白斯琴

摘 要 无论是计算机技术还是机电一体化技术都是20世纪后期才繁荣发展起来的技术，这两类技术都对人类的生活方式以及生产活动造成了巨大的影响。科技的发展也带来了更为复杂的依靠单一手段很难处理的问题，这必然就需要跨学科协作，而技术与技术之间的整合往往会碰撞出绚烂的花火，比如将计算机超强的运算控制能力通过通讯技术与机电一体化技术进行整合将会是一个很有前景的课题。

关键词 计算机技术；机电一体化

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0002-02

顾名思义，机电一体化这门学科本身就不是一种单一的构成，它的英文单词mechatronics就是由机械学的英文词头与电子学的英文词尾构成。很明显这是主要以传统的机械技术加上新兴的电子技术为主体，由多门学科相互交叉融合的边缘学科。虽然机电一体化起步时间较晚，但是由于其对于工业生产的重要作用和广阔的应用前景而发展迅速，可以说机电一体化技术为人类的工业化大生产做出了重要的贡献，信息处理技术、传感与测试技术、伺服驱动技术、微电子技术等高新技术的不断发展、注入为机电一体化技术的发展带来了巨大的活力，解决了以往很难单凭一种技术解决的问题，使得人们能够处理的问题规模愈加庞大。科技的发展永无止境，机电一体化的发展也需要一直进行下去，虽然电子技术与计算机技术有诸多的重复之处，但计算机却有着更为庞大的运算、控制能力，在一些需要大规模管控的系统中，计算机技术与机电一体化技术的整合便变得非常的有意义了。

1 整合的意义与可能性

一门新技术的诞生需要两个条件：一是科技的进步，没有科技力量的支撑即使有心也是无力；二是社会的需求，没有需求作为动力也就没有了研究的价值。对于机电一体化也同样如此，机械技术、电气技术、微电子技术等技术的发展为其提供了坚实的基础；人们对生产与生活中的各种相关产品的质量与品种的需求为其提供了充足的动力，这是机电一体化能够诞生的条件，对于计算机技术与机电一体化技术的整合也可以从这两方面考虑。

从科技角度上讲，首先计算机技术的发展极为迅速，分支众多，其中不乏对机电一体化有用的类别，比如适应力更强的人工智能算法、更加高效率的集成控制系统设计等等。由于硬件条件所限，电子技术与计算机相比有着诸多的不足之处，计算机技术完全可以弥补这些不足，为机电一体化技术再添活力，作为桥梁的通讯技术的成熟与微电子芯片的运算能力的发展也为机电产品与计算机的融合提供了可能。

先不谈复杂的协同操作，仅以图像识别为例，对于复杂的图像识别，往往需要运算量巨大的算法支持，而机电一体化中承载的运算能力根本就不足以完成这个任务，显然使用计算机的性价比更高也更加的灵活。电子与计算机的通信也可以很好的解决，采用通用的如IIC，SPORT，SPI或者串口等，也可以自设计一些针对性更强的通讯协议保障机电一体化产品与计算机的通讯。

从需求角度来讲，小型的问题对机电一体化的要求并不是非常突出，但是大型的问题却是很有需求。机电一体化主要是机械与电子的结合，虽然应用了许多高新的技术手段大大的提升了各类性能参数，但伴随着问题的增长一味的提升电子技术能力便变得有些不合适了。最明显的一个例子就是协同操作上，如果机电一体化产品既要兼顾自己的任务执行又要与其他机电一体化产品通讯交流，那么对它的要求就有些越界了，更重要的是有可能机电一体化产品根本就不会知晓它需要与谁协同，这就需要一个类似大脑的角色来处理。面对此类问题，计算机与机电一体化技术的整合便显得非常有必要。

2 重要的两个技术问题

1）采用何种通信协议。计算机与机电一体化产品之间的整合必然离不开相互的通讯，第一个需要考虑的问题是通讯问题。计算机需要知道机电一体化产品的状态，有时也需要能够控制机电一体化产品动作，如果对实时性要求高的话还需要有快速通讯的能力。综合以上情况，便知采用何种通信方式很重要，决定这一问题需要从两个方面考虑。

将通讯协议标准化，即采用一个标准的通信协议。这样做的好处是可以获得很大的兼容性，可以与其他产品较好的一起工作，将机电一体化产品做成了一个可替换的小模块，提供了该模块支持的接口，只要符合这个接口那么就可以纳入到整个系统中来。这样对于用户而言就有了更多的选择余地，而且维护成本会下降，比如将智能洗衣机、智能灯具等智能家居产品与计算机或者手机的整合。

采用自己独特的通讯协议，做一个封闭的系统。生产厂家这样做第一是可以优化通讯协议，其针对性较强，厂家可以尽可能的提升产品的性能而不用考虑兼容性问题，第二是如果厂家竞争力较强的话，一套封闭的系统可以保证不被其他厂家染指，从而获取更高的利润，比如大型工业生产系统。

2）系统大致框架设计。当前的机电一体化产品非常的丰富，从工业生产装备到智能家居都有所涉猎，虽然应用方向不同但是由于计算机和机电一体化产品的特性决定了它们在整合后系统中各自的地位与作用是相似的。在机电一体化产品中，机械设备、探测设备等均为执行机构，电子设备为控制机构，整合后的机电产品应该作为一个具有一定独立执行能力的执行机构，将计算机作为调度控制机构，大致的层级如下。

这是一种最为简单的整合框架。在系统中，机电产品只需要能够完成自己的工作，并向上提供自身状态即可，计算机接受所有机电产品的状态并进行资源整合，必要时对机电产品下达指令完成任务。

对于整个系统来讲，这样做模块化较高，维护成本降低。首先在复杂系统中降低了对机电产品的要求，一个机电产品不需要与其他机电产品相互沟通，做好本职工作即可，一旦出现问题仅需要将出问题部分更换，对系统的冲击较小，维护费用较低。模块化带来的另一个好处是后期升级方便，无论是想替换系统中某一个机电产品还是升级整个的系统控制方式都可以很方便的进行。

具体的系统设计因使用不同而不同，但框架与设计思路是一定的，都是以计算机作为大脑以机电产品作为身体进行设计，在更复杂的系统中可能还会需要将简单系统作为一部分融入到整个系统中作为一个类似简单系统中机电产品的角色。在工业生产中可能这种整合更加的严密些，在类似智能家居这种松散不确定的系统中可能会宽泛些，但无论怎样，整合后的系统都可以更大程度上发挥机电产品的能力，更加高效节约的完成资源调配，最重要的是可以用来解决更多难以依靠单一机电产品解决的问题。

3 结束语

由于生产力的进步与发展，人们对于生活方式和生产方式都提出了更高的要求，现有的机电产品虽然发展较快但是许多都处于独自为战的状态，不仅难于管理且维护、升级成本较高，而利用计算机的集成能力整合机电产品是一个很好的解决思路，无论是创建智能家居联合网络系统为生活提供方便还是集成种类繁多的机电产品去完成工业生产都需要将计算机技术与机电一体化技术整合，在物联网时代即将到来的今天，机电产品整合是大势所趋。

参考文献

[1]俞竹青.机电一体化系统设计[M].电子工业出版社，2011.endprint