物聯網在機電一體化接口技術中的研究與應用

李月振， 蘇文科， 趙 健

（青島恒星科技學院， 山東 青島 266100）

引言

技術融合是推動事物進步的有效方法。隨著時代的發展，在機電一體化的發展進程中，融入其他領域技術，會實現質的飛躍。物聯網技術具有諸多優勢，對物聯網技術與機電一體化接口技術融合進行研究與應用，是一個有意義的研究課題。

1 機電一體化的含義

早些年，機電一體化系統的核心內容是機械設計，電氣的主要作用是為機械部件提供驅動力，并不作為機電設計的核心要素。直流電動機的加入使得機電一體化系統機械傳動結構的設計變得更加簡單，也是機電一體化系統具有變速能力的關鍵[1]。但是，對各個機械部件的精確控制成為了一個新的難題，我們無法得知每個部件的工作狀態，控制的精確程度無法提升，也為設備檢測和設備安全管理增加了諸多難題。

隨著機械技術的不斷發展，機電一體化系統有了新的進步。精細化控制技術與軟件技術的開發與結合為機電一體化的精確控制提供了條件，機電一體化設計的核心內容也得到了很好的補充。伺服驅動性能作為機電一體化系統的主要性能之一，對整個機電一體化系統具有重要意義。伺服驅動性能在一定程度上決定著整個系統的性能，也決定了系統設計是否可以打破傳統，并進行有效的系統化簡[2]。系統的化簡必須使機械系統保持良好的慣量以及穩定的系統動態性能。

在機電一體化系統中，機器各部分的運行情況以及系統的穩定性是通過傳感器實時在線監控的，這樣既能保證系統的運轉安全，又能及時反饋系統問題，提高系統的服務質量。在物聯網大發展的時代背景下，機械、電控以及信息技術的結合越來越緊密，機電一體化系統的發展需要各個領域相互配合，這樣才能在整體性能上有長足的發展。

機電一體化系統的完善與改進是一個隨時代發展的過程。目前，機電一體化系統的設計核心已經從機械設計轉化到機電的接口技術上，接口設計已經成為研究機械一體化的核心設計內容，并引起了業界人士的廣泛關注。

2 物聯網簡介

物聯網是互聯網、無線通信技術等多領域融合的產物，信息技術與機電控制技術的發展帶動了物聯網的產生。如應用于自動定位功能、信號測試功能的各種傳感器，以及其他具有信息感應技術作用的元件、設備，與需要被檢測、控制的設備相連接，將感應器連入互聯網，就可以實現信息的收集。互聯網具有覆蓋范圍廣、可無線操作等特點，實現了遠程操控等功能。物聯網的研究目的是將遠程的兩個物體之間、物體與人之間、人與人之間建立起一定的聯系，從而實現信息交換、信息收集、信息處理與識別以及遠程機械控制等功能[3]。

物聯網這個概念一經國際電信聯盟提出，就引起了國際社會的廣泛關注，在ITU 的報告中特意強調了這一新事物的重要性，稱它標志著一個新時代的到來。經過十幾年的發展，物聯網技術現在已經逐漸成熟，通信技術、傳感技術以及軟件技術的相關領域也迅速發展，并表現出巨大的發展潛力，相信在未來的發展中，物聯網技術會給人們帶來更便捷、更優質的生活。

3 機電一體化接口技術

3.1 機電接口技術的基本概念

機電接口技術是機電一體化系統的核心技術之一，是研究機電系統內各組成部分之間連接技術的一項新技術。機電接口技術的研究對機電一體化系統化簡以及穩定運行具有重要意義，這項技術可以使機電系統內的各個子系統和各個元件之間的信號或者能量實現相互交換和整合，實現不同模塊信息的綜合分析。傳統意義上的接口是物理接口，信息是通過物理接口進行傳遞的，新型的機電接口是物聯網應用下的無線接口，且大部分有線接口已經被無線接口取代，這正是因為物聯網的無線接口比有線接口的安全性更高，且系統的設計更加簡單，達到了機電一體化設計簡化的目的。另一方面，物理接口的減少為硬件的加工減小了難度，在一定程度上也降低了制造成本，降低了硬件的維護費用。

3.2 機電一體化接口的作用

機電一體化接口的作用是實現機電系統中各個子系統之間的信號和能量傳遞，可以將不同技術領域的部件進行連接，達到一體化的目的。機電接口技術主要分為硬件部分和軟件部分。硬件的主要功能是給人與物或者物與物之間建立起信息傳遞的物理通道。軟件的功能主要是系統內各技術組之間的信息轉化和融合，協調各子系統之間的信息資源，從而實現系統中新數據的產生等其他新的功能。機電接口技術是物聯網條件下機電一體化的必然需要，它是硬件制造能力、信息技術高速發展等多領域共同發展的產物，它的融入為機電一體化的進一步發展開辟了新的道路。

3.3 接口的分類

目前，機電一體化接口共有兩種類型，即有線接口技術和無線接口技術。有線接口技術比無線接口技術較早出現，但兩者各有其特點，就現在的發展形式來看，無線接口技術的研究受到了更多的關注，且發展潛力也更大。

3.3.1 有線接口技術

有線接口技術出現較早，在經過十幾年的發展后，無論是研究、生產還是應用都已經比較成熟了，也是現在應用最廣泛的一種，其效果也得到了廣泛的肯定。有線接口技術需要特定的硬件設施相配合，在機電一體化的設計上，就要規劃好有線接口的部分屬性，如數量、位置、功能等。在某些情況下，接口的物理性能可能有特殊的要求。例如設備的工作環境并不是靜態，這就要求接口的銜接性能要強，又如設備的工作環境多水多酸堿，這就要求接口有良好的抗腐蝕性能。在系統運行中，有線接口是必不可少的，它為各子系統之間提供最基礎的物理傳輸通道，保證了系統的基礎運行得以實現[4]。

3.3.2 無線接口技術

無線接口技術是一種新生的技術，就近幾年的表現來看，其性能在某些方面會超過有線接口技術。無線接口技術是通過藍牙、CDMA 和LTE 等技術，通過無線電進行信息傳播的。相對于有線接口技術，無線接口技術在接口的物力成本和接口物理性能上的要求更小，但對網絡安全的要求更大。無線接口技術需要無線電信號處理裝置才能完成功能，所以在使用過程中，無線電信號的加密和網絡系統的安全就成了無線接口技術新的難題。在機電一體化系統的局域網接口中，需要使用特定的設備對系統進行遠程控制，現代的移動設備一般都具有特定的IMEI碼，這也為無線網絡安全提供了一層堅實的保障。在數據庫中儲存好已有的IMEI 碼，在信號輸入時，對數據進行比較，將安全的信號通過，對于IMEI 碼不正確的信號，可以做到及時阻止并向工作人員反饋。

4 物聯網技術下接口技術的發展方向

在傳統的控制技術中，無論是PID 控制技術還是PLC 控制技術，作用對象和作用結果都是單方面的，不利于實現系統的多功能化和系統化，也不利于與物聯網結合。通過單片機結合控制軟件，將傳統的控制系統與物聯網結合，實現信息資源配置、指令制定和發送等功能，在未來發展上還是有希望的[5]。

模糊數學理論與接口技術的融合產生了不錯的效果。模糊控制通過近似推理來完成控制算法的優化，在模擬人的決策過程中使算法更加合理、更符合人的習慣，也使系統的可控性大大增加。在數學理論的支持下，模糊控制對于非線性的滯后系統控制更加適用，在液壓控制、PLC 控制領域都有很好的表現。模糊控制、物聯網與機電一體化的有機結合大大提高了控制質量，也有利于系統的穩定，是一個很好的發展方向。

現代控制技術與現代計算技術的加入為機電一體化接口技術的發展提供了更多思路。以多方面輸入和多方面輸出為特點的現代控制技術滿足了當今接口技術的現實需求，例如神經網絡系統的開發就是現代控制技術的成果。物聯網技術離不開計算機技術，物聯網技術的發展需要計算機技術的支持，因此在提高控制精確度和控制安全性等方面需要很好地結合現代計算機技術。現代控制技術和現代計算機技術為信號多方面輸入、多方面輸出提供了可能。采用光纖技術就能很好地解決數據輸送能力、信息處理能力以及端口的數據輸送能力等問題。光纖具有很好的光信號傳輸能力，通過光纖端的大量小型端口，可實現多信號的光電轉化，完成多信號的傳輸與處理。

5 結語

物聯網技術是第三次信息革命的重要成果，利用好物聯網技術對國家的未來發展會有十分重大的影響。將物聯網技術與機電一體化的接口技術相互融合，既為機電一體化接口技術的發展找到了新的突破口，又符合時代發展的要求[6]。但物聯網作為新事物，它的融入依舊處于發展階段，要想充分發揮出物聯網的優勢，激發物聯網在機電應用上的巨大潛力，目前的水平還是不夠的。因此物聯網在機電一體化接口技術中的研究與應用這一問題上，我們還有很多很多的工作要做。