1、机电一体化的概念： 机电一体化又称机械电子学，它是从体系的观念动身，将机械技能、微电子技能、核算 机信息技能、 主动操控技能等在体系工程的根底上有机地加以归纳， 完结整个机械体系最优 化而建立起来的一门的科学技能。 机电一体化包含机电一体化技能和机电一体化体系两方面 的内容。典型的机电一体化体系有数控机床、工业机器人、轿车等。 2、机和电的联系： 在机电一体化体系中， “机”指机械部分，包含结构、履行组织、传感器组织等。 “电” 指电子部分，包含操控电路和电气连线等。二者联系是， “机”是根底， “电”是中心。机电 体系在电的操控下，和谐各机械部件(传感器、电机、结构等)完结各种指令及功用。 3、机电一体化的范畴： 但凡由各种现代高新技能与机械和电子技能彼此结合而形 成的各种技能、产品以及体系都归于机电一体化的范畴 4、机电一体化的开展趋势： 1）功用上，向高精度、高效率、高功用、智能化的方向开展。 2）功用上，向小型化、轻型化、多功用化方向开展。 3）层次上，向体系化、复合集成化的方向开展。体系结构选用选用开放式和模式化的总线 结构，并具有强壮的通讯功用，如 RS232、RS485、CAN 等。 4）机电一体化单元向模块化方向开展，运用规范模块处理体系集成中的不匹配、不兼容问 题。 5）机电一体化产品向网络化方向开展，依据网络的各种长途操控和监督含义严重。 6、机电一体技能的首要特征 1）全体结构最优化。在规划机电一体化体系时，归纳运用机械、电子、硬件、软件等 各种常识和理论，完结体系优化。 2）体系操控智能化。机电一体化体系具有主动操控、主动检测、主动信息处理、主动 确诊、主动记载、主动显现等功用。 3）操作功用柔性化。经过软件和程序完结对体系组织的操控和和谐。操作流程经过软 件设定，灵敏、便利。 7、机电一体化的意图功用： 任何一种机电一体化产品或体系都是为满意人们某种需求而开宣布产的， 都具有相应的 意图功用。归纳起来有必要具有三大意图功用：1）改换(加工、处理)功用；2）传递(移动、 运送)功用；3）存储(保存、记载)功用。 17、机电一体化体系开发工程道路首要分为以下几个阶段：可行性证明、初步规划、具体 规划、施行和测验、运转和保护。 39、电平检测电路概述 功用：完结对两个输入模仿量进行比较，并输出逻辑电平，依据逻辑电平可 以指示两输入模仿量的巨细联系。 组成：电压比较器、二极管、逻辑器材等。 运用：温度、液位等上下限检测等。 10、可变磁阻式自感型电感传感器作业原理 1）可变磁阻式自感型电感传感器由线圈、铁芯、衔铁、气隙组成。 2）传感器磁路的自感 L 由公式 确认。 式中：W 为线 为空气导磁率。公式标明，自感 L 与气隙σ 的巨细成反比， 与气隙的导磁截面积 S0 成正比。 3）当固定 S0 不变而改动σ 时，L 与σ 呈非线性联系。经过丈量自感的改变，咱们就可 以得到气隙间隔的改变，这便是该传感器的作业原理。 56、信号的滤波电路概述 1、滤波器的分类 滤波器是具有频率挑选效果的电路或运算处理体系，具有滤除噪声和别离各种不同信号 的功用。简略了解便是，有用频率信号经过，无用频率信号被按捺的电路。 按传递函数的微分方程阶数分：零阶、一阶、二阶、高阶滤波器。 按滤波器的选频效果分：低通、高通、带通和带阻滤波器。带通滤波器可由高通滤波器和 低通滤波器串联组成。带阻滤波器可由高通滤波器和低通滤波器并联组成。 依据构成滤波器的元件类型分：RC、LC 或晶体谐振滤波器。 依据构成滤波器的电路性质分：有源滤波器和无源滤波器。有源滤波器选用 RC 网络和 运算扩大器组成，其间运算扩大器具有极间阻隔和信号扩大的效果，RC 网络一般作为运算 扩大器的负反馈网络 依据滤波器所处理的信号性质分：模仿滤波器与数字滤波器。 2、滤波器的根本参数 滤波器的首要参数有截止频率、带宽、品质因数(Q 值)和倍频程挑选性等。 (1)截止频率： 增益下降到通频带增益除以根号 2 时， 所对应的频率称为滤波器的截止频率。 公式为 ，其间 K 为通频带增益。用分贝表明便是-3dB。 (2)带宽 B：上下两截止频率之间的频率规模称为滤波器带宽，即 B =f2-f1，单位为 Hz。带 宽决议了滤波器的频率分辨力，带宽越小，分辨力越高。 (3)品质因数 Q：中心频率 f0 和带宽之比称为滤波器的品质因数 Q。 (4)倍频程挑选性：是指在上截止频率 f2 与 2f2 之间或鄙人截止频率 f1 与 f1/2 之间增益的衰 减量，即频率改变一个倍频程时的衰减量，以 dB 为单位。它决议了滤波器对带宽外频率成 分的衰阻才能。滤波器的阶数越高、衰减越快，挑选性越好。 26、信号扩大电路概述 1、信号扩大电路的效果：信号扩大电路亦称扩大器，用于将传感器或经根本转化电路输出 的弱小信号不失真地加以扩大，以便于进一步加工和处理。 2、信号扩大电路的要求：传感器输出信号较弱，最小的达 0.1μ V，动态规模较宽， 往往有很大的共模搅扰电压。丈量扩大电路的意图是检测叠加在高共摸电压上的弱小信号， 因而要求丈量扩大电路具有高输入阻抗、共模按捺才能强、失调及漂移小、噪声低、闭环增 益安稳性高级功用。 现在运用最多的工业操控微机首要会集在 PC 总线工控机、STD 总线工控机、单片机或单板 机组成的微机体系和可编程操控器等几大类 10、单片机概念 单片机全称是单片微型核算机，英文为 Single Chip Microcomputer。便是在一个集成 电路上集成了微型核算机的悉数根本资源，包含中央处理器(CPU)、只读存储器(ROM)、随 机存储器(RAM)、定时器/计数器、串行通讯及中止体系和各种输入输出接口等多种资源。 11、单片机的特色 （1）体积小、重量轻、功耗低、功用强、性价比高。 （2）数据大都在单片机内部传送，运转速度快，抗搅扰才能强，可靠性高。 （3）结构灵敏，易于组成各种微机运用体系。 （4）运用广泛，既可用于进程操控、机电一体化产品等场合，又可用于丈量仪器、医疗 仪器、家用电器、核算机网络及通讯等范畴。此外在航空、航天等军工范畴，单片机运用也 非常广泛。当今社会，单片机的运用无所不在。 12、单片机最小体系，或许称为最小运用体系，是指用最少的元件组成的单片机能够作业 的体系。对 51 系列单片机来说，最小体系一般应该包含：单片机、晶振电路、复位电路和 供电电源。 3、人机交互接口是操作者与机电一体化体系(首要是核算机操控器)之间进行信息交流的接 口。按信息的传递方向，人机接口能够分为两大类：输入接口与输出接口。人机交互接口具 有专用性、低速性、高性价比等特色，规划时需求予以考虑。 4、人机交互接口的效果：操作者经过输入接口向核算机操控器输入各种操控指令，对体系 运转进行操控， 完结体系要求完结的各项功用及使命； 一起核算机操控器经过输出接口向操 作者显现体系的各种状况、运转参数及成果等信息。 4、常用的输入设备：按钮、开关、拨码盘、键盘、触摸屏等。 5、常用的输出设备：状况指示灯、扬声器、数码管显现器、LCD 显现器等。 7、结合简略开关输入电路原理图，阐明电路功用及怎么挑选上拉电阻的巨细。P277 电路功用：1）完结开关状况向逻辑电平的转化，供单片机采样； 2）当开关断开时，高电平 5V 送给单片机采样； 3）当开关闭合时，低电平 0V 送给单片机采样。 电阻挑选： 1）阻值不能过大，阻值过大会下降传输的高电平值； 2）阻值不能过小，阻值过小会增大电路功耗； 3）上拉电阻应全面考虑开关的触点电流和整个电路的功耗再确认，一般 10K 左右。 18、点亮 LED 数码管有静态和动态两种办法。所谓静态显现便是数码管显现某一字符时， 相应的发光二极管安稳的导通或截止。静态显现时，较小的电流能得到较高的亮度，所以可 以由单片机 IO 口直接驱动，静态显现办法合适与显现位数少的状况。当位数较多时，用静 态显现需求占用太多的 IO 口，所以，一般选用动态显现的办法。所谓动态显现便是一位一 位地轮番点亮各位数码管，即扫描点亮。数码管的亮度既与导通电流有关，也与点亮时刻和 扫描间隔时刻有关。经过调整电流和时刻参数，能够完结高亮度、高安稳的显现。动态显现 需求电流较大，一般需求在单片机和数码管之间添加驱动电路。 机械有触点开关常用的三种改换方法：操控体系自带电源方法、外接电源方法、恒流源方 式。 29、A/D 转化器的首要技能目标： 1)转化时刻和转化速度。转化时刻是 A/D 完结一次转化所需求的时刻。转化时刻的 倒数即为转化速率。 2)分辨率。A/D 转化器的分辨率习惯上用输出二进制位数或 BCD 码位数表明。12 位 AD 的分辨率为 1/2^12。 3）A/D 转化精度。A/D 转化精度界说为一个实践 A/D 转化器与一个抱负 A/D 转化 器在量化值上的差值，可用绝对误差和相对误差表明。 操控体系检测的信号归纳起来有三种：开关信号(如限位开关、时刻继电器等)、模仿信号(如 热敏电阻、应变片等)、频率信号(如霍尔速度传感器、超声波无损探伤等)。 1、检测体系的界说： 检测体系是机电一体化体系中的一个重要组成部分，用于检测有关外界环境及本身 状况的各种物理量(如力、温度、间隔、变形、方位、功率等)及其改变，并将这些信号转化 成电信号，然后再经过相应的改换、扩大、调制与解调、滤波、运算等电路将所需求的信号 检测出来， 反馈给操控设备并显现。 完结上述功用的传感器及其信号处理电路就构成了机电 一体化体系中的检测体系。 检测体系因为运用的传感器不同分为模仿式传感器检测体系和数 字式传感器检测体系。 2、模仿式传感器检测体系的组成，及各部分的效果 1）体系组成：模仿传感器、根本转化电路、量程切换电路、扩大电路、调制解调电 路、滤波电路、运算电路、模数转化电路、核算中心、显现履行组织、电源等。 2）各部分的效果： 模仿传感器担任将被测的位移、温度等非电物理量转化成电阻、电容、电感等电参量 或直接转化成电压、电流等模仿信号。 根本转化电路担任将电阻、电容、电感等电参量转化成电压、电流等模仿信号。 量程切换电路：依据信号的不同丈量规模，切换量程，完结高精度丈量。 模数转化电路担任将模仿信号转化为数字信号供 CPU 处理 振荡器完结信号的调制与解调。 3、数字式传感器检测体系的组成，及各部分的效果 1）体系组成：数字传感器、扩大电路、整形电路、分频电路、辩向电路、计数电路、 存放电路、核算机和显现履行组织组成。 2）各部分的效果： 数字传感器担任将检测的物理量转化成数字式的脉冲信号， 脉冲频率表明物理量的巨细。 扩大电路和整形电路担任将不规矩的脉冲信号调整成规范的数字脉冲信号， 起伏和上 升下降沿合适后续丈量。 分频电路也叫细分电路，意图是进步计数精度。 辩向 电路辨认信号是增大仍是减小。计数器担任脉冲计数。核算机依据计数成果操控和显现。 4、机电一体化对检测体系在功用方面的要求：精度、灵敏度和分辨率高；线性、安稳 性和重复性好；抗搅扰才能强，静、动态特性好。 此外，某些体系对传感器及其检测体系提出了一些特殊要求，如体积小、重量轻、价格 廉价、便于设备与修理、耐环境功用好等。 5、传感器的概念 传感器是一种以必定精度将被测物理量转化为与之有确认对应联系的、易于丈量 的某种电参数物理量的丈量部件或设备。被测物理量能够是力、温度、位移、速度、位 置等。电参数物理量能够是电阻、电容、电感、电压、电流等。一般由灵敏元件、转化 元件和根本转化电路三部分组成。 6、传感器的分类 按被测物理量分为： 位移传感器、速度传感器、 加速度传感、力传感器、温度传感器等。 按传感器作业的物理原理分为：电阻式、电感式、电容式、 光电式等等。 7、传感器的静态特性 所谓静态特性是指当被丈量处于安稳状况时， 传感器的输出与输入的联系特性。 衡量传 感器静态特性的重要目标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力、零漂、精度等。 8、传感器的动态特性 动态特性反映了被丈量快速改变时，传感器的功用。在运用传感器丈量动态压力、 振荡等随时刻快速改变的参数时， 需求调查传感器的动态特性。 衡量传感器动态特性的重要 目标有时域目标和频域目标。 2、核算机接口技能归纳起来一般分为如下几种： ? 人机交互接口技能。一般包含键盘接口技能、显现接口技能、打印接口技能等。 ? 核算机进程输入接口技能。一般包含 AD 转化接口技能、频率量输入接口技能、开关 量输入接口技能等。 ? 核算机进程输出接口技能。一般包含 DA 转化接口技能、频率量输出接口技能、开关 量输出接口技能等。 ? 体系间通讯接口技能。一般包含 CAN 通讯技能、RS232、RS485 通讯技能等。 10、机电一体化构成要素 任何一种机电一体化产品或体系都是由操控单元、检测单元、履行单元、机械本体和动力源 等五个要素构成。各要素之间的联系如下图所示。 操控信息 操控单元 参数变 化信息 履行单元 驱动力 能 量 动力源 检测 参数 检测传 机械本体 感单元 21、结合下图阐明光电式转速传感器作业原理： 1）光电式转速传感器由设备在被测轴上的带缝隙圆盘、光源、光电接纳器材和指示缝隙盘 组成，如图所示。 2） 光源宣布的光经过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器材上， 当缝隙圆盘随被测轴滚动时， 圆盘每转一周，光电器材输出与圆盘缝隙数持平的电脉冲。 3）依据丈量时刻 t 内的脉冲数 N，可得转速为 n=60N/(Zt)。其间，t 为丈量时刻(s)，Z 为圆 盘上的缝隙数。一般取 Zt=60×10m (m=0,1,2,…)。 28、下图为典型的同相输入高阻抗扩大器，运用虚短和虚断的准则剖析其差模增益？ 30、下图为典型的高共模按捺比差动扩大器，运用虚短和虚断的准则剖析其差模增益？ 36、下图是双电源差分电路原理图，剖析其作业原理及传递函数。 1）电路选用对称的双直流电源供电，传感器的一对差分阻抗构成分压器的两臂。 2）在平衡时，Z1=Z2=Z0，电路输出为 0； 3）当被丈量发生改变时，传感器的阻抗也随之双向改变，设改变量为Δ Z， 则 Z1=Z0+Δ Z，Z2=Z0-Δ Z。 4） 所以可得阻抗改变与输出电压的联系， 如公式(2.47)所示。 输出电压反响被丈量的改变。 37、下图是桥式差分电路原理图，剖析其作业原理及传递函数。 1）电路选用单直流电源供电，两个阻抗元件 Z 的中点接地，构成对称供电方式。 2）传感器的一对差分阻抗构成桥式差分电路的别的两臂，在平衡时，Z1=Z2=Z0，电路输 出为 0； 3）当被丈量发生改变时，传感器的阻抗也随之双向改变，设改变量为Δ Z，则 Z1=Z0+ Δ Z，Z2=Z0-Δ Z。 4） 所以可得阻抗改变与输出电压的联系， 如公式(2.48)所示。 输出电压反响被丈量的改变。 41、下图中，VS1 和 VS2 为 5V 稳压管，试阐明电路的称号、功用，并制作输入输出电压 联系图。 1）称号：反相输入过零比较器 2）功用：当输入信号 Ui0 时，比较器输出信号 Uo0，且因为 VS1、VS2 和 R 的限幅效果， 使得比较器的输出为 Uo=-5.7V；当 Ui0 时，比较器输出信号 Uo0，且 Uo=5.7V。 3）输入输出电压联系图如图所示，其间 UZ=5V，UD=0.7V。 15、规划一个依据三极管的状况指示灯操控电路，并阐明电路的作业原理。 1）三极管的效果是电流扩大，电阻的效果是限制电流，使流过 LED 的电流刚好大于点亮电 流； 2）当单片机输出高电平时，三极管截止，LED 灯不亮； 3）当单片机输出低电平时，三极管导通，LED 灯点亮。 17、关于共阳极数码管，若 a、b、c、d、e、f、g、dp 操控引脚的状况依次为 00000011,则 显现值为数字“0” ；关于共阴极数码管，若 a、b、c、d、e、f、g、dp 操控引脚的状况依 次为 10011110,则显现值为字符“E” 。 38、下图为开关量整形与电平改换的典型电路图，试阐明电路中各元件的效果及功用。 1、FB5、CT5、C17 的效果：去除毛刺尖峰； 2、R1、WD1 的效果：运用稳压管 WD1 设置导通门限电压为 30V，大于 30V，导通，小于 30V 截止，进步抗搅扰才能； 3、光耦 TLP1 的效果：电气阻隔与电平转化； 4、斯密特触发器 U10 的效果：波形整形，转化成规范方波信号；
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