时间：2022-08-23 14:15:19
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关键词：高速摄影；单片机；CPLD；转速测量
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.018
引言
超高速摄影与一般摄影最根本的区别，在于它能以极快的速度进行拍摄，有很高的时间分辨率，能够将快速变化的过程记录下来，可以广泛应用于高速运动过程研究、瞬态光谱物理、高能物理、炸药爆轰参数测量等领域。
超高速摄影有超高速光电相机、转镜式超高速摄影等。转镜式高速摄影有较高的分辩力，转镜式高速摄影扫描系统的扫描速度可达0.375km/ s～15km/s，系统分辩力可达80lp/ mm，高速摄影分幅系统的摄影频率可达104fps～107fps，系统分辨力可达35lp/mm，可满足速度最高可达几十千米每秒的高速运动物体的测试需求。
转镜式超高速摄影系统是一个涉及光学、机械、电子等技术领域的复杂精密系统，主要由光学系统、机械系统和控制系统组成，这里主要对某项目中用到的转镜式超高速摄影系统的电路控制系统设计进行介绍。
超高速摄影电控系统设计
转镜式超高速摄影电路控制系统使高速摄影机各部分按程序工作，保证高速摄影机以500万帧/秒的速度准确可靠地高速拍摄。超高速摄影机电控系统是保证摄影机准确可靠工作、提供分析所需数据的指挥机构。控制系统性能的好坏是衡量高速摄影机质量的重要标志。
超高速摄影电路控制系统主要由控制箱、电源、计算机等组成。电控系统主要功能为：（1）快门开启和关闭的控制；（2）调整和控制转镜的旋转速度；（3）转镜旋转速度测量和指示；（4）引发脉冲光源；（5）安全保护功能，包括电机的过流保护、传感器断电保护等。超高速摄影电控系统工作流程示意如图1所示。
单片机ATMega16L通过RS485通信接受计算机的指令并完成对其它各个分系统的实时控制。电机脉冲信号放大板将转镜转速测量板的信号放大并送给CPLD逻辑电路XC95288进行测速，并与转镜速度控制单元的测速值进行比较，用于判断是否达到设定的速度；脉冲氙灯控制器用于开启脉冲氙灯和引发目标信号，机械快门控制单元实现对摄影机的保护，外部触发及同步信号单元用来获取外部的同步信号，并根据到达拍摄区域的时间确定零时信号。系统各控制模块（除电机控制器外）和电源等都装配在控制机柜中，并通过电缆与对应的快门、电机、氙灯、传感器和液晶显示模块等连接起来。
逻辑电路XC95288的功能设计
XC95288是Xilinx公司的在系统可编程CPLD器件，主要用来完成逻辑控制和转镜速度测量等功能，其控制的内容包括转镜速度和外部同步信号的读取、控制机械快门、脉冲氙灯以及触发目标，同时也控制MAX485等芯片实现与上位控制计算机的半双工通信。
XC95288与MAX485的连接电路如图3所示。
超高速摄影机需要将转镜加速到预定的拍摄速度，并能够维持数秒（维持时间不宜过长，否则将损坏电机），以等待拍摄目标的到来。因此要设定拍摄速度的自动选择环节，当转镜速度达到预定的转速时，它能自动给出信号以稳定电机转速。当摄影频率为500万帧/秒=5×106fps时，拍摄320个画幅对应转镜的旋转角度为120°，此时转镜转速n为：n=（120/360）fω/N=（1/3）×5×106/32 0=5208.33rps=312500.0rpm。
为了测量电机转速是否达到设定的转动速度，这里设计一个速度测量电路，其参数如下：（a）频率测量范围：10Hz～1MHz；（b）测量分辨率：1Hz；（c）测量通道灵敏度：50mVpp；（d）通道输入阻抗：≥100kΩ。
（1）电机信号整形电路
电机转速输入的速度频率信号是方波，并且信号的测量通道灵敏度为50mVpp，为此需要将速度信号放大整形成标准的TTL电平的方波信号，便于XC95288对信号脉冲的计数，放大电路需要将最小为Vpp=50mV的信号经过放大整形后变成Vpp=5V电平，并且前向通道电阻≥100kΩ，则放大电路的电压放大倍数为：
第一级射级跟随器提高了输入阻抗，使其满足Ri≥100kΩ的要求，使得信号基本上送入后级，再经过两级的放大使信号放大，最后经施密特触发器整形成比较好的方波信号，为后面的处理提供信号。
（2）电机速度频率测量电路
XC95288主要实现对被测信号的脉冲个数进行处理，并通过串口发送到PC上进行实时显示。这里采用有源晶振40MHz进行分频得到计时标准时钟，标准时钟为电机速度频率测量提供精度相对较高的时基信号，其时间的稳定性和精度将会直接影响到测量的准确性。
用XC95288实现电机速度测量的电路结构如图5所示。
在XC95288内部电路中，F0、F1输入端口分别输入标准脉冲和待测的速度脉冲信号（经过整形放大以后的信号），计数器0和1分别对标准脉冲F0和待测信号F1进行计数，锁存器0和1分别对计数器0和1的计数值进行保存，16位的输入端口NP作为预置闸门时间的设定端口，设其输入值为NP，则预置闸门时间T0为T0=NP/f0。
在电路刚开始工作时，由清零信号CLR对所有的计数器、锁存器和D触发器清零。这样，计数器0的计数值NN0的初值为0，故此时NP>NN0，比较器输出为1，但此时DFF0触发器的输出F2仍保持此初值0，由于F2作用在计数器0和1的使能端，此时计数器没有开始计数，直到信号F1的上升沿到来后，DFF0触发器的输出F2才翻转为1，允许两计数器计数。随着计数值的增加，当NN0>NP时，比较器输出等于0，不过此时两个计数器仍在计数，直到信号F1的又一上升沿到来后，F2=0，两个计数器都停止计数，利用F2的下降沿（F3的上升沿）将此时的计数值NN0和NN1分别通过锁存器0和1锁存起来。然后利用此时F2=0，经D1触发器延时到信号F0的上升沿到来后，对计数器0、1清零。延时清零的原因是为了避免锁存器锁存数据与计数器清零同时进行，从而使存储数据出错。但由于延时清零，使实际门控信号的上升沿比速度信号F0的上升沿滞后，滞后时间为信号F0的一个周期。为使检测结果准确，将计数器0的计数值加1即可。F2实质上就是实际门控信号。
在设计电路时，需要考虑计数器溢出的情况。例如，在电机转速很慢的情况下，两个速度脉冲信号上升沿间的时间间隔较长，这使实际闸门时间变得很长，在该段时间内，计数器0可能会出现溢出情况。在该情况下，可用3种方法来解决计数：一是增加计数器0的位数；二是通过增加计数器来对溢出次数另行读数；三是一旦计数器溢出，便认为此时电机的转速约等于0。这里采用的方法是：在电机转速很慢的时候延时2秒种后再进行测量，而且计数器都采用16位宽度。
单片机ATMega16L的功能设计
ATMega16L单片机是ATMEL公司生产的高性能单片机，采用精简指令集，具有预取指令功能，指令可以在一个时钟周期内执行，处理速度快。在高速摄影电控系统中，ATMega16L单片机负责读取XC95288的电机测速值，处理控制内外信息的输入输出接口，并与上位控制计算机通过RS-485接口进行信息交互。
在软件编程时，利用ATMega16L单片机定时/计数器与系统时钟的预定比例分频器，可以获得很高分辨率的时间间隔控制精度，例如，单片机系统采用8MHz的晶振工作，采用8分频，则时间控制的间隔可以达到微秒，完全能够实现超高速摄影中要求的0.1微秒的控制精度。
这里给出一个ATMega16L单片机读取XC95288的电机测速值的C语言子程序。
结束语
根据以上电路设计的转镜式超高速摄影机电控系统，已在某系统超高速摄影机中得到应用，系统工作良好。
参考文献：
【关键词】机电一体化；控制技术；设计；应用方法
中图分类号：C35文献标识码： A
工业一直以来都是国民经济的主导产业，其不仅关系着国家经济的发展进程，也影响了整个社会科技的发展水平。新经济体制下，我国工业科技取得了新的研究成果，改变了过去单一的技术应用方案。机电一体化控制系统是工业经济中的先进模式，由于多种技术融入而提高技术的实用性，这些都能为企业发展创造有利的条件。
一、机电一体化系统的构成
从构成要素上来看，机电一体化系统由机械系统(机构)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(动力源)、传感检测系统(传感器)、执行元件系统(如电机)等五个子系统组成。机电一体化系统的基本特征是给”机械”增添了头脑(计算机信息处理与控制)，因此是要求传感器技术、控制用接口元件、机械结构、控制软件水平较高的系统。
从所要实现功能上来看，因为机电一体化系统(或产品)是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，要有满足人们使用要求的功能(目的功能)，所以根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息(即工业三大要素)进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。因此，系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换(加工、处理)功能；②传递(移动、输送)功能；③储存(保持、积蓄、记录)功能,不管是实现哪类“目的”功能的系统(或产品)，其系统内部必须具备如下图所示的五种内部功能，即主功能、动力能功能、检测功能、控制功能、构造功能。其中“主功能”是实现系统“目的功能”直接必需的功能，主要是对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。“动力功能”是向系统提供动力、让系统得以运转的功能。“检测功能和控制功能”的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施“目的功能”。而“构造功能”则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能。从系统的输入／输出来看，除有主功能的输入／输出之外，还需要有动力输入和控制信息的输入／输出。此外，还有因外部环境引起的干扰输入以及非目的性输出(如废弃物等)。
既然机电一体化系统(产品)可以分解成一系列要素或子系统构成，那么怎样使各要素或子系统之间顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换呢?这就涉及到了接口的概念。所谓接口就是各要素或各子系统之间的联系条件。从系统外部看，机电一体化系统的输入／输出是与人、自然及其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是由许多接口将系统构成要素的输入／输出联系为一体的系统。从这一观点出发，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能，各要素或各子系统之间的接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，在某种意义上讲，机电一体化系统设计归根结底就是“接口设计”。广义的接口功能有两种，一种是输入／输出的功能；另一种是变换、调整的功能。
二、机电一体化控制系统的设计要点
随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，它的发展使冷冰冰的机器有了人性化、智能化。从企业角度分析，开辟新工业生产模式是行业科技的创新要求，也是实现经济收益最大化的必要条件。笔者认为，机电一体化控制系统设计应注重几大模块的控制：
（1）结构模块。机械本体是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等，这是机电系统控制的主要对象。设计一体化系统要考虑设备本身的结构设置，使机电、机械等设备发挥出预期的功效，这样才可以加快控制系统的功能发挥。
（2）动力模块。动力驱动部分依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。无论是哪一种类型的机械设备，都要借助动力系统才能正常地运转，这是机电一体化设计的主要内容。动力模块设计可选用变频调节技术，根据主电机传输能量的大小，由变频器自动控制电传动速率，进而对设备动力供应系统进行调节，这样能够方便机电系统的自动化运转。
（3）感知模块。测试传感部分对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。传感器是信息传递的主要设备，用其作为信号感应与自处理装置，对机电设备调度具有指导作用。无线传感技术的普及应用，能够帮助控制系统快速地分析数据信息，避免其他信号传递造成的干扰。
（4）指令模块。控制及信息处理部分将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。机电一体化控制系统设计应考虑指令的控制，尤其是自然语言与计算机语言之间的转换，更应该朝着一体化方向转变，这是保证机电信号稳定传输的重点条件。
三、机电一体化系统的相关关键技术
（1）机械技术：机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。在设计和制造机械系统时除了考虑静态、动态刚度及热变形等问题外，还应考虑采用新型复合材料和新型结构及新型的制造工艺和工艺装置。
（2）传感检测技术：传感检测技术的内容，一是研究如何将各种被测量转换为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理。机电一体化系统要求传感检测装置能快速、准确、可靠地获取信息。
（3）信息处理技术：信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术的范畴。
（4）自动控制技术：机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、自适应控制以及模糊控制、神经网络控制等。
（5）伺服传动技术：伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液压伺服。
（6）系统总体技术：机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化。
四、机电一体化控制系统是工业生产调度的主要趋势，也是基于信息科技的自动化控制平台，用其作为工业生产控制模块，有助于加强生产设施的工作性能，带动了生产效率的全面提升。同时，借助控制及信息处理部分发出的指令，可快速完成规定的动作和功能。除此之外，新型机电控制系统应用还表现在其它方面：
（1）人机智能化。从未来科学技术的发展角度考虑，我国机电一体化控制系统也将朝着智能方向改进，这种智能性特点是在原控制模式上的升级，应用了多功能控制技术作为辅助方案。随着计算机应用技术的不断推广，机电一体化作业模式的智能系数更高，大部分人工操作均可通过计算机控制平台处理，这些改变了传统工业生产模式的不足。
（2）数字一体化。数字一体化是对机电一体化控制的延伸，其选用高科技数字系统作为支撑，对机电设备动作指令进行合理地调度，帮助工业系统解决实际生产中的问题。数字一体化以微型计算机为控制平台，这种小型计算机具备了常规计算机的数据处理功能，因其外形轻巧而适合安装于机电设备。利用数字传感器对控制系统实时感应，发现异常信号后及时调整指令，加快了数字系统的自处理效率。
参考文献
[1]丁子华.新时期多功能通信网络的设计与应用[J].工业科技研究.2009，20（12）：19～21
【关键词】地铁机电设备监控系统 设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
地铁车站设备监控系统( EMCS) 通过中央级、车站级和就地级三级对车站设备进行监控, 通过中央级和车站级进行系统管理。车站设备监控系统对全线各个车站的通风空调系统设备、给排水设备、自动扶梯、电梯、车站公共区照明、广告照明、车站事故照明电源、屏蔽门及人防密闭隔断门等车站设备进行全面、有效的自动化监控及管理，确保设备处于高效、节能、可靠的最佳运行状态，并创造一个舒适的地下环境，此外在火灾等灾害或阻塞事故状态下，能够更好地协调车站设备的运行，充分发挥各种设备应有的作用来保证乘客的安全和设备的正常运行。
一、系统设置目的
地下铁路作为现代化城市建设的标志之一，因其具有无污染、低噪音、高速度等优点，目前已被越来越多的城市所采用。机电设备监控系统( EMCS) 是将计算机及其网络技术相结合的机电设备自动化控制系统，该系统的控制对象主要为地铁通风空调设备、给排水设备、正常照明设备及电扶梯等设备。其主要作用为：对地铁内的环境质量进行监视和控制，使其在正常情况下满足乘客舒适度的要求，并在紧急情况下提供正确可靠的信息来保证乘客等人员安全。其中，由于地铁工程的通风空调系统与一般的地上建筑完全不同，其温湿的变化既有它的周期性，也有受外界干扰的随机变化无规律性，因此，通风空调系统容量大且复杂。在这种情况下，如果没有计算机控制系统，只靠工作人员人为去控制是根本无法实现的。所以在全线设置EMCS 系统非常重要。设置机电设备监控系统是想借一斑而窥全貌，想以此达到反映整个监控系统的设计思路，确保以上这些系统的安全可靠运行的目的。特别是在地下车站发生火灾事故的情况下，能够使有关救灾设施按照设计工况及时有效地运行，从而保障人身安全。
二、地铁监控系统的技术特点
1、环境条件特殊
地铁建筑所处环境具有特殊性，由于机车为电力牵引,且地下相对外界隔绝，环境潮湿。既不同于地面商用建筑物，一般所处环境较好，电磁干扰较轻，也不同于工厂金属粉尘等有害物质较多，环境恶劣。
2、功能要求特殊
地下铁路属于公共交通行业, 是城市交通的一面窗口，是面向乘客的优质服务，反映了城市的先进程度。这种服务除了人的因素以外，设备的安全、可靠、高效、节能所带来的舒适感、安全性也非常重要。不同于智能楼宇侧重于办公自动化、通信自动化、长时间工作下环境智能调节的要求,地铁建筑监控系统则更侧重有利于安全行车管理、变化客流下的环境调节、灾害情况下的疏散导引、相关设备在各种情况下的有效运行。
三、监控系统组成及功能
1、车站级监控系统组成由设置于车站环控电控室和车站控制室( SCR) 的可编程序控制器( PLC) 采集现场设备的状态信号，通过网络通讯线传递到车站级服务器及监控工作站，车站监控人员再通过工作站下达控制指令，由PLC 传递到现场设备完成。
2、中央级监控系统由中央级局域网络构成，网络内包括主备监控主机、主备服务器、档案管理计算机、网络交换机、打印机、打印机服务器、大屏幕显示系统和UPS 等设备。
3、就地级监控设备组成：作为车站级监控设备PLC 控制器的组成部分，远程I/ O 设备直接与现场设备连接，采集从现场传感器检测到的各类信号；同时，远程I/ O 也将上级下达的控制任务，直接传递到现场的阀门、开关及电机等执行机构，从而完成系统的控制指令。对于关键性的监控场合，使用带CPU 处理器的远程I/ O 来实现独立控制功能。
4、地铁监控系统从全线功能来讲，包括了设在全线调度指挥中心的中央级功能，设在各个车站控制室和环控电控室的车站级功能，以及设在被控设备附近的就地级功能。
车站级设备监控系统负责统一管理本车站的被控设备。接收中央级下达的指令，完成其控制要求，以及实现对车站的环境监控、其他机电设备的监控管理和导向设备监控。
四、车站级网络构成
1、点对点形式
车站局域网采用1: N 点对点的结构方式，局域网上设置服务器，通过集线器可同时与所有子网控制器进行点对点数据交换，通信方式采用轮回仲裁方法，实现点对点的通信方式。该方案属于集中式通信策略，网络结构简单，易于扩充，但需要的数据通路多，而且工作站处容易形成通信故障的瓶颈。
2、环形以太网形式
局域网通过连接设备将网络连接成环型，系统各控制器作为环网上的节点互通信息。网络通信协议采用TCPPIP 协议组标准，通信方式为CSMAPCD。由于以太网是一个非常开放的网络，且通讯能力强大，网络通讯设备成熟。但其传输效率的能力相对薄弱，如果采用高可靠、高品质的交换机作为连接设备，利用它的存储转发功能，建立逻辑上的多通道，则可以较好地解决这一问题。另外，为了保证系统的控制和信息的响应时间，可选择通信速率为100Mbps 的高速以太网。
3、工业总线形式
系统各控制器作为网络节点连接在总线网上，利用总线作为节点的共同信道互通信息。采用广播或主从等方式通信。这种总线方式，通讯效率高，节点增加容易。常用在工业网络中，通信效率和可靠性依据大量的工业实践有所保证。但不同厂家的总线系统有各自的数据通信特点，相应的总线产品有其自己的市场定位，在开放性方面都有所努力，以达到通用性的目的。
五、设备选型分析
车站级局域网的高效运行，往往取决于网络连接设备和信息传输的物理介质，而控制器的选择又直接关系到系统控制性能的高低。在高速以太网尚未普及之前，大多数以太网10Mbps，没有交换机的需求。对于百兆以太网，选用高品质10P100Mbps 自适应端口的交换机，可以使其连接的每个端口设备拥有足够的带宽。其自动侦测交换和全双工功能，使网络有着良好的扩充延伸性能。而支持冗余双环硬件自动切换的功能，使以太网的双环结构成为可能， 这样就在网络故障自愈能力上提高了系统的可靠性。
采用多模光缆作为传输介质，避免了强电磁感应、高电压引起的干扰。选用带有钢护带，具有良好抗拉伸和抗侧压，以及防湿防潮性能的光缆，更有利于在地下的安装敷设和系统传输可靠性的提高。
作为车站级监控系统的核心部件，控制器的处理能力、处理速度、扩展能力、可靠性、易维护性等诸多方面都要有所考虑。而PLC 在这些方面则有很好的性能和实践。在对实际数量的IPO 数据收发的同时，有大量的中间处理数据，选择CPU 的处理能力就要远大于实际的IPO 数量。对于不同的指令，处理速度有几倍，甚至几十倍的差别，选择基本赋值指令作为参考，具有可比性。为提高可靠性，如一台PLC 被诊断故障，另一台必须保证所有下层设备及数据通讯不间断、无扰动的继续正常运行，PLC 常需要冗余配置。配置方式有单电源- 双CPU、双电源- 单CPU、双电源- 双CPU的多种组合, 采用后一种及双背板结构，更能保证PLC 的完全冗余。采用标准化选件、模块化结构、可带电插拔方式等，为运营维修部门的现场设备维护和日后系统的扩展创造了条件。
总结
地铁机电设备的自动监控是一项十分重要的控制技术，也是一项繁杂的系统工程，涉及许多专业的设备监控及运行要求，有着地铁行业的特殊性。这就要以接口协调配合为基础，设备选型为根本，网络构造为条件，以管理措施为保证，以实际运营经验作为优化的前提，才能使得地铁监控系统有更好的发展前景。
参考文献
关键词：微机电混合陀螺仪工作原理接口电路设计仿真分析
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
大量的实践研究结果证实：陀螺能够在相当长的一段时间范围内保持既定方位的稳定性，并能够针对载体角位移程度以及角速度变化情况予以及时反映。基于这一特性，陀螺现阶段的大量应用于工业化建设的方方面面当中。同传统意义上的机电陀螺仪装置相比，一种基于微电子及集成智能化技术的微机电混合陀螺仪装置以其所特有的低成本、大批量生产以及尺寸小等诸多优势而备受各方工作人员的特别关注与重视。本文基于对微机电混合陀螺仪装置工作原理的分析，提出了一种接口电路的设计方式，并仿真验证其可行性。现对其做详细分析与说明。
一、微机电混合陀螺仪装置基本工作原理分析
在当前技术条件支持下，整个微机电混合陀螺仪装置的基本结构如下图所示（见图1）。由图中所示结构不难发现：在整个微机电混合陀螺仪装置处于正常运转状态的情况下，与之相对应的电机装置能够驱动陀螺仪装置与平衡环装置保持高速且稳定的旋转动作，从而产生较为明显的动量矩。在如图1右下角位置所示x/y方向出现角速度输入的情况下，转子自转轴势必会产生一定程度上的偏转。而相对于整个微机电混合陀螺仪装置而言，这种偏转将引起信号检测极板与陀螺转子相对应的电容参数出现明显变动。借助于电容信号检测将这部分电容参数予以完整提取，即可以获取在输入角速度既定状态下的转角大小参数。更为关键的一点在于：为确保陀螺转子在整个微机电混合陀螺仪装置的运行过程中能够始终保持为静态平衡状态，则应当以力矩反馈极板为在载体，将一定数值的静电力矩施加在陀螺转子之上。在陀螺转子接受这部分静电力矩的过程当中所产生的修正效应以及补偿效应能够辅助对输入角速度的测定作业。基于以上分析，在剔除二次谐波力矩作用力以及陀螺阻尼力矩作用力相对于微机电混合陀螺仪装置的运行影响情况下，其运动方程可以作如下表述：[（转子绕x/y轴转动惯量＋平衡环绕x/y轴转动惯量/2）×（自转轴绕陀螺仪坐标系ox轴正向运动相对于驱动轴的角加速度）]＋[陀螺仪角动量参数×自转轴绕陀螺仪坐标系oy轴正向运动相对于驱动轴的角速度]＋[剩余刚度项×自转轴绕陀螺仪坐标系ox轴正向运动相对于驱动轴的转角角度]=作用于陀螺转子外置外力矩在坐标系ox轴上的分量参数－[（转子绕x/y轴转动惯量＋平衡环绕x/y轴转动惯量/2）×陀螺仪相对于惯性空间角加速度在坐标系ox轴上的分量参数]－（陀螺仪角动量参数×陀螺仪相对于惯性空间角速度在坐标系oy轴上的分量参数）。通过对微机电混合陀螺仪装置运动方程的分析，可以对其进行简单定义，即微机电混合陀螺仪装置是一个能够同时针对x轴及y轴方向输入角速度进行测定的二自由度陀螺仪装置。
图1：微机电混合陀螺仪装置基本结构示意图
二、微机电混合陀螺仪装置接口电路设计分析
在整个微机电混合陀螺仪装置系统设计过程中，机电接口应当重点关注上检测电极、下检测电极以及转子、平衡环间的对应关系。在微机电混合陀螺仪装置进行信号检测的过程当中，能够通过对大小均等、频率均等高频载波信号的内环输入实现检测目的。在此种载波信号的施加作用之下，上下检测电极外环位置还同时受到村子啊平衡力矩作用力的微机电混合陀螺仪装置反馈电压当中。这部分施加电压与所输入高频载波信号均负载在同一电极当中，借助于此种方式能够实现整个机电接口位置直流偏置信号、常值电容信号、反馈电压信号以及检测电容信号的均衡性作业。基于以上分析需要认识到一点问题：在针对微机电混合陀螺仪装置进行系统设计的过程当中，若假定存在寄生电容，则在整个有关接口电路的设计过程当中需要重点关注一点：即在频率一定的载波信号施加并有效覆盖于微机电混合陀螺仪装置外环电极的状态下，中间公共点击所产生电位数值与所施加载波信号见的对应关系。此过程当中需要重视放大器反相输入端虚地数值的特性，获取差动电容传感器在反馈阻抗既定状态下的输出电压参数，基于以上分析所确定的微机电混合陀螺仪装置接口电路设计示意图基本如下图所示（见图2）。从图中相关结构不难发现：在微机电混合陀螺仪装置的正常运行状态下，通过对电容参数的实时控制与调节能够很好的提高信号灵敏性。
图2：微机电混合陀螺仪装置接口电路设计示意图
三、微机电混合陀螺仪装置仿真分析
本文所例举仿真试验在微机电混合陀螺仪装置保持开环状态下运行，其目的在于通过仿真实验分析并验证残余刚度相对于整个微机电混合陀螺仪运行系统的影响程度。具体的仿真方式如下：在保持微机电混合陀螺仪装置处于开环作业状态的情况下，假定充分加工后整个结构的残余刚度保持在0.22468mN·m/rad单位，并且剔除外力矩作用力以及角速度输入对残余刚度的影响问题。在此种假定情况作用之下，本文所构建的微机电混合陀螺仪装置运动方程中包括①.陀螺仪相对于惯性空间角速度在坐标系oy轴上的分量参数；②.陀螺仪相对于惯性空间角加速度在坐标系ox轴上的分量参数；③.作用于陀螺转子外置外力矩在坐标系ox轴上的分量参数在内的相关指标均表现为零值状态。在以上仿真前提下，陀螺转子自转轴绕陀螺仪坐标系ox轴正向相对于驱动轴的转角（以下定义为a）以及陀螺转子自转轴绕陀螺仪坐标系oy轴正向相对于驱动轴的转角（以下定义为b）的运动关系表现为下图（见图3）。从图中不难发现：在剩余刚度项保持在非零状态的情况下，a、b转角作相对调谐振动，这也就意味着转子自转轴在整个微机电混合陀螺仪装置中做进动运动。而在a、b转角呈现出完全调谐关系的情况下，以上两转角指标均表现为初值状态，也就意味着转子自转轴在整个微机电混合陀螺仪装置中能够保持原方位上的稳定状态。在此基础之上，借助于Matlab实现对微机电混合陀螺仪运行系统的仿真处理，通过对输入角速度参数的控制，所得到的仿真结果证实：在过渡平衡状态下，a、b转角基本表现为零值状态，确保了整个微机电混合陀螺仪装置闭环控制的有效性，仿真效果显著。
图3：微机电混合陀螺仪装置开环状态下转角运动规律示意图
（a）转角a运动规律示意图
（b）转角b运动规律示意图
参考文献：
[1] 夏敦柱,周百令,王寿荣等.双闭环真空硅微陀螺仪设计及性能测试分析[J].传感技术学报,2008,21(2):241-243.
[2] 马宗敏,石云波,刘俊等.单芯片加速度计陀螺仪设计与动力学分析[J].传感技术学报,2007,20(11):2395-2399.
[3] 王凌云,刘益芳,孙道恒等.扇形梳齿驱动式微机械隧道陀螺仪的初步研究[J].厦门大学学报（自然科学版）,2006,45(3):355-359.
【关键词】PLC；光机电；一体化；实训系统；设计
1概述
1.1PLC
PLC全称为可编程逻辑控制器，它是一款可用于编程的存储器，它主要是用于完成逻辑运算的执行、顺序的控制、定时、计数等用户的指令，除此之外，它还可以运用数字化或者模拟式输出及输入对机械生产进行控制。可编程逻辑控制器具有许多特点，首先，可编程逻辑控制器使用起来十分方便，而且编程简单，其主要采用的是简单的梯形图、逻辑图或者简单的程序语句来表达，所以对于用户来说，他们不用掌握十分完备的计算机知识，就可以很好地进行操作。其次，可编程逻辑控制器的功能强大，价格还十分经济，故而其性能价格比是相对较高的。还有一点，就是可编程逻辑控制器的硬件配套往往十分齐全，用户在使用时很方便，适应能力强，很可靠，在抗干扰方面，其采用大量集中的继电器，在减少接触不良方面，可编程逻辑控制器在很大程度上具有优势，从而减少接触不良带来的许多故障。关于可编程逻辑控制器的维护和修理方面，其在设计、安装和调试上的工作量少，从其维护工作来看，工作量也是相对较少的，而且操作起来方便，故障问题能够很快地解决。
1.2光机电一体化
光机电一体化又叫做机械电子工程，这是机械工程与自动化领域中的一个研究方向。随着社会经济的不断发展和科学技术不断取得重大突破，光机电一体化的技术也在迅猛发展，光机电一体化在许多领域都有了应用。从综合层面来讲，光机电一体化实际上是将许多技术进行有机结合后的产物，其中就包括机械技术、电子工程技术、信息技术等等，在结合后将光机电一体化技术应用到实际生产当中去，从而可以使得机械发展更加智能化和人性化。
2基于PLC的光机电一体化实训系统设计
2.1组成要素
基于PLC的光机电一体化实训系统设计，其设计过程中首先需要注意的是光机电一体化系统中的组成要素，主要有五大要素，分别是结构组成要素、动力组成要素、感知组成要素、运动组成要素和职能组成要素。结构组成要素是整个光机电一体化实训系统组建的基础，它为整个系统提供了结构的支持，也就是说，只有按照系统的要求，组建好结构组成要素，才能实现系统能量的正常供应和动力系统的运行。动力组成要素在整个系统的建设中起到了提供动力的作用，只有保证了动力的充足，才能实现整个系统的正常、稳定的工作。而感知组成要素在光机电一体化实训系统中主要是对系统自身的运行状态和工作环境的一个感知，从各种参数和状态进行收集、分析和处理，并且以可被识别的信号输出，从而产生相应的调控信息，使得整个系统的运行状态得以监测。在运动组成要素常常与动力组成要素相互搭配起作用，都是为系统运行所需要的动力提供基础保障。职能组成要素在控制和处理信息部分发挥着巨大的作用，由于感知组成要素是作用于收集系统运行状态和参数，在收集到大量数据之后，就需要对呈现的数据进行分析、存储和加工，从而能够使得整个系统按照获得的指令进行运作。总结来讲，光机电一体化实训系统的设计不可忽略这五大组成要素的基本功能和作用。
2.2设计原则
光机电一体化实训系统在设计的过程中，不仅需要考虑各个组成要素的作用，还需要遵循设计的原则，这些原则主要分为四部分，分别是接口耦合、运动传递、信息控制和能量转换四项基本原则。首先是接口耦合原则，也就是说两个需要进行信息传递的接口或者需要进行传递的环节之间，如果其信息模式不一致就会造成信息无法传递的严重后果，因此，在这里就需要遵循接口耦合的原则，利用接口耦合使得信息得以传递。在信号相对较弱的两个环节之间，也需要通过接口耦合来实现扩大信号的效果，从而能够匹配，使得信号的变换更加清晰、可靠，而且更加快速、精准。第二项原则，能量转换原则，两个需要进行传输和转换的环节之间，常常会出现由于信息模式的不同而无法进行直接的信息传递，所以在这里不仅需要接口耦合，还需要能量的转换，只有能量进行转换，才能使得执行器、驱动器等不同能量实现最优的工作效率。第三，信息控制，在光电一体化实训系统的设计中，在数据的收集、传输、存储、分析等都是进行信息处理的过程，而达到最优的信息控制，是提高光电一体化实训系统运行质量和效率最关键的一步。随着社会经济的不断发展，科学技术的日益更新，机械智能化已经成为现代科技的标志，所以，在光电一体化实训系统中，遵循信息控制原则，实际上可以推进整个系统的智能化水平。第四，运动传递原则，在光机电一体化系统的各个组成要素之间，运动传递能够实现各个要素的信息传输和运动控制的目的。
2.3具体设计
光机电一体化实训系统的设计最关键的就是要保证系统设计的完整性，下面就以水池补水系统为例，对基于PLC的光机电一体化实训系统设计进行分析。首先是动力部分，水池补水系统选择电力作为动力部分，动力部分的设计需要满足系统的动力需求，以保证整个系统的动力源泉不会枯竭；就目前来讲，常见的动力源有电能、风能、水能、人力、畜力等，而水池补水系统的动力系统选择电能即可。其次，是水池补水系统的结构部分，在进行光机电一体化实训系统设计的时候，需要考虑实现的效果，从而有针对性地选取相适应的结构，在搭配其他部件，最终实现机械自动化控制，这里以水池补水系统作为例子，这里的结构本质上是需要动力部分来带动的，因此，它也是整个系统最后发挥作用的部分，也可以算是系统的核心；执行器部分是控制系统的关键部分之一，在实际操作中，常常是需要通过信号路线与PLC连接，从而实现信号的联通和传递，在该水池补水系统的执行器的选择上，选取电动截止阀和开关共同作为执行器的部分，当PLC产生信号并传输到执行器部分，执行器就可以根据指令完成其任务；在水池补水系统的计算机部分在很大程度上需要PLC的支持，从而对信息进行收集、加工和存储操作，计算机部分对于整个水池补水系统来说起到了一个总控的作用，就如同大脑之于身体，显而易见其重要性；水池补水系统的传感器部分，需要利用PLC来对系统自身和工作环境进行数据收集，并且将传感器收集到的信息传输给计算机部分，根据计算机程序的执行，最终输出结果，实现水池补水系统的随环境调试，从而更好地完成其任务。
3结语
随着社会经济的不断发展和科学技术的日渐取得重大突破，光机电一体化作为光学和机械电机工程相互综合的产物，这项技术也在迅猛发展，并且在许多领域，光机电一体化都有了应用。而为了推进光机电一体化技术的进一步发展，将PLC技术应用在光机电一体化实训系统的设计当中，起到了关键作用。本文基于PLC的光机电一体化实训系统设计进行了探讨，虽然文章在内容和结构安排上还存在不足，但是希望通过文章能够引起大众对于PLC和光机电一体化的重视，并且在未来的研究中作出更多的创新。
参考文献
[1]李利军.基于PLC的光机电一体化实训系统设计[D].郑州大学,2013.
[2]徐双君.基于PLC的光机电一体化实训系统设计与实践[J].通讯世界,2016,(02):166.
【关键词】机电；数据机构；分层；系统设计
中图分类号：F407 文献标识码： A
一、前言
采用计算机操作可以将机电结构数据进行简单的导入，这就是机电结构分层系统设计的目的，本文重点对机电结构设计的意义以及形式进行了详细的分析，目的是提高机电结构设计的质量，供相关的设计人员参考。
二、机电数据结构分层系统设计意义
机电数据结构分层制作系统设计的目的就是将产品技术资料光盘进行电子化转换后，把提取的有用信息放入机电数据样表，然后通过其自动转换成可导入信息管理系统的机电数据结构分层文件。机电数据结构分层文件是信息管理系统中重要的输入数据，是编制采购计划及实现预防性维护的依据，其制作质量是否准确、规范直接关系到企业的配件库存及产品维护的成本。未开发软件之前，机电数据结构分层是通过人工来完成的，费时费力，特别是对于一些结构复杂且配件数量比较多的机电产品人工分层显得尤为烦琐，极易出现漏分及父子关系关联的错误，这严重影响数据的正确性，且无法保证时限性。机电数据结构分层制作系统实现了数据结构分层工作的自动化，从根本上解决数据分层工作中的大量人力耗费问题，可为企业信息化管理系统提供了准确、规范的数据信息，实现产品结构分层信息的共享及更新的便捷化，真正达到了配件的计划与控制。
三、机电数据结构分层制作系统实现的技术
1、采用了数据库技术。机电数据结构分层的整个过程所使用的数据库管理软件只是用来存储提取到的基本数据、根据关联处理规则分层后的数据表是EXCEL格式的文件载体，处理结果依用户设置自动保存，该软件使用SQLServer2000数据库管理系统，即可满足用户将来要求保存一定量数据的要求，也能满足对这些基本数据的处理功能。
2、采用了多线程编程技术。数据结构分层功能模块通过采用多线程编程技术，提高应用程序响应度，使处理器效率更高，且占用较少的系统资源。
3、桌面编程技术。当前桌面应用开发技术还是首推Delphi。Delphi是一个以面向对象程序设计为中心的应用程序开发工具，具有基于窗体和面向对象的方法、高速的编译器及强大而成熟的组件技术等特性，因此该软件是基于Delphi7.0环境开发而成。
四、数据的传输技术及实现
ADO是Microsoft为数据访问范例OLEDB而设计，是一个便于使用的应用程序接口。ADO通过OLEDB提供访问和操作数据库服务器端的数据，特点是速度快、内存支出少和磁盘遗迹小…。ADO在关键的应用方案中使用最少的网络流量，并且在前端和数据源之间使用最少的层数，所有这些为程序运行提供了轻质量、高性能的接口。Delphi提供了ADO数据库编程技术，由于ADO内置在微软的操作系统中，因此开发数据库应用程序避免了BDE的配置和安装，减少了的难度。
开发和一个基于Client/Server方式的应用程序，需要在服务器端安装后台数据库软件，并且建立或导入自开发程序所需要的数据库、账号和角色等。有两种方法可以实现，一种是在程序开发完成时，备份最终使用的数据库，连的程序一同提交给使用者，在用户的服务器端安装数据库系统后，根据实际情况手工导入所需的数据库。另一种方法是在开发的程序中编写代码实现数据库安装和初始化，提交给用户的只是的程序，用户在服务器端安装数据库系统后，在客户端运行应用程序，完成程序所需数据库的建立和初始化。显然，后一种方法更加灵活可靠，自动化程度高。本文讲述如何在Delphi7.0开发环境下使用ADO技术，编程实现SQLServer2000数据库服务器的连接和程序所需数据库的初始化。这是数据结构技术最为核心的内容。
1、机电数据结构分层制作系统设计思路
Delphi是一个高效的可视化数据库管理信息系开发工具。利用Delphi 控制EXCEL数据层、格式复杂的报表等与EXCEL 相关的工作，通情况下，对一些不常用到的 操作，只需利其自身函数强大的处理功能进行操作即可，而对一些经常用到且有规律可循的操作，则可以利用Delphi快速应用程序开发工具编写程序控制EXCEL格式的文件，更好地提高工作效率。由于分层系统使用的后台数据库是SQLServer ，SQLServer而 对源表格式的要求比较高，因此在往系统中导入准备分层的机电数据表时，应先将整个表的格式设置为文本格式，并且在制作完成时，进一步核查是否与模板要求相符，将格式不符的进行更正。
2、机电数据结构分层文件中分层编号的数字表达形式能够非常直观地了解该产品与组件、组件与零部件之间的关联关系，产品部分配件关联见表1。
分层文件中组件的多少及分层的级数反映了产品机构及装配的复杂程度。对于属于价值高、重要、可重复使用、可用于同类其他产品的重要零部件，定为跟踪件，其分层号与产品前均标识字母Z，同产品一样作为资产进行全寿命跟踪管理，其他零部件分层号前标识字母B，这是为下一步关接生成而特殊设定的，每个配件所要求反映的技术参数列事先根据系统要求设定。
五、系统界面配置及软件流程
1、系统界面配置
系统界面配置该软件界面配置 比较人性化，实现了分层的个性化设置、页面高清显示颜色的设置、分层完成后关机设置等。 “系统―设置―初始化数据库”，可以通过此路径删除导入的所有机电数据表，也可以在此界面进行删除。每次使用之前，要进行初始化数据库操作。
机电数据表有 5形式的模板，分别为无ZO主 组 件―― ―无直属件和有直属件，有ZO 组件―― ―无直属件和有直属件，对于多台设备分层情况，像刮板输送机，转载机和破碎机和液压支架就属于多台设备的情况，根据软件要求规范成一种特殊形式的模板。规范后的机电数据表导入后台数据库，进行自动分层。整个分层过程清晰明了，对数据的每次处，都会显示到“处理日志”中。分层结束后，显示分层完成，并将结果显示到页面中。将系统完成的结构分层文件与人工分层完成的结构分层文件通过VLOOKUP进行核对后，其结果准确无误。对于处理同等数据量的机电数据表，效率由原来的1周，提高到 完成。
2、系统软件流程
系统软件的编程是基于下面的流程框图来编制
的，设备结构分层的实现主要有以下几个步骤：一是读取规范好的 表中的数据。将表中 数据节点、一级 主组件数据节点及基础数据父子数据表存入数据库临时表中，以便对数据进行更深一步操作 。二是进行两次判断，首先判断 主组件节点是否为空，如果是显示分层结果，如果不是查询是否有子节点；再次进行判断，如果否再读取主组件节点，如果是生成父子数据，该步是本程序中的一个重点。经过不断循环，完整实现数据横向及纵向多层分层结构。三是从数据库中读出数据，把分层结果写入EXCEL表中。由于程序执行是按主组件与子组件的图号件号来进行关联，一旦数据表中前后相同组件的图号件号不一致，该程序将会关联错误，导致错误的分层结果，因此要充分发挥该系统的作用，必须在数据源头把关，并正确选择模板。
设备数据结构分层系统自动化制作软件已应用于多个大型企业的数据结构分层处理工作，郊果显著。通过采用该系统，大幅度提高数据分层工作的效率和准确率，并用较少的人力物力为企业提供了及时、准确的数据，为企业适应市场竞争奠定了良好的基础，国内很多大型企业都引入了企业信息管理系统，这为系统的推广带来广阔的前景。
六、结束语
综上所述，本文重点对机电数据结构分层的系统设计进行了详细的分析，目的是提高相关企业的工作效率。更早的实现自动化的操作。
参考文献：
[1] 任金霞， 黄运强， 方翔. 分布式数据库技术在保险信息管理系统中的实现[J]. 计算机与现代化， 2009，（8）.
【关键词】 计量泵；机电一体化；控制系统
计量泵是一种既具有介质输送又具流量调整功能的机械设备，很适于作执行元件在每种需进行液体介质输送的流程管理系统中运用。但传统的计量泵调整流量的精确度，难以满足现代化大规模生产工艺流程管理的自动化要求，尤其在对有害液体的计量、在危险条件下的调整等方面，传统设备更是爱莫能助。因此，对计量泵实现自动管理，实时监测，精确调整势在必行。
在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展，及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称，其涵盖“技术”和“产品”两个方面。
流量控制是计量泵工作的核心内容，对流量实现机电一体化的控制能够促进企业技术进步、提高企业的现代化管理水平，达到对企业生产经营过程进行整体优化，增强市场地应变能力和竞争能力，从而获得更好的经济效益。当前计量泵流量的调整是经过人工对泵体上的手轮进行操作实现的.其调整流量的精确度难以满足现代化大规模生产工艺流程管理的自动化要求.对于这一问题，进行了计量泵机电一体化管理系统的研发，采用了一种对计量泵用步进电机驱动，用单片机进行管理，并对其流量进行闭环管理的办法。
1.机电一体化的核心技术
机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手：
1.1 机械本体技术。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。
1.2 传感技术。传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。
1.3 信息处理技术。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。
1.4 驱动技术。电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件- 传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。
1.5 接口技术。为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。自吸离心泵接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。
1.6 软件技术。软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。
2.计量泵机电一体化控制系统设计
流量控制系统是集机电液为一体的自动控制系统，在工业领域中非常实用，它的准确控制在工业中得到了广泛应用，如加油系统的油量控制、水位的精确控制、化工企业中的有机物的投料控制，以及稀土萃取过程中的给料控制等。计量泵机电一体化控制系统设计主要包括以下几方面内容：
2.1 控制系统的总体描述。本控制系统是通过向步进电机发脉冲，以控制步进电机的转数。由于计量泵本身的精度是很高的，因此，它的控制也必须满足一定的精度要求。在本控制系统中，可以人工的输入所需要的流量值，也可以实现自动控制，也就是通过外部的模拟信号标准—经过转换后，来控制步进电机的脉冲数。当输入期望数据后，处理器将输入的数据与当前数据相比较，得到相应的动作值，计算出相应的脉冲数，通过正转或反转来达到期望值。在步进起动时，采用加速过程，在即将到达期望值时，采用减速过程，使得步进电机能不失步的稳定运行。在软件设计中，对控制装置采用了软件保护措施，如当步进电机处于运动状态和输入值超过系统的最大值时，所输入的数据命令是无效的。
2.2 系统硬件电路的基本组成。控制系统采用作为主控单元，通过与的串口通讯，实现对步进电机的远程控制。控制系统的硬件电路总体结构，包括转换电路、单片机系统、单片机系统、操作显示面板等。
2.3 系统硬件电路的设计原则。在进行硬件的总体方案设计时，所涉及的具体电路可借鉴他人在这方面工作，有些电路还需自己设计。在参考别人的电路时，需对其工作原理有较彻底的分析和理解，了解其适用范围，确定其移植的可能性和需要修改的地方。为使硬件设计尽可能合理系统的设计，应注意以下几点：尽可能选择标准化、模块化的典型电路，提高设计的成功率和结构的灵巧性。在条件允许的情况下，尽可能选用功能强、集成度高的电路或芯片。注意选择通用性强、市场货源充足的元器件，尤其对需要大批量生产的场合，更应注意这方面的问题。在对硬件系统总体结构考虑时，同样要注意通用性的问题。系统的扩展及各功能模块的设计，在满足应用系统功能要求的基础上，应适当留有余地以备将来修改、扩展之余，设计时尽可能地作些调研采用最新的技术。在电路设计时，要充分考虑应用系统各部分的驱动能力，要注意增加系统的驱动能力，或减少系统的功耗。在工艺设计时，包括机箱、面板、配线、接插件等，要充分考虑到安装、调试、维修的方便。
2.4 控制系统软件的总体结构。软件程序一般都是由一个主程序，包括若干个功能模块和多个子程序构成，每一程序模块都能完成某一明确的任务，实现具体的功能。软件设计的目的，就是为了实现控制系统的各种功能。在满足基本功能要求的前提下，采用各种有效方式，使操作灵活、简便增强系统的稳定性、可靠性提高系统的抗干扰能力。就以上原则思想，本控制系统软件的总体构思如下：当由键盘或外部的—的信号输入单片机时，由其计算出步进电机所要走的步数，程序转入串行通讯子程序单片机，将电机所要走的步数传送给单片机，从而完成数据的输入和对电机控制功能的实现。
本系统将泵流量控制，转换为对步进电机的控制，通过对流量进行一定的运算，可得出相应的步进电机脉冲数。当流量变化时，步进电机的脉冲数，为此时步进电机的步距角被细分为度。这种控制方式是相对的控制系统从上一次的基础上运行，将当前的数据与上一次的数据相减，经过计算转换得出向步进电机所发的脉冲数和方向。方向是由所减结果的“正”、“负”来判断，结果为“正”则反转，结果为“负”则正转。接近开关信号是形轴的零位标志。单片机上电初始化电机正转到达零位时，接近开关发出信号触发的外部中断，进入外部中断程序，使电机停转。为增强本控制系统的可靠性和抗干扰能力，在软件设计时采取了一些措施。系统软件中设定了许多标志位，例如，有电机是否处于工作状态的标志单元、电机正反转的标志单元，以及程序内部需要的各种标志单元等。程序运行时，通过对标志位的查询和修改，从而进行对控制系统运行状态的监控管理。
总之，机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。通过对计量泵的机电一体化实行研制开发，可改善计量泵的工作环境，实现自动控制，提高计量泵的工作效率。
参考文献
[1] 陈焕林；计量泵机电一体化控制系统设计[J].中国科技博览.2009年第6期
[2] 龚姚腾，肖顺根，宋萌萌；机电液一体化的流量控制系统建模与仿真[J].机床与液压. 2008年11期
[3] 芮延年；机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社.2004年
[4] 梁俊彦，李玉翔；机电一体化技术的发展及应用[J].科技资讯，2007年第9期
随着机械工业的蓬勃发展，世界各国对机械类专业的高等教育越来越注重实践性、应用性及前沿性。德国机电一体化专业课程体系建设是通过校企合作和工学结合的形式，以学习者专业能力、方法应用能力和适应社会能力等综合职业能力培养为本位，以市场需求为目标，以就业为导向，将学习和工作要素相结合，并通过分析与综合，把工作过程的各个部分按一定的顺序，导入课程体系中以构成一个有机的整体。美国宾夕法尼亚大学机械工程与应用力学系提出“机电一体化”课程改革思路，在学期项目中预定实验方案，根据实验方案决定课程内容。南京航空航天大学在机电一体化课程教学改革中，将科研成果引入课程的理论和实验教学中，自主研发教学实验系统平台，简化项目研究内容，研究一体化的系统教学法，培养学生的创新意识，提高学生综合素质。国内高校关于机电一体化专业人才的教育改革各有特色，但与国外教学水平相比，仍处于初级阶段，还没有形成系统的改革方案。建立适应机电一体化系统设计课程本身特点的教学模式任重而道远。
二、机电一体化系统设计教学改革研究
从机电一体化系统设计课程实践性、综合性特点出发，对其进行教学改革，是高校培养应用型机械类人才的关键。机电一体化技术课程教学改革主要包括教学内容改革、教学方法改革、实验内容改革及考核方式改革四个方面。
1.教学内容改革
以系统设计思想为主线，机电一体化的研究方法不能只是简单拼凑，应该从系统设计方案开始到各元部件选择到系统最终成形的全过程都要贯彻系统设计的思想。首先是从整体角度及可行性方面对系统进行多种整体方案设计；然后对其机械机构、执行元件、微机控制系统、检测传感装置等组成部分及相关接口进行细节设计；最后对系统性价比进行衡量，得出优化设计方案。选择原则是在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。在讲授每一部分内容时都结合该案例，并将系统设计方法融于其中，既利于学生对知识的掌握，又能起到举一反三的作用，便于学生分析和设计其他的机电一体化产品。
2.教学方法改革
充分运用现代化教学手段，不断提高教学效果，由于机电一体化技术普遍应用于自动化设备（如数控机床、加工中心、机器人等）和自动化生产线（如柔性制造系统等），而学生基本未见过上述自动化设备和生产线，无法了解自动化设备和生产线是如何利用机电一体化技术进行工作的。另外，机电一体化技术是集控制技术、伺服传动技术、传感检测技术、计算机信息技术等于一体的新兴综合性学科，具有涉及面广、综合性强的特点。
3.实验内容改革
在实验教学环节开设的多为演示性、验证性实验，学生动手操作调试的机会少，学习积极性不高。机电一体化教学团队探索构建以学生为主体，以项目驱动为主线，通过项目任务引导理论教学和理论教学指导项目实践的互推互动的教学新模式。在剖析某几个典型机电一体化系统（项目）的结构组成、工作原理、设计过程中，串联讲解知识点并在实验环节进行知识点在项目中的具体应用实现，进而将项目实施和理论讲授有机融合，使学生所学知识得到利用，也提高学生对本课程的学习兴趣，将加强学生的工程实践能力、创新能力和工程意识培养与训练切实落实到每个教学环节中去。
4.考核方式改革
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