机电一体化 人机接口设计

机电一体化系统中的接口技术分析摘要：随着我国经济水平的有效提升和机电设备整体水平的不断进步，在机电一体化系统中的接口技术得到了越来越广泛的应用。

本文从对接口技术进行简析入手，对机电一体化系统中的接口技术进行了分析。

关键词：机电一体化；接口技术；系统分析在我国的机电设备发展过程中机电一体化系统有着极为重要的意义，而机电一体化系统的应用则离不开接口技术的有效支持。

因此在这一前提下对于机电一体化系统中的接口技术进行研究与分析就具有极为重要的经济意义与现实意义。

1 接口技术简析接口技术是一项系统性的技术，其主要内容包括了人机接口技术、输入接口技术、输出接口技术等内容。

以下从几个方面出发，对接口技术进行了分析。

1.1 人机接口技术人机接口技术是接口技术的主要组成部分。

通常来说人机接口技术的操作者往往是与机电系统如控制微机之间通过接口来进行信息的有效交换，而在这一过程中接口会依照信息的传递方向来形成不同的信息数据。

除此之外，在人机接口技术中，根据运行参数、数据结果、状态信息的不同，操作者常常可以得到不同程度的进行反馈，因此在这一前提下工作人员应当注重通过人机接口来向机电系统传输各种不同控制指令来更好地干预和纠正系统的运行状态，最终有效的实现系统功能自身的工作要求。

1.2 输入接口技术输入接口技术自身也包括不同的技术种类。

例如拨盘输入接口拨盘是我国较为常见的一种输入设备，在这一输入设备中通过输入少量的参数并且进行控制目标的修正，工作人员就可以较为方便的对于拨盘进行运用并且能够具有较好的应用效率。

除此之外，保持性拨盘通常包括了许多种类，最为方便使用的是人机接口输入信息，在这一输入过程中工作人员可以通过技术应用直接与控制微机的扩展口或者是并行口相连。

并且可以用码形式来进行信息的输入，从而能够较为便利的进行程序的启动和按键的识别以及数据的扫描，最终促进技术应用效率的持续进步。

1.3 输出接口技术输出接口技术是与输入接口技术相对应的接口技术，这一技术较为典型的输出设备是发光二极管显示器，并且这一显示器往往具有可靠性较高、寿命较长、应用简单、体积较小、价格便宜等优越性，因此被广泛的使用在机电一体化系统中。

机电一体化系统的接口 - 机电一体化在机电一体化系统中，系统总体技术主要争辩内容是：系统方案设计和评价；接口技术；精度设计；牢靠性分析和设计；人机工程设计。

一、接口的定义和分类定义：狭义接口是指计算机接口；广义接口：在系统各要素或子系统之间，必需平稳地进行物质、能量和信息的输入和输出。

因此在相互连接要素的交接面上必需具备相应的某些条件，才能连接，该交接面称为接口。

接口可分为直接接口和接口系统两种形式。

图1 直接接口与接口系统常用接口的分类方法：1.依据接口的变换和调整功能，可将接口分为零接口、被动接口、主动接口和智能接口；2.依据接口的输入/输出对象，可将接口分为机械接口、电气接口、信息接口与环境接口等；3.依据接口的输入/输出类型，可将接口分为数字接口、开关接口、模拟接口和脉冲接口。

二、电气接口依据在系统中所起的作用，分为输入接口、输出接口；信号转换与隔离接口；设备专用接口；通信显示接口。

（一）、异步串行通信接口RS-232C；接口信号、电气特性、电平转换RS-499，RS-422A，RS-423A，RS-485；20mA电流环（二）常用接口元件1.光电耦合器在把握微机和功率放大电路之间，经常使用光电耦合器。

光电耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，当在发光二极管二端加正向电压时，发光二极管点亮，照射光敏晶体管使之导通，产生输出信号。

光电耦合器的信号传递实行电-光-电形式，发光部分和受光部分不接触，因此其绝缘电阻可高达1010W以上，并能承受200OV以上的高压，被耦合的两个部分可以自成系统，能够实现强电部分和弱电部分隔离，避开干扰由输出通道窜入把握微机。

光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，能够吸取尖峰干扰信号，所以具有很强的抑制干扰力量。

光电耦合器作为开关应用时，具有耐用、牢靠性高和高速等优点，响应时间一般为数微秒以内，高速型光电耦合器的响应时间有的甚至小于10ns 。

图2 光电耦合器件图b是光电耦合器的接口电路，图中的VT1是大功率晶体管，W是步进电动机、接触器等的线圈，VD2 是续流二极管。

人机接口设计分析实验报告1. 引言人机接口设计是将人与机器之间的交互过程优化和改善的关键环节。

本实验旨在通过对既定的人机接口进行分析比较，了解不同设计的优劣势，以期为未来的人机接口设计提供参考和指导。

2. 实验过程2.1 实验设备本次实验使用的实验设备包括一台电脑和两个键盘鼠标组合。

其中，键盘鼠标组合A为常见的传统设计，键盘鼠标组合B为采用了人体工学原理设计的新型设备。

2.2 实验步骤实验分为两个阶段进行，每个阶段分别测试使用键盘和鼠标进行文字输入和屏幕点击操作的效果。

- 阶段一：使用键盘进行文字输入1. 使用键盘鼠标组合A，在规定时间内，尽可能快速而准确地输入一段文字。

2. 记录需要的时间和错误率。

3. 重复步骤1和2，使用键盘鼠标组合B进行测试。

- 阶段二：使用鼠标进行屏幕点击操作1. 使用键盘鼠标组合A，在规定时间内，完成规定数量的屏幕点击操作。

2. 记录需要的时间和错误率。

3. 重复步骤1和2，使用键盘鼠标组合B进行测试。

2.3 实验结果根据实验步骤中记录的数据，统计和分析实验结果，得出以下结论：1. 阶段一的结果显示，键盘鼠标组合B相比于组合A，文字输入效率更高且错误率更低。

这可能与组合B采用了人体工学原理设计，使得按键更加平滑，操作者的手指在按下按键时不易产生错误。

2. 阶段二的结果显示，键盘鼠标组合B相比于组合A，屏幕点击操作更加稳定且反应更快。

这可能与组合B鼠标的形状和按键的设计更加符合人体工程学原理，使得使用者更容易准确点击屏幕上的目标。

3. 分析和讨论通过对实验结果的分析和讨论，得出以下结论：1. 人体工学原理对人机接口设计具有重要影响。

组合B采用了人体工学原理设计，因此在实验中表现出更好的效果。

传统设计的组合A在一定程度上限制了使用者的操作效率和准确性。

2. 人机接口设计应充分考虑人的生理和心理特点。

组合B在形状、按键、鼠标灵敏度等方面进行了优化，从而提高了使用者的操作体验。

机电一体化人机接口类型及特点人机接口：操与机电系统(主要是掌握微机)之间进行信息交换的接口。

人机接口分类：
根据信息的传递方向，可以分作两大类：输入接口与输出接口。

人机接口作用：
（１）通过输出接口向操显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息；
（２）通过输入接口向机电系统输入各种掌握命令，干预系统的运行状态，以实现所要求完成的任务。

常用的输入设备有：掌握开关、BCD二—十进制码拨盘、键盘等；
常用的输出设备有：状态指示灯、发光二极管显示器、液晶显示器、微型打印机、阴极射线管显示器等，扬声器
设计人机接口时的要求：
1．专用性
人机接口的设计方案要依据产品的要求而定，来完成产品特定的功能。

例如：对于一些简洁的二值性的掌握参数，可以考虑采纳掌握开关；对于一些少量的数值型参数的输入可以考虑使用BCD码拨盘；而当系统要求输入的掌握命令和参数比较多时，则应考虑使用行列式键盘等等。

2．低速性
在进行人机接口设计时，要考虑掌握微机与接口设备间的速度匹配，提高掌握微机的工作效率。

3．高性能价格比
在进行人机接口设计时，在满意功能要求前提下，输入、输出设备配置以小型、微型、廉价型为原则。

第3章：机电一体化控制系统的组成与接口设计3.1 控制系统的一般设计思路3.1.1专用与通用、硬件与软件的权衡与抉择控制系统的设计是综合运用各种知识的过程。

不同产品所需要的控制功能、控制形式和动作控制方式也不尽相同。

由于采用微机作为机电一体化系统或产品的控制器，因此，其控制系统的设计就是选用微机、设计接口、选用控制形式和动作控制方式的问题。

这不仅需要微机控制理论、数字电路、软件设计等方面的知识，也需要一定的生活和生产工艺知识。

通常由机电一体化设计人员首先提出总的设计要求，然后由各专业人员通力协作。

在设计中，首先会遇到的问题有以下几种。

1．专用与通用的抉择专用控制系统适合于大批量生产的机电一体化产品。

在开发新产品时，如果要求具有机械与电子有机结合的紧凑结构，也只有专用控制系统才能做到。

专用控制系统的设计问题，实际上就是选用适当的通用IC芯片来组成控制系统，以便与执行元件和检测传感器相匹配，或重新设计制作专用集成电路，把整个控制系统集成在一块或几块芯片上。

对于多品种、中小批量生产的机电一体化产品来说，由于还在不断改进，结构还不十分稳定，特别是对现有设备进行改造时，采用通用控制系统比较合理。

通用控制系统的设计，主要是合理选择主控制微机机型，设计与其执行元件和检测传感器之间的接口，并在此基础上编制应用软件的问题。

这实质上就是通过接口设计和软件编制来使通用微机专用化的问题。

2．硬件与软件的权衡无论是采用通用控制系统还是专用控制系统，都存在硬件和软件的权衡问题。

有些功能，例如运算与判断处理等，适宜用软件来实现。

而在其余大多数情况下，对于某种功能来说，既可用硬件来实现，又可用软件来实现。

因此，控制系统中硬件和软件的合理组成，通常要根据经济性和可靠性的标准权衡决定。

在用分立元件组成硬件的情况下，不如采用软件。

如果能用通用的LSI芯片（大规模集成电路）来组成所需的电路，则最好采用硬件。

这是因为与采用分立元件组成的电路相比，采用软件不需要焊接，并且易于修改，所以采用软件有利。

浅谈机电一体化中的接口技术第一篇：浅谈机电一体化中的接口技术浅谈机电一体化中的接口技术摘要:接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的,随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要。

文章以机电一体化控制系统(微电子系统)为例,将接口分为人机接口与机电接口两大类进行探讨。

关键词:机电一体化;接口技术;人机接口;机电接口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。

一、机电接口由于机械系统与微电子系统在性质上有很大差别,两者间的联系须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲,因此机电接口起着非常重要的作用:(1)行电平转换和功率放大。

一般微机的I/O芯片都是TTL电平,而控制设备则不一定,因此必须进行电平转换;另外,在大负载时还需要进行功率放大;(2)抗干扰隔离。

为防止干扰信号的串入,可以使用光电耦合器、脉冲变压器或继电器等把微机系统和控制设备在电器上加以隔离;(3)进行A/D或D/A转换。

当被控对象的检测和控制信号为模拟量时,必须在微机系统和被控对象之间设置A/D和D/A转换电路,以保证微机所处理的数字量与被控的模拟量之间的匹配。

1、模拟信号输入接口。

在机电一体化系统中,反映被控对象运行状态信号是传感器或变送器的输出信号,通常这些输出信号是模拟电压或电流信号(如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热偶电阻、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等)计算机要对被控对象进行控制,必须获得反映系统运行的状态信号,而计算机只能接受数字信号,要达到获取信息的目的,就应将模拟电信号转换为数字信号的接口——模拟信号输入接口。

2、模拟信号输出接口。

在机电一体化系统中,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。

WR 6 接口技术6.1概述一组导线（或一对标准件），如 PC 机上的打印机接口一般是指 25 芯连接件，RS - 232C 是一种串口，是一个25 芯或9芯连接器信息采集接口（A/D 转换芯片） 机电接口控制输出接口（D/A 转换芯片） 芯片简单输入口74LS245输入接口可编程输入口8255（并行） 人机接口 简单输出口74LS273 输出接口可编程输出口8255（并行）在设计机电一体化产品时，一般应首先画出产品的结构框图，框图中的每一个方框代表一个设备，连接二个方框的直线代表二个设备的联系，它也就是本章要讲的接口，如图6-1所示（教材图5-1）。

其中本门课程重点掌握的是人机接口芯片。

图 6 - 1 机电一体化产品基本组成及接口从图6-1看出，人机对话输入和输出设备没有和 CPU 直接连接，而是通过 I / O 口与 CPU 连接在一起。

外设和 CPU 不能直接连接的原因有下面两个： ①人机对话设备和 CPU 的阻抗不匹配；②CPU 不能直接控制人机对话设备（键盘、LED 等）的接通和关闭。

在以 CPU 为核心的机电一体化产品中， CPU 必须能够有效地控制各种外部设备。

I / O 口是专为解决以上问题而设计的，I / O 口通过数据信号线和外设相连接，I / O 口和 CPU 则通过数据信号线、地址信号线和控制信号线相连接。

CPU 通过地址译码器、 和 等控制 I / O 口的接通和关闭，从而控制外设的接通和关闭。

本章介绍 I / O 口和CPU 的接口问题、I / O 口和外设接口中带有普遍性的问题以及人机对话输入设备、输出设备和 I / O 口的具体接口问题。

本章涉及到的 CPU 一般指 MCS-51 系列单片机，例如 8031 等。

6.2 地址译码器、I / O 口与CPU 的接口对于任何一个机电一体化产品，都连接多个输入及输出设备，而CPU 在工作时，一个时刻只能接通一个外设，那么这是如何实现的呢？实际上，在机电一体化产品中，多个外设都与CPU 是时刻相连的，CPU 在工作时，由地址译码器分时选中不同的外设工作，接下来我们看一个地址译码器的结构和工作原理。

机电一体化的人机接口设计 - 机电一体化机电一体化系统通常都由很多要素和子系统构成，为了确保各个要素与系统之间能够顺当的进行信息，物质能量的传输和转换，在它们之间必需具备有肯定的联系条件，这些联系条件都统称为接口。

机电一体化系统的基本组成接口的分类按接口的变换和调整功能分为零接口、被动接口、主动接口、智能接口。

按接口的输入输出功能分为机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。

按接口所联系的子系统不同分为人机接口、机电接口。

按信息和能量的传递方向信息采集接口、把握输出接口。

任何一个微处理器都要与肯定数量的部件和外围设备连接，但假如将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接。

为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。

总线的主要功能是传送数据，总线的数据传送力量如何，可以用以下3个主要指标来衡量：（1）总线宽度（2）总线频率（3）总线带宽1、ISA总线ISA（industrial standard architecture）总线标准是IBM 公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准，所以也叫AT总线。

它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。

2、VESA 总线VESA（video electronics standard association）总线是 1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种基于80486CPU的32位局部总线，简称为VL (VESA local bus) 总线。

3、PCI总线PCI（peripheral component interconnect）总线是当前最流行的总线之一。

它支持33MHZ的时钟频率，定义了32位数据总线，且可扩展为64位。

PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率为132MB/s，可同时支持多组外围设备。