺寸大多為微米級(jí)甚至亞微米級(jí)，使傳感器整體尺寸大大減小（可達(dá)亞微米級(jí)），尺寸精度可達(dá)納米級(jí)，體積只有常規(guī)傳感器的幾十分之一乃至百分之一，重量一般在幾十克乃至幾克。

4.8.1微傳感器及其特點(diǎn)（2）集成化和多功能化

利用半導(dǎo)體工藝實(shí)現(xiàn)集成化包括：將傳感器與后級(jí)電路（如運(yùn)算放大電路、溫度補(bǔ)償電路等）及微執(zhí)行器等集成在一起，實(shí)現(xiàn)一體化；將同類(lèi)傳感器集成于同一芯片上，構(gòu)成陣列式傳感器；將不同的微傳感器集成在一起而構(gòu)成新的傳感器。結(jié)構(gòu)的集成化勢(shì)必帶來(lái)功能的多樣化。如將應(yīng)變片和溫度敏感元件以及處理電路集成在同一個(gè)硅片上，可同時(shí)測(cè)量壓力和溫度并實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。

（3）高精度和高壽命微傳感器封裝后可擺脫熱膨脹、撓曲和噪聲等因素的不利影響，可在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。大量智能材料和智能結(jié)構(gòu)的使用大大提高系統(tǒng)的測(cè)量精度、抗干擾能力、可靠性及使用壽命。（4）低成本和低功耗批量化生產(chǎn)使得單件傳感器的制造成本顯著降低。在完成相同的工作時(shí)，微機(jī)械所消耗的能量?jī)H為傳統(tǒng)機(jī)械的十幾分之一或幾十分之一，功耗可達(dá)毫瓦級(jí)乃至更低的水平。

4.8.2微傳感器和傳統(tǒng)傳感器的區(qū)別

1.設(shè)計(jì)和加工方法不同傳統(tǒng)傳感器—先提出設(shè)計(jì)方案和裝配圖，再逐步分解，設(shè)計(jì)并加工每個(gè)零件，最后將制作好的各個(gè)零件組裝調(diào)試，完成整機(jī)裝配。微傳感器—由于尺寸微小，零部件加工和裝配都很困難，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、加工和裝配方法會(huì)使得批量生產(chǎn)變得十分困難，導(dǎo)致成本大幅度提高，難以實(shí)現(xiàn)商品化。某些情況對(duì)傳統(tǒng)傳感器來(lái)說(shuō)很簡(jiǎn)單，而對(duì)于微傳感器就很困難，如引線(xiàn)設(shè)計(jì)和制作（傳感器需要布設(shè)電流線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)，而常規(guī)的最細(xì)引線(xiàn)也可能與微傳感器的尺寸相似）。2.控制方法和工作方式不同傳統(tǒng)傳感器—手動(dòng)操作和人工分析（器件的電源啟動(dòng)、數(shù)據(jù)的顯示控制和分析提取等）。微傳感器—通過(guò)遙感或自動(dòng)模式工作，而且一般不與外部環(huán)境直接耦合，以電、磁、光、聲等信號(hào)作為輸出。3.應(yīng)用環(huán)境不同傳統(tǒng)傳感器—尺寸較大，對(duì)環(huán)境溫度、濕度、灰塵等的變化較不敏感。微傳感器—工作空間極小，且易受到環(huán)境影響（10μm的灰塵就可能阻擋微光學(xué)傳感器的光源，從而影響傳感器的正常使用）。4.力學(xué)性能和物理特性不同微傳感器的微小尺度會(huì)使其表現(xiàn)出與宏觀傳感器迥異的現(xiàn)象。尺寸微小化對(duì)材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度、彈性等）會(huì)產(chǎn)生很大影響（美國(guó)伯克利大學(xué)20um的多晶硅螺旋彈簧，彈性超過(guò)普通硅片，甚至優(yōu)于金屬?gòu)椈桑３叽缥⑿』鸬牧Τ叨刃?yīng)也會(huì)使系統(tǒng)的物理特性發(fā)生變化。當(dāng)物體的尺寸縮小到1/10時(shí)，物體所受與表面積相關(guān)的力（如粘性阻力）將減小到原來(lái)的1/100，與體積相關(guān)的重力或慣性力將減小到1/1000，從而與表面積相關(guān)的力變得更為突出，表面效應(yīng)十分明顯。4.8.3典型的微傳感器1.力微傳感器（1）應(yīng)變式力微傳感器

在硅基體梁上集成了應(yīng)變片（壓阻式應(yīng)變片或諧振式應(yīng)變片）。硅基梁在外力作用下產(chǎn)生變形，進(jìn)而形成應(yīng)變片上的應(yīng)變。（2）壓電式力微傳感器

壓電晶片1的尺寸為Φ8mm×1mm；上蓋2為傳力元件，其變形壁厚0.1～0.5mm1—壓電晶片；2—上蓋；3—基座；4—電極；5—絕緣套2.壓力微傳感器（1）壓阻式壓力微傳感器將硅片腐蝕成10～25μm厚的膜片，膜片的一側(cè)制出電阻（擴(kuò)散工藝或淀積工藝）。當(dāng)膜片兩側(cè)有壓力差時(shí)發(fā)生變形，電阻變化（用微電路測(cè)出，以感知壓力的變化）。1—硅環(huán)；2—硅膜片；3—擴(kuò)散電阻；4—內(nèi)部引線(xiàn)；5—引出線(xiàn)端；6—壓力接管（2）電容式壓力微傳感器核心部件為對(duì)壓力敏感的電容器（固定極板于玻璃上，活動(dòng)極板于硅膜片上，硅片和玻璃鍵合在一起）。壓力P變化引起硅膜片變形→電容器的電極間距改變→電容值變化。1—玻璃；2—固定極板；3—活動(dòng)極板；4—硅3.加速度微傳感器有壓阻式、電容式和諧振式等。壓阻式將加速度產(chǎn)生的作用加在質(zhì)量塊上，再由壓敏電阻來(lái)測(cè)量質(zhì)量塊的移動(dòng)。彈性硅梁一般采用懸臂梁，壓敏電阻在梁的固定端附近，質(zhì)量塊在梁的自由端。1—壓敏電阻；2—硅梁；3—質(zhì)量塊由硅片（包括敏感質(zhì)量塊和懸臂梁）和玻璃鍵合而成，形成質(zhì)量塊的封閉腔，保護(hù)質(zhì)量塊并限制沖擊和減震。懸臂梁上擴(kuò)散集成4個(gè)壓敏電阻。質(zhì)量塊在被測(cè)加速度作用下運(yùn)動(dòng)→懸臂梁彎曲→壓敏電阻的阻值變化→測(cè)得加速度的大小。整體尺寸2×3×0.6mm，可植入人體內(nèi)測(cè)量心臟的加速度。1—導(dǎo)電環(huán)氧；2、4—引線(xiàn)；3—鍵合盤(pán)；5—壓敏電阻；6、8—?dú)庀叮?—玻璃蓋板上腐蝕的封閉腔輪廓；9—玻璃；10—質(zhì)量塊；11—硅梁懸臂梁式壓阻式加速度微傳感器第四節(jié)控制方式與控制策略第三節(jié)常用控制計(jì)算機(jī)第二節(jié)控制計(jì)算機(jī)的作用及基本要求第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及類(lèi)型第五章計(jì)算機(jī)控制技術(shù)5.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及類(lèi)型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，通過(guò)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程被控參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)控制決策和實(shí)時(shí)控制輸出來(lái)完成對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。在控制系統(tǒng)中引入計(jì)算機(jī)，可以充分發(fā)揮其運(yùn)算、邏輯判斷和記憶等方面的優(yōu)勢(shì)，從而更好地完成各種控制任務(wù)。由硬件和軟件兩大部分組成。

5.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1.硬件組成包括計(jì)算機(jī)主機(jī)及其外圍設(shè)備、以A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換為核心的模擬量I/O通道和數(shù)字量I/O通道、人機(jī)聯(lián)系設(shè)備等。（1）主機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心部件組成：CPU、時(shí)鐘電路和內(nèi)存儲(chǔ)器功能：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、控制量計(jì)算、超限報(bào)警等，向系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令，指揮整個(gè)系統(tǒng)有條不紊地協(xié)調(diào)工作。（2）I/O通道計(jì)算機(jī)主機(jī)與被控對(duì)象信息交換的橋梁模擬量I/O通道：進(jìn)行模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換和數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換。數(shù)字量I/O通道：將各種繼電器、限位開(kāi)關(guān)等的狀態(tài)經(jīng)由數(shù)字量輸入接口傳送給計(jì)算機(jī)，或?qū)⒂?jì)算機(jī)發(fā)出的開(kāi)關(guān)動(dòng)作邏輯信號(hào)通過(guò)數(shù)字量輸出接口傳送給生產(chǎn)機(jī)械中的電氣開(kāi)關(guān)。（3）外圍設(shè)備配置目的：擴(kuò)大計(jì)算機(jī)主機(jī)的功能包括打印機(jī)、記錄儀、顯示器（CRT）、軟盤(pán)、硬盤(pán)及外存儲(chǔ)器等，用來(lái)打印、記錄、顯示和存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)。（4）操作臺(tái)人—機(jī)對(duì)話(huà)的聯(lián)系紐帶包括各種控制開(kāi)關(guān)、指示燈、數(shù)字鍵、功能鍵、聲訊器以及顯示器等。通過(guò)操作臺(tái)，操作人員可向計(jì)算機(jī)輸入和修改控制參數(shù)，發(fā)出各種操作指令；計(jì)算機(jī)可向操作人員顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)異常時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2.軟件組成用于完成操作、監(jiān)控、管理、控制、計(jì)算和自我診斷等功能的各種程序的統(tǒng)稱(chēng)。優(yōu)劣與否關(guān)系到硬件功能的發(fā)揮以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的品質(zhì)。按功能可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類(lèi)。（1）系統(tǒng)軟件用來(lái)管理計(jì)算機(jī)本身的資源和便于用戶(hù)使用計(jì)算機(jī)的軟件。包括操作系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)（如匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)、通信網(wǎng)絡(luò)軟件）等。一般由計(jì)算機(jī)制造廠商提供，用戶(hù)只需了解并掌握其使用方法，或根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩伍_(kāi)發(fā)。（2）應(yīng)用軟件用戶(hù)根據(jù)要解決的具體控制問(wèn)題而編制的控制和管理程序包括數(shù)據(jù)采集和濾波程序、控制程序（應(yīng)用軟件的核心）、人—機(jī)接口程序、打印顯示程序等。5.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類(lèi)型1.按控制裝置分類(lèi)

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC系統(tǒng)組成自行開(kāi)發(fā)（非標(biāo)準(zhǔn)化）按要求配置各種功能接口板卡整機(jī)已系統(tǒng)化，外部需另行配置按使用要求選擇主機(jī)和擴(kuò)展單元系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單的處理功能和控制功能數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)，可組成從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類(lèi)控制系統(tǒng)本身已具備完整的控制功能，軟件豐富，執(zhí)行速度快以邏輯控制為主，也可組成模擬量控制系統(tǒng)可組成大型、復(fù)雜的的多點(diǎn)控制系統(tǒng)

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類(lèi)型

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC通信功能根據(jù)需要通過(guò)外圍芯片自行擴(kuò)展多種通信接口，如串行口、并行口、USB口等產(chǎn)品提供串行口一般具備串行口，可選用通信模塊來(lái)擴(kuò)展硬件開(kāi)發(fā)工作量多稍少少很少很少

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類(lèi)型

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC程序語(yǔ)言匯編語(yǔ)言為主，也可使用高級(jí)語(yǔ)言匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言均可高級(jí)語(yǔ)言為主梯形圖為主支持多種高級(jí)語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)工作量很多多較多很少較多

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類(lèi)型

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC程序語(yǔ)言匯編語(yǔ)言為主，也可使用高級(jí)語(yǔ)言匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言均可高級(jí)語(yǔ)言為主梯形圖為主支持多種高級(jí)語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)工作量很多多較多很少較多

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類(lèi)型

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC人機(jī)界面較差好很好一般（可選配觸摸屏）好（利用組態(tài)軟件）執(zhí)行速度快很快很快一般很快輸出帶負(fù)載能力差較差較強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類(lèi)型

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC抗干擾能力及可靠性較差一般好很好很好環(huán)境適應(yīng)性較差差一般很好很好

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類(lèi)型

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC應(yīng)用場(chǎng)合智能儀表，簡(jiǎn)單控制實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的信號(hào)采集及控制較大規(guī)模的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制一般規(guī)模的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制大規(guī)模的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制，可組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)一般一般短短成本低較高高中很高

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類(lèi)型

2.按計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用方式分類(lèi)（1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)

又稱(chēng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（DataProcessingSystem，DPS）。計(jì)算機(jī)只起數(shù)據(jù)采集和處理的作用，不直接參與生產(chǎn)過(guò)程的控制。計(jì)算機(jī)對(duì)檢測(cè)傳感裝置測(cè)得的生產(chǎn)對(duì)象的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采集，并根據(jù)一定的控制算法計(jì)算出最優(yōu)操作方案和最佳設(shè)定值，供操作人員參考和選擇。操作人員根據(jù)計(jì)算機(jī)的輸出信息（如CRT顯示圖形或數(shù)據(jù)、打印機(jī)輸出、報(bào)警等），去改變調(diào)節(jié)器的設(shè)定值或者直接操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

特點(diǎn)：組成簡(jiǎn)單、控制靈活安全，尤為適合控制規(guī)律尚不明晰的系統(tǒng)。常用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的初期研發(fā)階段，或者是新的控制算法或控制程序的試驗(yàn)和調(diào)試階段。

（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DirectDigitalControl，DDC）

計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和處理結(jié)果直接輸出并作用于生產(chǎn)過(guò)程。計(jì)算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中最普遍的一種應(yīng)用形式，目前在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。

（3）監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制（SupervisoryComputerControl，SCC）計(jì)算機(jī)根據(jù)生產(chǎn)工藝參數(shù)和過(guò)程參量檢測(cè)值，按照預(yù)定的控制算法計(jì)算出最優(yōu)設(shè)定值，直接傳送給常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器或DDC系統(tǒng)，最后由模擬調(diào)節(jié)器或DDC計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過(guò)程。計(jì)算機(jī)的輸出值不用于直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而是作為下一級(jí)的設(shè)定值，它并不參與到頻繁的輸出控制，而是著重于控制規(guī)律的修正與實(shí)現(xiàn)。

特點(diǎn)：可進(jìn)行復(fù)雜的控制（如最優(yōu)控制和自適應(yīng)控制等），并能完成某些管理工作。采用兩級(jí)控制形式，當(dāng)上一級(jí)出現(xiàn)故障時(shí)，下一級(jí)仍可獨(dú)立執(zhí)行控制任務(wù)，故工作可靠性高。

（4）分布式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS）

采取分散控制、集中操作、分級(jí)管理和分而自治原則。綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)，采用多層分級(jí)的結(jié)構(gòu)形式：每級(jí)使用一臺(tái)或數(shù)臺(tái)計(jì)算機(jī)，各級(jí)之間通過(guò)通信總線(xiàn)進(jìn)行連接。系統(tǒng)中的多臺(tái)計(jì)算機(jī)用于實(shí)現(xiàn)不同的控制和管理功能。特點(diǎn)：安全可靠，通用靈活，并具有最優(yōu)控制性能和綜合管理能力。

四級(jí)分布式控制系統(tǒng)

過(guò)程控制級(jí)：位于DCS的最底層，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行直接數(shù)字控制；控制管理級(jí)（車(chē)間管理級(jí)）：負(fù)責(zé)全車(chē)間各個(gè)設(shè)備之間的協(xié)調(diào)管理生產(chǎn)管理級(jí)即（工廠管理級(jí)）：負(fù)責(zé)全廠各車(chē)間的生產(chǎn)協(xié)調(diào)，包括生產(chǎn)計(jì)劃安排、備品備件管理等經(jīng)營(yíng)管理級(jí)（企業(yè)管理級(jí)）：負(fù)責(zé)整個(gè)企業(yè)的總體協(xié)調(diào)，安排總的生產(chǎn)計(jì)劃，進(jìn)行企業(yè)的經(jīng)營(yíng)決策等。5.2

控制計(jì)算機(jī)的作用及基本要求5.2.1控制計(jì)算機(jī)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用

對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行直接控制，包括順序控制、數(shù)字程序控制和直接數(shù)字控制。對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施監(jiān)督和控制。自動(dòng)檢測(cè)、顯示和分析處理工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)。對(duì)車(chē)間級(jí)或廠級(jí)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行協(xié)調(diào)、調(diào)度和管理，如生產(chǎn)計(jì)劃制定和管理、人機(jī)交互管理、故障診斷和系統(tǒng)重構(gòu)等。直接滲透到產(chǎn)品中形成具有一定智能的機(jī)電一體化新產(chǎn)品，如機(jī)器人、智能儀表等。具有完善的I/O通道—必須具有豐富的模擬量I/O通道和數(shù)字量或開(kāi)關(guān)量I/O通道具有實(shí)時(shí)控制功能—應(yīng)配有完善的中斷系統(tǒng)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘及高速數(shù)據(jù)通道具有高可靠性—應(yīng)故障率低、平均故障修復(fù)時(shí)間（MTTR）短、運(yùn)行效率高具有很強(qiáng)的抗干擾能力和環(huán)境適應(yīng)性—具有極高的電磁兼容性，耐高溫、高濕、振動(dòng)沖擊、灰塵等惡劣工作環(huán)境具有豐富的軟件5.2.2

機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)控制計(jì)算機(jī)的基本要求5.3常用控制計(jì)算機(jī)5.3.1單片機(jī)

1.單片機(jī)及其特點(diǎn)將CPU、ROM、RAM以及I/O接口等計(jì)算機(jī)的主要部件集成在一塊集成電路芯片(LSI)上，就構(gòu)成了芯片級(jí)的微型計(jì)算機(jī)。具有一般微型計(jì)算機(jī)的基本功能。絕大多數(shù)集成有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，部分還集成有A/D、D/A轉(zhuǎn)換器和PWM等功能部件。特點(diǎn)集成度高、控制功能強(qiáng)、通用性好、運(yùn)行速度高、體積小、重量輕、能耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用靈活，可以在不顯著增加機(jī)電一體化產(chǎn)品的體積、能耗及成本的情況下，大大提高其性能，豐富其功能。常用于數(shù)顯儀表、智能化儀表、工業(yè)過(guò)程控制、機(jī)器人、簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床、家用電器、辦公自動(dòng)化、通信與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。2.典型單片機(jī)產(chǎn)品Intel公司MCS-48（8位）、MCS-51（8位）和MCS-96（16位）系列、PHILIPS公司80C51系列、ATMEL公司AT89系列等。系列片內(nèi)存儲(chǔ)器片外存儲(chǔ)器尋址范圍ROMRAMEPROMRAM掩膜ROMEPROM51子系列8031//128B64kB64kB80514kB/128B8751/4kB128B52子系列8032//256B80528kB/256B8752/8kB256BMCS-51系列單片機(jī)若按存儲(chǔ)器配置形式可分為:（1）無(wú)ROM型（8031，8032）：片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器，需外接EPROM來(lái)存放程序。使用靈活，早期應(yīng)用廣泛。（2）ROM型（8051，8052）：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器為ROM，生產(chǎn)時(shí)由廠家將程序?qū)懭隦OM，用戶(hù)無(wú)法對(duì)程序進(jìn)行修改，可在產(chǎn)品定型后大量生產(chǎn)時(shí)選用。（3）EPROM型（8751，8752）：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器為EPROM。利用高壓脈沖寫(xiě)入程序，也可通過(guò)紫外線(xiàn)照射擦除程序，用戶(hù)可自行多次改寫(xiě)，常在實(shí)驗(yàn)和科研中選用。MCS-51單片機(jī)引腳圖

5.3.2可編程控制器（PLC）早期的PLC是為了替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯順序控制而設(shè)計(jì)，英文名ProgrammableLogicController，譯為“可編程邏輯控制器”。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC的控制功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制的范疇，改其名為ProgrammableController(PC)。為避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）混淆，仍沿用PLC簡(jiǎn)稱(chēng)，中文名為“可編程序控制器”。

國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）給出的定義可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、技術(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌湓O(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。

PLC的主要特點(diǎn)高柔性—只需相應(yīng)改變輸入/輸出接口與被控對(duì)象之間的連線(xiàn)，主要通過(guò)程序修改便可形成一個(gè)新的控制系統(tǒng)高度可靠性—抗干擾能力強(qiáng)，MTBF一般為5~10年功能完善—數(shù)字輸入/輸出、模擬輸入/輸出、邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、順序（步進(jìn)）控制、PID調(diào)節(jié)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、通信、人-機(jī)對(duì)話(huà)、自診斷等易于編程—編程語(yǔ)言有梯形圖（LAD）、語(yǔ)句表（STL）和順序功能圖（SFC）等采用模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展方便—各種模板（AI、AO、DI、DO、電源、CPU、通信）可任意組合，以滿(mǎn)足各種工業(yè)控制需要。當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)展（如增加新設(shè)備或新控制點(diǎn)）時(shí)，只需接入空閑通道或在預(yù)留槽位上插入模板，進(jìn)行簡(jiǎn)單的連接和組態(tài)即可實(shí)現(xiàn)。維護(hù)方便—各模板均有狀態(tài)指示，在線(xiàn)監(jiān)控軟件

PLC的工作方式及基本工作過(guò)程輸入采樣階段—PLC對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，并順序讀入所有輸入端的狀態(tài)（ON/OFF）程序執(zhí)行階段—PLC從第一條指令開(kāi)始，按先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，直到最后一條指令結(jié)束。PLC根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算。輸出刷新階段—在所有指令執(zhí)行完畢后，根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果向各輸出端發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)所要求的控制功能。

PLC的工作過(guò)程流程圖

PLC的性能指標(biāo)I/O點(diǎn)數(shù)—PLC外部I/O端子數(shù)的總和，即PLC可以接受的輸入信號(hào)和輸出的控制信號(hào)的總和存儲(chǔ)容量—用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的容量，決定了PLC所能存放的用戶(hù)程序的大小掃描速度—PLC執(zhí)行用戶(hù)程序的速度編程指令的功能和數(shù)量?jī)?nèi)部元件的種類(lèi)和數(shù)量特殊功能模塊的種類(lèi)和數(shù)量可擴(kuò)展能力

5.3.3工控機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IndustrialPersonalComputer，IPC）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用、專(zhuān)為適應(yīng)工業(yè)要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它處理來(lái)自傳感裝置的輸入，并把處理結(jié)果輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施監(jiān)督和管理。適用于需進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理、可靠性要求高的大型工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)。

1.工控機(jī)的特點(diǎn)（1）可靠性高能在粉塵、煙霧、高溫、潮濕、振動(dòng)、腐蝕的環(huán)境下可靠工作，MTTF（平均失效前時(shí)間）可達(dá)10萬(wàn)h以上，而普通PC機(jī)僅為10000~15000h。（2）實(shí)時(shí)性好可對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)與控制，對(duì)工況變化能夠做出快速響應(yīng)，并及時(shí)進(jìn)行信息采集和輸出調(diào)節(jié)。（3）具有自復(fù)位功能具有“看門(mén)狗”功能，能在系統(tǒng)因故障死機(jī)時(shí)，無(wú)需人工干預(yù)而自動(dòng)復(fù)位，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。普通PC機(jī)不具備。

（4）擴(kuò)充性好用多插槽無(wú)源底板結(jié)構(gòu)，可插入CPU板及I/O板等各種功能模板，并且最多可擴(kuò)充幾十塊板卡，因此系統(tǒng)擴(kuò)充性好，具有很強(qiáng)的輸入/輸出功能，能與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種外設(shè)相連，以完成各種任務(wù)。（5）開(kāi)放性和兼容性好能同時(shí)利用ISA和PCI等資源，支持各種操作系統(tǒng)、多種編程語(yǔ)言、多任務(wù)操作系統(tǒng)，能吸收商用PC機(jī)的全部功能，可充分利用PC機(jī)的各種硬軟件資源。（6）缺點(diǎn)：配置硬盤(pán)容量小；數(shù)據(jù)安全性低；存儲(chǔ)選擇性??；價(jià)格較高等。

（1）全鋼機(jī)箱符合EIA標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)了抗電磁干擾能力；機(jī)箱密封并加正壓送風(fēng)散熱，具有較高的防磁、防塵、抗沖擊的能力，能很好地解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在的電磁干擾、灰塵、振動(dòng)、散熱等問(wèn)題。19英寸上架標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)箱平面尺寸統(tǒng)一，可集中安裝在立式標(biāo)準(zhǔn)控制柜中，占用空間小，便于安裝和管理。2.工控機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

（2）無(wú)源底板無(wú)源底板一般以總線(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成多插槽形式，可插接各種板卡（CPU卡、顯示卡、控制卡、I/O卡等）。所有的電子組件均采用模塊化設(shè)計(jì)，因此CPU及各功能模塊均通過(guò)總線(xiàn)掛接在底板上，并帶有壓桿軟鎖定，以防止因振動(dòng)引起的接觸不良，從而提高了抗沖擊和抗振動(dòng)能力。工控機(jī)采用無(wú)源底板結(jié)構(gòu)而非商用PC機(jī)的大板結(jié)構(gòu)，不但可以提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，方便系統(tǒng)升級(jí)，而且當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，查錯(cuò)過(guò)程簡(jiǎn)化，板卡更換方便，快速修復(fù)時(shí)間短，使得整個(gè)系統(tǒng)更加有效。2.工控機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

（3）工業(yè)電源工控機(jī)配有高度可靠的工業(yè)電源，可抗沖擊和干擾，平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間達(dá)到250000h。（4）主板主板由CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口等組成，芯片采用工業(yè)級(jí)芯片，且采用一體化主板，易于更換和升級(jí)。裝有“看門(mén)狗”計(jì)時(shí)器，能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)迅速報(bào)警，并在無(wú)人干預(yù)的情況下使系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。2.工控機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

（1）PC/XT總線(xiàn)3.工控機(jī)常用總線(xiàn)

（2）ISA總線(xiàn)3.工控機(jī)常用總線(xiàn)

（3）EISA總線(xiàn)ISA總線(xiàn)的擴(kuò)展，與ISA總線(xiàn)完全兼容全32位總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，可以處理比ISA總線(xiàn)更多的引腳。插槽為雙層設(shè)計(jì)，上層與ISA卡相連，下層則與EISA卡相連。保持了與ISA總線(xiàn)兼容的8MHz工作頻率，但由于支持突發(fā)式數(shù)據(jù)傳送方法，可以以三倍于ISA總線(xiàn)的速度傳輸數(shù)據(jù)。3.工控機(jī)常用總線(xiàn)

（4）PCI總線(xiàn)3.工控機(jī)常用總線(xiàn)

（5）STD總線(xiàn)3.工控機(jī)常用總線(xiàn)5.4控制方式與控制策略控制系統(tǒng)的基本控制方式：1.開(kāi)環(huán)控制

單方向控制，不對(duì)輸出信號(hào)的具體結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。即系統(tǒng)輸出并不會(huì)被反饋回輸入端（不存在反饋環(huán)節(jié)），對(duì)系統(tǒng)的控制不會(huì)產(chǎn)生影響。在外界干擾的影響下，被控量可能偏離設(shè)定值，且系統(tǒng)無(wú)法補(bǔ)償和修正其偏差。5.4.1開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制

開(kāi)環(huán)控制的特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，維護(hù)方便，穩(wěn)定性好。在輸入和輸出之間關(guān)系固定，且內(nèi)部參數(shù)或外部負(fù)載擾動(dòng)影響不大或者擾動(dòng)因素可以預(yù)先確定并能進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r下，應(yīng)盡量選用?？垢蓴_能力差，控制精度低。

2.閉環(huán)控制

系統(tǒng)中引入了比較環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)，形成閉合回路。不但輸入信號(hào)可以對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行控制，而且輸出信號(hào)也會(huì)對(duì)輸入信號(hào)產(chǎn)生影響（系統(tǒng)輸出通過(guò)反饋環(huán)節(jié)作用于控制部分）。

閉環(huán)控制的特點(diǎn)：存在反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)可以獲知擾動(dòng)因素產(chǎn)生的偏差大小，并對(duì)此進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償和修正，閉環(huán)內(nèi)一切通道上的擾動(dòng)都能得到有效抑制，控制精度高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成系統(tǒng)成本提高。偏差修正過(guò)程需要一定時(shí)間才能將被控量補(bǔ)償過(guò)來(lái)，可能引起超調(diào)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，甚至造成不穩(wěn)定。

5.4.2常用控制策略PID（ProportionIntegrationDifferentiation）控制是比例-積分-微分控制的簡(jiǎn)稱(chēng)。技術(shù)成熟、適應(yīng)性強(qiáng)、調(diào)整方便，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中廣泛地應(yīng)用。PID控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，工作可靠。由于機(jī)電一體化系統(tǒng)的參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化，控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型難以建立，故通常采用PID控制，依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試對(duì)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行整定，往往能夠獲得滿(mǎn)意的控制效果。1.PID（1）模擬PID控制算法模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖PID控制作用有三種基本形式，即比例控制、積分控制和微分控制。每種作用可以單獨(dú)使用，也可結(jié)合使用。

1）比例控制（P）控制器的輸出u(t)與輸入e(t)成比例。式中，u(t)—控制器輸出；

e(t)—偏差信號(hào)；

KP—比例增益（比例系數(shù)）

調(diào)節(jié)及時(shí)只要偏差一出現(xiàn)，就能及時(shí)地產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用調(diào)節(jié)作用的大小主要取決于KP的大小KP越大，調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，系統(tǒng)動(dòng)作越靈敏，響應(yīng)速度越快。但KP過(guò)大，會(huì)使控制器輸出信號(hào)u(t)很大，被控量快速上升，可能產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至引起振蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。無(wú)法消除穩(wěn)態(tài)誤差對(duì)于干擾和慣性都較大的系統(tǒng)，不宜采用單純的比例控制比例控制的特點(diǎn)

2）積分控制（I）控制器的輸出u(t)與輸入e(t)的積分成比例。式中，u(t)—控制器輸出；

e(t)—偏差信號(hào)；

TI—積分時(shí)間常數(shù)

能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差只要有偏差存在，輸出就會(huì)隨時(shí)間不斷增大，直到偏差消除才會(huì)停止作用，u(t)才不再變化。積分作用的強(qiáng)弱取決于TITI越小，積分速度越快，積分作用越強(qiáng)，但積分作用太強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)量加大，甚至出現(xiàn)振蕩。響應(yīng)較緩慢不像比例控制那樣，只要偏差一出現(xiàn)就立即響應(yīng)；偏差剛出現(xiàn)時(shí)調(diào)節(jié)作用很弱，不能及時(shí)克服擾動(dòng)的影響，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，很少單獨(dú)使用（必須與P控制同時(shí)使用）。積分控制的特點(diǎn)

3）比例-積分控制（PI）特點(diǎn)：調(diào)節(jié)初期比例控制起主導(dǎo)作用，調(diào)節(jié)后期積分控制起主導(dǎo)作用?？朔吮壤刂拼嬖诜€(wěn)態(tài)誤差及積分控制響應(yīng)滯后的弱點(diǎn)，系的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性均得到改善，故應(yīng)用比較廣泛。

4）微分控制（D）控制器的輸出u(t)與輸入e(t)的微分成比例。式中，u(t)—控制器輸出；

e(t)—偏差信號(hào)；

TD—微分時(shí)間常數(shù)

不能消除穩(wěn)態(tài)誤差u(t)與e(t)的變化速度成比例，與e(t)大小和是否存在e(t)無(wú)關(guān)，對(duì)于固定不變的偏差，即使其數(shù)值很大，也不起作用。具有超前調(diào)節(jié)作用，對(duì)大滯后的對(duì)象具有很好的控制效果。TD越大，微分作用越強(qiáng)。一般不單獨(dú)使用僅在偏差剛剛出現(xiàn)的時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)較大的調(diào)節(jié)作用?？蓽p小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性得到提高，并加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。微分控制的特點(diǎn)

5）比例-微分控制（PD）特點(diǎn)：因具有微分控制，初始輸出信號(hào)能夠快速變化；具有比例控制，故控制輸出信號(hào)會(huì)逐漸發(fā)生變化。，適于處理快速變化的過(guò)程。

6）比例-積分-微分控制（PID）特點(diǎn)：調(diào)節(jié)初期微分控制和比例控制起作用（微分控制抑制偏差的變化幅度和變化速度，比例控制快速消除偏差）。調(diào)節(jié)后期積分控制起作用，逐漸消除穩(wěn)態(tài)誤差。無(wú)論從穩(wěn)態(tài)還是動(dòng)態(tài)的角度，調(diào)節(jié)品質(zhì)均得到改善，應(yīng)用最廣泛。要求響應(yīng)快或噪聲較大的系統(tǒng)不宜使用（包含微分作用）。（2）數(shù)字PID控制算法模擬PID控制算法位置型數(shù)字PID控制算法增量型數(shù)字PID控制算法2.智能控制（1）模糊控制模糊控制器的結(jié)構(gòu)形式：2.智能控制（1）模糊控制模糊控制器的結(jié)構(gòu)形式：（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：反饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：第四節(jié)控制輸出接口第三節(jié)信息采集接口第二節(jié)人機(jī)接口第一節(jié)接口的作用及分類(lèi)第六章系統(tǒng)總體技術(shù)6.1接口的作用及分類(lèi)6.1.1接口及其功能接口(interface)的定義—將機(jī)電一體化系統(tǒng)各構(gòu)成要素聯(lián)接起來(lái)，并使所聯(lián)接的要素之間順利地進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息的傳遞和交換，從而形成機(jī)電一體化系統(tǒng)工程的聯(lián)接部件。

包括各組成要素之間相互聯(lián)接的硬件及相關(guān)協(xié)議軟件

接口的功能1）變換調(diào)整用于具有不同信號(hào)模式的環(huán)節(jié)之間信號(hào)、能量的統(tǒng)一及兩個(gè)信號(hào)強(qiáng)度相差懸殊的環(huán)節(jié)之間的能量匹配。2）輸入/輸出用于變換和放大后的信號(hào)在各環(huán)節(jié)間可靠、快速、準(zhǔn)確地交換。

1.根據(jù)接口的功能分類(lèi)1）按變換和調(diào)整功能分（1）零接口：不進(jìn)行任何變換調(diào)整，僅起連接作用。如傳動(dòng)軸、導(dǎo)線(xiàn)、電纜、連軸器。（2）無(wú)源接口：只用無(wú)源要素進(jìn)行變換調(diào)整。如齒輪減速器、進(jìn)給絲杠。（3）有源接口：含有有源要素，并能與無(wú)源要素進(jìn)行主動(dòng)的匹配。如運(yùn)算放大器、光電耦和器、D/A、A/D轉(zhuǎn)換器。（4）智能接口：含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或隨適應(yīng)條件而變化的接口。如自動(dòng)變速裝置、8255A、8251A6.1.2接口的分類(lèi)2）按輸入/輸出功能分（1）機(jī)械接口：完成機(jī)械與機(jī)械、機(jī)械與電氣裝置的連接。如連軸器、管接口、法蘭、接線(xiàn)柱、插頭、插座。（2）電氣接口（物理接口）：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間電信號(hào)連接。也稱(chēng)接口電路。（3）信息接口（軟件接口）：如匯編語(yǔ)言、高級(jí)編程語(yǔ)言、ASC碼、RS-232C、RS-422和RS-485等。（4）環(huán)境接口：對(duì)周?chē)h(huán)境條件有保護(hù)和隔離作用。如：防水聯(lián)軸器、防爆開(kāi)關(guān)。2.根據(jù)接口所聯(lián)系的子系統(tǒng)不同分類(lèi)（1）人機(jī)接口提供人與系統(tǒng)間的交互界面，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)電一體化系統(tǒng)的信息交流和反饋，保證對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與有效控制。包括：1）輸入接口—通過(guò)輸入接口，操作者向系統(tǒng)輸入各種命令及控制參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行控制2）輸出接口—通過(guò)輸出接口，操作者對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。（2）機(jī)電接口起調(diào)整、匹配和緩沖的作用，體現(xiàn)為：電平轉(zhuǎn)換和功率放大；抗干擾隔離；A/D和D/A轉(zhuǎn)換

接口必須滿(mǎn)足以下條件:①邏輯上：接口的硬件與軟件應(yīng)協(xié)調(diào)；②機(jī)械上：輸入/輸出結(jié)合部分的幾何形狀、尺寸、配合應(yīng)一致；③電氣上：電源、電壓等級(jí)和頻率應(yīng)一致，阻抗匹配恰當(dāng)；④環(huán)境上：適應(yīng)周?chē)h(huán)境，對(duì)環(huán)境溫度、濕度、磁場(chǎng)、振動(dòng)、塵埃等有防護(hù)能力。6.2人機(jī)接口6.2.1人機(jī)接口的類(lèi)型和特點(diǎn)人機(jī)接口定義—操作者與機(jī)電一體化系統(tǒng)（主要是控制計(jì)算機(jī)）之間建立聯(lián)系、實(shí)現(xiàn)信息交換的輸入/輸出設(shè)備的接口。

常用輸入設(shè)備：控制開(kāi)關(guān)、BCD二-十進(jìn)制碼撥盤(pán)、鍵盤(pán)常