机电一体化系统设计（第2版）

机电类高等理工教材，偏向应用型本科使用。 

本书论述了机电一体化技术的基本原理、机电一体化系统的构成以及电路设计。全书共7章。内容包括：机电一体化技术的基本概念，机电一体化系统中的机械系统、检测系统、执行系统、计算机控制控制系统的设计等。本书注重理论与实际的结合，重视解决工程实际问题，并力求做到突出重点，层次分明，语言易懂，便于读者自学。

俞竹青，江苏工业学院，机械工程系教师。长期从事机电一体化发现的理论与实践的研究与教学。主要作品有：《机电一体化系统社》，电子工业出版社，2010.

目    录
第1章  概论 （1）
1.1  机电一体化概念 （1）
1.2  机电一体化系统的构成 （1）
1.3  机电一体化关键技术 （2）
复习思考题 （3）
第2章  机械系统部件及其设计 （4）
2.1  概述 （4）
2.1.1  机电一体化产品对机械系统部件的基本要求 （4）
2.1.2  机电一体化产品机械系统的基本组成及其功能 （5）
2.2  机械传动机构 （5）
2.2.1  齿轮传动机构及其设计 （6）
2.2.2  丝杠螺母机构及其选用 （15）
2.2.3  同步带传动 （30）
2.3  导向与支承机构 （37）
2.3.1  回转运动支承 （37）
2.3.2  直线运动支承 （42）
2.3.3  框架类支承构件 （55）
2.4  机械执行机构 （60）
2.4.1  机械执行机构的功能 （60）
2.4.2  机械执行机构的分类 （62）
2.4.3  机械执行机构设计的要求 （63）
2.4.4  机械执行机构设计的步骤 （64）
复习思考题 （65）
第3章  检测传感器及其接口电路 （66）
3.1  温度传感器 （66）
3.2  力传感器 （69）
3.2.1  金属电阻应变片式力传感器 （69）
3.2.2  半导体应变式力传感器 （71）
3.3  位移测量传感器 （71）
3.3.1  电容位移传感器 （71）
3.3.2  气隙电感位移传感器 （72）
3.3.3  差动变压器结构电感式位移传感器 （73）
3.3.4  涡流电感式位移传感器 （75）
3.4  光电传感器 （75）
3.5  光电编码器 （79）
3.5.1  增量式光电编码器构成及原理 （79）
3.5.2  绝对式光电编码器构成及原理 （81）
3.5.3  增量式光电编码器计数电路 （81）
3.6  差分信号传输 （83）
3.7  电流环信号传输 （85）
3.8  运算放大器的基本电路 （86）
复习思考题 （87）
第4章  执行元件及控制 （89）
4.1  执行元件的分类 （90）
4.1.1  电动执行元件 （90）
4.1.2  气动执行元件 （91）
4.1.3  液压执行元件 （91）
4.2  直流电动机的基本工作原理 （92）
4.3  三相异步电动机的旋转磁场 （93）
4.4  步进电动机 （94）
4.5  直线电动机 （96）
4.5.1  直线感应电动机 （97）
4.5.2  直线直流电动机 （99）
4.5.3  直线步进电动机 （100）
4.6  直流电动机的驱动控制 （102）
4.6.1  开关型功率接口电路 （102）
4.6.2  直流电动机PWM驱动方式 （106）
4.6.3  IR2130三相驱动控制集成芯片 （109）
4.7  交流伺服电动机控制 （111）
4.8  电-气比例阀、伺服阀 （113）
4.8.1  比例电磁铁 （113）
4.8.2  滑阀式电气方向比例阀 （115）
4.8.3  动圈式二级方向伺服阀 （116）
4.8.4  动圈式压力伺服阀 （117）
4.8.5  脉宽调制伺服阀 （118）
4.8.6  电-气比例伺服系统的应用实例（柔性定位伺服汽缸） （120）
4.9  电-液比例阀、伺服阀 （121）
4.9.1  电-液伺服阀 （121）
4.9.2  电-液比例阀 （124）
复习思考题 （125）
第5章  单片机及接口电路设计 （127）
5.1  MCS-51单片机 （127）
5.1.1  MCS-51单片机的引脚描述及片外总线结构 （127）
5.1.2  MCS-51单片机片内总体结构 （129）
5.1.3  MCS-51单片机基本外围电路 （130）
5.1.4  MCS-51单片机看门狗电路（MAX6814） （132）
5.2  A/D转换及与单片机接口电路设计 （133）
5.3  多路模拟开关 （135）
5.4  AVR单片机简介 （137）
5.4.1  ATmega128的结构和主要特点 （137）
5.4.2  ATmega128的封装和引脚 （138）
5.4.3  ATmega128的I/O端口描述 （140）
5.4.4  ATmega128端口的第2功能 （141）
5.4.5  ATmega128的时钟系统 （146）
5.5  AVR单片机开发工具（ATmega128） （147）
5.5.1  ICCAVR集成开发环境 （147）
5.5.2  ICCAVR介绍 （148）
5.5.3  ICCAVR导游 （153）
5.5.4  ICCAVR C库函数与启动文件 （155）
5.5.5  访问AVR硬件的编程 （156）
5.6  ATmega128基础实例 （157）
5.6.1  发光二极管应用实验 （157）
5.6.2  键盘电路应用实例 （160）
复习思考题 （162）
第6章  机电一体化系统的抗干扰设计 （163）
6.1  电磁干扰形成的条件 （163）
6.2  干扰源 （164）
6.2.1  供电干扰 （164）
6.2.2  过程通道干扰 （164）
6.2.3  场干扰 （165）
6.3  提高系统抗电源干扰能力的方法 （165）
6.3.1  配电方案中的抗干扰措施 （165）
6.3.2  利用电源监视电路抗电源干扰 （166）
6.3.3  用Watchdog抗电源干扰 （166）
6.4  电场与磁场干扰耦合的抑制 （167）
6.4.1  电场与磁场干扰耦合的特点 （167）
6.4.2  电场与磁场干扰耦合的抑制 （168）
6.5  几种接地技术 （172）
6.5.1  单点接地 （172）
6.5.2  多点接地 （172）
6.5.3  混合单点接地 （173）
6.5.4  混合多点接地 （173）
6.5.5  接地的一般性原则 （174）
6.6  过程通道抗干扰措施 （175）
6.7  模拟信号的线性光耦隔离 （177）
6.7.1  HCNR200基本工作原理 （178）
6.7.2  HCNR200的基本工作电路 （178）
6.7.3  HCNR200应用电路设计 （179）
6.8  空间干扰的抑制 （180）
6.9  软件抗干扰技术 （180）
6.9.1  实施软件抗干扰的必要条件 （181）
6.9.2  数据采样的干扰抑制 （181）
6.9.3  程序运行失常的软件抗干扰措施 （182）
6.10  铁氧体插损器 （182）
6.10.1  铁磁性材料（铁氧体）特性 （182）
6.10.2  磁导率对电磁干扰的影响 （183）
6.10.3  铁氧体的特性阻抗 （184）
6.10.4  铁氧体插损器件及应用 （186）
复习思考题 （191）
第7章  机电一体化系统设计实例 （192）
7.1  RC伺服电动机控制 （192）
7.1.1  RC伺服电动机简介 （192）
7.1.2  RC伺服电动机的内部组成 （192）
7.1.3  RC伺服电动机的控制 （193）
7.1.4  硬件电路图 （194）
7.1.5  RC伺服电动机的正向旋转和逆向旋转控制实验 （194）
7.1.6  RC伺服电动机旋转相应角度实验 （195）
7.1.7  RC伺服电动机速度控制实验 （196）
7.2  步进电动机应用软/硬件设计实例 （198）
7.2.1  步进电动机概述 （198）
7.2.2  步进电动机的分类与结构 （198）
7.2.3  步进电动机的基本参数 （198）
7.2.4  步进电动机的特性 （200）
7.2.5  反应式步进电动机的结构 （200）
7.2.6  反应式步进电动机的工作原理 （202）
7.2.7  步进电动机的失步、振荡及解决方法 （204）
7.2.8  步进电动机的控制 （206）
7.2.9  步进电动机的应用设计 （208）
7.3  小型打印机系统 （210）
7.3.1  硬件电路设计 （210）
7.3.2  典型器件选型及介绍 （214）
7.3.3  硬件电路 （215）
7.3.4  软件设计 （217）
7.3.5  经验总结 （221）
7.4  直流电动机的控制实例 （222）
7.4.1  硬件电路设计 （222）
7.4.2  典型器件选型及介绍 （223）
7.4.3  硬件电路 （226）
7.4.4  软件设计 （229）
复习思考题 （236）

普通高等教育机械类“十二五”规划系列教材

 

 

 

机电一体化系统设计
（第2版）

俞竹青  朱目成  主  编
金卫东  李尚荣  何亚峰  副主编

 

 

 

 

 

 

 
Publishing House of Electronics Industry
北京?BEIJING
内 容 简 介
本书介绍了机电一体化系统的基本原理、机电一体化系统的构成、常用传感器、常用执行元件以及相关检测控制电路设计，力求贴近工程实用。全书共7章，内容包括：概论、机械系统部件及其设计、检测传感器及其接口电路、执行元件及控制、单片机及接口电路设计、机电一体化系统的抗干扰设计、机电一体化系统设计实例。本书注意理论与实际的结合，重视解决工程实际问题，并力求做到突出重点、层次分明、语言易懂，以便于读者自学。
本书主要作为高等院校机械设计制造、机械电子工程、工业自动化等专业的教材，也可作为高等专科学校、高等职业学校、成人高校相关专业教材，并可供机电类工程技术人员和研究人员参考。

未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。
版权所有，侵权必究。

图书在版编目（CIP）数据

机电一体化系统设计/ 俞竹青，朱目成主编．—2版．—北京：电子工业出版社，2016.8
普通高等教育机械类“十二五”规划系列教材
ISBN 978-7-121-13507-1

Ⅰ．①机…  Ⅱ．①俞… ②金…  Ⅲ．①机电一体化－高等学校－教材  Ⅳ．①TH-39
中国版本图书馆CIP数据核字（2013）第087568号

 

策划编辑：李  洁（）
责任编辑：刘真平
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开    本：787×1092  1/16  印张：18.5  字数：473千字
版    次：2011年8月第1版
          2016年8月第2版
印    次：2016年8月第1次印刷
定    价：38.00元

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前    言
机电一体化是多学科领域综合交叉的技术密集型系统工程。它是融合检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术、计算机技术和系统总体技术等多种技术于一体的新兴综合性学科。随着机电一体化技术的产生与发展，在世界范围内掀起了机电一体化热潮，它使机械产品向着高技术密集的方向发展。当前，以柔性自动化为主要特征的机电一体化技术发展迅速，水平越来越高。任何一个国家、地区、企业若不拥有这方面的人才、技术和生产手段，就不具备国际、国内竞争所必需的基础。要彻底改变目前我国机械工业面貌，缩小与国外先进国家的差距，必须走发展机电一体化技术之路，这也是当代机械工业发展的必然趋势。
机电一体化的优势在于从系统、整体的角度出发，将各相关技术协调综合运用而取得整体优化效果，因此在机电一体化系统设计开发的过程中，特别强调技术融合和学科交叉的作用。面对机械工业向机电一体化方向快速发展，作为培养这方面高级技术人才的高等院校就不应仅限于向学生分离地介绍机械技术、微电子技术、计算机技术等机电一体化共性基础知识，还应在此基础上从系统设计的角度出发，通过“机电一体化系统设计”专业课教学及相应实践教学环节，使学生真正了解和掌握机电一体化的实质及其系统设计的理论和方法。只有这样，才能使学生真正灵活地运用相关技术进行机电一体化产品的分析、设计与开发，达到知识、能力的统一。
本书是为了适应高校机械类各专业及其他相近专业的“机电一体化系统设计”教学要求而编写的。作为教材，编者在文字叙述上力求深入浅出、循序渐进；在内容安排上既注意了基础理论、基本概念的系统性阐述，同时也考虑到工程设计人员的实际需要，在介绍各种设计方法时尽可能具体实用，书中给出的具体电路图都是实验验证可行的。本书共7章，主要内容包括：概论、机械系统部件及其设计、检测传感器及其接口电路、执行元件及控制、单片机及接口电路设计、机电一体化系统的抗干扰设计、机电一体化系统设计实例。
本书由俞竹青、朱目成担任主编。常州大学俞竹青编写第1、3、6章，西南科技大学朱目成编写第7章，常州工学院金卫东编写第2章，江苏技术师范学院李尚荣编写第5章，常州工学院何亚峰编写第4章。全书由俞竹青、朱目成承担统稿工作。
由于编者水平和经验有限，加之时间仓促，书中难免存在错误疏漏之处，敬请读者批评指正。

       作  者      
       2016年5月