物联网在机电一体化接口技术中的研究与应用

李月振， 苏文科， 赵 健

（青岛恒星科技学院， 山东 青岛 266100）

引言

技术融合是推动事物进步的有效方法。随着时代的发展，在机电一体化的发展进程中，融入其他领域技术，会实现质的飞跃。物联网技术具有诸多优势，对物联网技术与机电一体化接口技术融合进行研究与应用，是一个有意义的研究课题。

1 机电一体化的含义

早些年，机电一体化系统的核心内容是机械设计，电气的主要作用是为机械部件提供驱动力，并不作为机电设计的核心要素。直流电动机的加入使得机电一体化系统机械传动结构的设计变得更加简单，也是机电一体化系统具有变速能力的关键[1]。但是，对各个机械部件的精确控制成为了一个新的难题，我们无法得知每个部件的工作状态，控制的精确程度无法提升，也为设备检测和设备安全管理增加了诸多难题。

随着机械技术的不断发展，机电一体化系统有了新的进步。精细化控制技术与软件技术的开发与结合为机电一体化的精确控制提供了条件，机电一体化设计的核心内容也得到了很好的补充。伺服驱动性能作为机电一体化系统的主要性能之一，对整个机电一体化系统具有重要意义。伺服驱动性能在一定程度上决定着整个系统的性能，也决定了系统设计是否可以打破传统，并进行有效的系统化简[2]。系统的化简必须使机械系统保持良好的惯量以及稳定的系统动态性能。

在机电一体化系统中，机器各部分的运行情况以及系统的稳定性是通过传感器实时在线监控的，这样既能保证系统的运转安全，又能及时反馈系统问题，提高系统的服务质量。在物联网大发展的时代背景下，机械、电控以及信息技术的结合越来越紧密，机电一体化系统的发展需要各个领域相互配合，这样才能在整体性能上有长足的发展。

机电一体化系统的完善与改进是一个随时代发展的过程。目前，机电一体化系统的设计核心已经从机械设计转化到机电的接口技术上，接口设计已经成为研究机械一体化的核心设计内容，并引起了业界人士的广泛关注。

2 物联网简介

物联网是互联网、无线通信技术等多领域融合的产物，信息技术与机电控制技术的发展带动了物联网的产生。如应用于自动定位功能、信号测试功能的各种传感器，以及其他具有信息感应技术作用的元件、设备，与需要被检测、控制的设备相连接，将感应器连入互联网，就可以实现信息的收集。互联网具有覆盖范围广、可无线操作等特点，实现了远程操控等功能。物联网的研究目的是将远程的两个物体之间、物体与人之间、人与人之间建立起一定的联系，从而实现信息交换、信息收集、信息处理与识别以及远程机械控制等功能[3]。

物联网这个概念一经国际电信联盟提出，就引起了国际社会的广泛关注，在ITU 的报告中特意强调了这一新事物的重要性，称它标志着一个新时代的到来。经过十几年的发展，物联网技术现在已经逐渐成熟，通信技术、传感技术以及软件技术的相关领域也迅速发展，并表现出巨大的发展潜力，相信在未来的发展中，物联网技术会给人们带来更便捷、更优质的生活。

3 机电一体化接口技术

3.1 机电接口技术的基本概念

机电接口技术是机电一体化系统的核心技术之一，是研究机电系统内各组成部分之间连接技术的一项新技术。机电接口技术的研究对机电一体化系统化简以及稳定运行具有重要意义，这项技术可以使机电系统内的各个子系统和各个元件之间的信号或者能量实现相互交换和整合，实现不同模块信息的综合分析。传统意义上的接口是物理接口，信息是通过物理接口进行传递的，新型的机电接口是物联网应用下的无线接口，且大部分有线接口已经被无线接口取代，这正是因为物联网的无线接口比有线接口的安全性更高，且系统的设计更加简单，达到了机电一体化设计简化的目的。另一方面，物理接口的减少为硬件的加工减小了难度，在一定程度上也降低了制造成本，降低了硬件的维护费用。

3.2 机电一体化接口的作用

机电一体化接口的作用是实现机电系统中各个子系统之间的信号和能量传递，可以将不同技术领域的部件进行连接，达到一体化的目的。机电接口技术主要分为硬件部分和软件部分。硬件的主要功能是给人与物或者物与物之间建立起信息传递的物理通道。软件的功能主要是系统内各技术组之间的信息转化和融合，协调各子系统之间的信息资源，从而实现系统中新数据的产生等其他新的功能。机电接口技术是物联网条件下机电一体化的必然需要，它是硬件制造能力、信息技术高速发展等多领域共同发展的产物，它的融入为机电一体化的进一步发展开辟了新的道路。

3.3 接口的分类

目前，机电一体化接口共有两种类型，即有线接口技术和无线接口技术。有线接口技术比无线接口技术较早出现，但两者各有其特点，就现在的发展形式来看，无线接口技术的研究受到了更多的关注，且发展潜力也更大。

3.3.1 有线接口技术

有线接口技术出现较早，在经过十几年的发展后，无论是研究、生产还是应用都已经比较成熟了，也是现在应用最广泛的一种，其效果也得到了广泛的肯定。有线接口技术需要特定的硬件设施相配合，在机电一体化的设计上，就要规划好有线接口的部分属性，如数量、位置、功能等。在某些情况下，接口的物理性能可能有特殊的要求。例如设备的工作环境并不是静态，这就要求接口的衔接性能要强，又如设备的工作环境多水多酸碱，这就要求接口有良好的抗腐蚀性能。在系统运行中，有线接口是必不可少的，它为各子系统之间提供最基础的物理传输通道，保证了系统的基础运行得以实现[4]。

3.3.2 无线接口技术

无线接口技术是一种新生的技术，就近几年的表现来看，其性能在某些方面会超过有线接口技术。无线接口技术是通过蓝牙、CDMA 和LTE 等技术，通过无线电进行信息传播的。相对于有线接口技术，无线接口技术在接口的物力成本和接口物理性能上的要求更小，但对网络安全的要求更大。无线接口技术需要无线电信号处理装置才能完成功能，所以在使用过程中，无线电信号的加密和网络系统的安全就成了无线接口技术新的难题。在机电一体化系统的局域网接口中，需要使用特定的设备对系统进行远程控制，现代的移动设备一般都具有特定的IMEI码，这也为无线网络安全提供了一层坚实的保障。在数据库中储存好已有的IMEI 码，在信号输入时，对数据进行比较，将安全的信号通过，对于IMEI 码不正确的信号，可以做到及时阻止并向工作人员反馈。

4 物联网技术下接口技术的发展方向

在传统的控制技术中，无论是PID 控制技术还是PLC 控制技术，作用对象和作用结果都是单方面的，不利于实现系统的多功能化和系统化，也不利于与物联网结合。通过单片机结合控制软件，将传统的控制系统与物联网结合，实现信息资源配置、指令制定和发送等功能，在未来发展上还是有希望的[5]。

模糊数学理论与接口技术的融合产生了不错的效果。模糊控制通过近似推理来完成控制算法的优化，在模拟人的决策过程中使算法更加合理、更符合人的习惯，也使系统的可控性大大增加。在数学理论的支持下，模糊控制对于非线性的滞后系统控制更加适用，在液压控制、PLC 控制领域都有很好的表现。模糊控制、物联网与机电一体化的有机结合大大提高了控制质量，也有利于系统的稳定，是一个很好的发展方向。

现代控制技术与现代计算技术的加入为机电一体化接口技术的发展提供了更多思路。以多方面输入和多方面输出为特点的现代控制技术满足了当今接口技术的现实需求，例如神经网络系统的开发就是现代控制技术的成果。物联网技术离不开计算机技术，物联网技术的发展需要计算机技术的支持，因此在提高控制精确度和控制安全性等方面需要很好地结合现代计算机技术。现代控制技术和现代计算机技术为信号多方面输入、多方面输出提供了可能。采用光纤技术就能很好地解决数据输送能力、信息处理能力以及端口的数据输送能力等问题。光纤具有很好的光信号传输能力，通过光纤端的大量小型端口，可实现多信号的光电转化，完成多信号的传输与处理。

5 结语

物联网技术是第三次信息革命的重要成果，利用好物联网技术对国家的未来发展会有十分重大的影响。将物联网技术与机电一体化的接口技术相互融合，既为机电一体化接口技术的发展找到了新的突破口，又符合时代发展的要求[6]。但物联网作为新事物，它的融入依旧处于发展阶段，要想充分发挥出物联网的优势，激发物联网在机电应用上的巨大潜力，目前的水平还是不够的。因此物联网在机电一体化接口技术中的研究与应用这一问题上，我们还有很多很多的工作要做。