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第一章　机电一体化概述1

第一节　机电一体化的基本概念1

一、机电一体化的定义1

二、机电一体化的产生1

三、机电一体化的内容2

四、机电一体化产品的特点2

五、机电一体化的组成2

第二节　机电一体化的相关技术3

一、机械技术3

二、检测与传感器技术3

三、信息处理技术3

六、接口技术4

五、伺服驱动技术4

四、自动控制技术4

七、监控与诊断技术5

八、柔性制造系统（FMS）5

九、系统总体技术5

第三节　机电一体化产品5

一、数控机械类6

二、电子设备类6

三、机电结合类6

四、电液伺服类6

五、信息控制类6

第四节　机电一体化产品的开发设计6

一、开发新产品的意义6

三、方案的市场调查与论证7

二、机电一体化产品的基本设计思路7

四、机电一体化产品的设计原则与方法8

五、整机与部件的设计15

六、样机试制与试验16

七、设计定型16

第五节　机电一体化的现状与发展16

一、机电一体化的现状16

二、机电一体化的发展前景17

第二章　误差测量分析处理20

第一节　测量误差20

一、误差测量中的基本概念20

二、测量误差分类22

三、误差的表示方法24

四、容许误差26

第二节　测量误差产生的原因27

一、仪器误差27

二、使用误差28

三、环境误差28

四、人身误差28

五、方法误差28

第三节　测量数据处理29

一、有效数字29

二、数字舍入原则30

三、测量结果的表示法30

四、有效数字运算30

第四节　随机误差分析31

一、随机误差测量数据的有关计算公式32

二、随机误差的正态分布33

三、随机误差的特性33

四、置信区间与置信概率33

第五节　系统误差分析34

一、系统误差的分类及产生原因34

二、系统误差的判断35

三、系统误差的消除方法36

四、消除系统误差的典型测量电路37

第六节　系统误差合成38

一、随机误差的合成38

二、系统误差的合成38

四、误差结果表示法40

三、随机误差与系统误差的合成40

第三章　电量测量仪器仪表42

第一节　电量测量仪器仪表的基础知识42

一、电量测量仪表的分类42

二、指示仪表42

第二节　磁电系仪表45

一、磁电系测量机构的一般结构45

二、磁电系测量机构的工作原理46

三、磁电系电压表与电流表46

第三节　电磁系仪表47

一、电磁系测量机构的结构47

二、电磁系测量机构的工作原理48

二、电动系测量机构的工作原理49

第四节　电动系仪表49

一、电动系测量机构的结构49

三、电动系电压表、电流表和功率表50

第五节　万用表52

一、500型指针式万用表53

二、HT2008型数字万用表58

第六节　低频信号发生器60

一、低频信号发生器60

二、信号源参考电路61

第七节　毫伏表62

一、概述62

二、主要技术性能63

三、使用说明64

第四章　电量的测量66

第一节　概述66

一、测量的概念66

二、测量的内容与特点66

三、测量的方法与选择原则67

第二节　时间的测量68

一、时间的定义与标准68

二、时间的测量69

第三节　频率与周期的测量70

一、频率的定义与标准频率70

二、频率测量70

一、电压测量74

第四节　电压与电流的测量74

二、电流测量77

第五节　相位差的测量78

一、测量原理与方法78

二、示波器测量相位差79

第六节　功率的测量79

一、单相功率的测量79

二、三相功率的测量80

三、负载的功率因数测量81

第七节　阻抗的测量81

一、伏安法测量阻抗81

二、电桥法测量阻抗82

三、谐振法测量阻抗83

第五章　非电量检测常用传感器85

第一节　传感器的组成与分类85

一、传感器的组成85

二、传感器的分类86

第二节　热电式传感器87

一、热电阻87

二、铂电阻88

三、铜电阻89

四、其他热电阻89

五、热敏电阻89

六、热电偶92

一、电阻应变式传感器96

第三节　压力传感器96

二、电容式传感器98

三、压电式传感器100

四、电感式传感器104

第四节　气敏传感器108

一、气敏传感器分类与特点108

二、气敏传感器的转换机理110

三、气敏传感器的主要参数111

四、气敏传感器检测应用举例——有害气体检测报警器112

五、气敏元件应用注意事项113

第五节　湿敏传感器113

一、概述113

二、半导体陶瓷湿敏传感器114

三、高分子湿敏传感器116

四、湿敏传感器的应用举例117

第六节　机械式传感器118

一、机械式传感器的类型及作用118

二、压力位移机械式传感器118

三、微型探测开关传感器119

四、接近开关传感器及在工业检测控制中的应用119

第七节　智能传感器121

一、智能传感器概述121

二、智能传感器的功能与特点123

三、智能传感器实现的途径与发展研究方向123

四、智能传感器的应用126

一、概述128

第一节　压力的测量128

第六章　非电量参数的测量128

二、压力敏感元件129

三、压力的测量130

第二节　流量的测量131

一、概述131

二、差压式流量计测量131

三、转子流量计测量132

四、涡轮流量计测量133

五、核辐射流量计134

第三节　物位的测量134

一、概述134

四、电学式物位检测仪135

二、浮力式液位测量仪表135

三、沉筒式液位变送器135

第四节　温度的测量137

一、温度测量基础137

二、测温仪表与测温方式138

三、温度测量举例138

第五节　湿度的测量139

一、湿度检测器139

二、粮食湿度检测器139

三、湿度测量报警器140

第六节　气体烟雾检测器141

一、工作原理141

三、安装调试142

二、元器件选择142

第七章　现代检测技术143

第一节　现代检测技术概述143

一、概述143

二、测量方法144

三、测量系统147

第二节　核辐射检测技术149

一、核辐射源149

二、核辐射的特性150

三、核辐射传感器152

四、应用举例——核辐射测厚仪154

第三节　超声波检测技术154

一、超声波的传播特性155

二、超声波的物理特性156

三、超声波传感器157

四、超声波传感器的基本特性159

五、超声波检测举例160

第四节　红外辐射检测技术161

一、红外线161

二、红外辐射的三大定律162

三、红外线探测器163

四、人体红外探测器164

第五节　激光检测技术164

一、激光产生的机理164

二、激光的特性165

四、激光的用途166

三、激光器的类型166

五、激光探测器的应用举例167

六、激光测云仪169

第六节　光导纤维检测技术169

一、光导纤维的结构和分类169

二、光纤传感器类型与原理171

三、光纤传感器调制原理172

四、光纤传感器的特点173

五、光导纤维传感器检测技术应用174

第八章　机电一体化接口技术176

第一节　机电一体化接口的分类特点176

一、接口的分类176

三、接口的特点177

二、接口的功能177

第二节　常用接口电路178

一、纸带阅读机接口178

二、键盘及其接口179

三、LED显示器及其接口180

四、机床I/O接口182

五、异步通信接口183

第三节　计算机与接口技术184

一、MCS-51单片机185

二、MCS-51单片机的系统总线及接口技术187

第四节　A/D转换与计算机接口188

一、A/D转换188

二、A/D转换与计算机接口191

一、D/A转换193

第五节　D/A转换与计算机接口193

二、D/A转换器与计算机接口195

第六节　开关量I/O接口198

一、开关信号输入接口198

二、开关信号输出接口199

第九章　电动机控制技术201

第一节　三相交流异步电动机201

一、三相异步电动机的结构201

二、三相异步电动机的工作原理201

三、三相异步电动机的使用202

第二节　元器件选择与参数计算203

一、熔断器的选择203

二、三相交流电动机的选择204

三、交流接触器的选择205

四、热继电器的选择205

五、按钮的选择205

六、时间继电器的选择206

七、行程开关的选择206

第三节　三相异步电动机点动与连续运行控制206

一、电路中常用元器件介绍206

二、电路控制原理207

第四节　三相异步电动机顺序控制208

一、电路组成208

二、顺序控制原理208

一、电路组成209

第五节　三相异步电动机的正反转控制电路209

二、正、反转控制原理210

三、双重互锁控制电路210

第六节　三相异步电动机行程控制210

一、行程开关211

二、行程控制电路原理211

第七节　三相异步电动机时间控制211

一、单台电动机时间控制电路212

二、两台电动机延时控制电路212

第八节　三相异步电动机降压启动控制213

一、定子串电阻降压启动控制213

二、Y-△降压启动控制电路214

二、制动控制电路215

一、电动机制动控制的分类215

第九节　三相异步电动机制动控制215

第十节　交流电动机的调速控制217

一、交流调速原理217

二、交流调速方法217

三、交流调速应用举例219

第十一节　直流电动机220

一、直流电动机的结构220

二、直流电动机的工作原理220

第十二节　直流电动机的正反转控制221

一、控制原理221

二、直流电动机的正反转控制221

一、调速原理222

第十三节　直流电动机的调速控制222

三、直流电动机调速控制223

二、调速指标223

四、直流电动机调速举例225

第十四节　步进电动机及其控制226

一、步进电动机的工作原理226

二、步进电动机的控制举例228

三、控制过程原理229

第十章　机电一体化控制技术230

第一节　机电一体化控制技术概述230

一、电气自动控制230

二、PID控制技术231

四、可编程序控制232

三、计算机控制技术232

第二节　PID控制技术233

一、比例（P）控制233

二、比例、积分（PI）控制234

三、比例、积分、微分（PID）控制234

四、PID控制应用举例235

第三节　计算机控制技术237

一、计算机控制的一般概念237

二、计算机控制系统的组成238

三、计算机控制系统的特点239

四、计算机控制系统的类型240

一、工业控制计算机的特点241

第四节　工业控制计算机241

二、工业控制计算机的分类242

三、STD总线控制及应用举例243

四、PC/AT总线工业控制计算机247

第五节　可编程序控制器251

一、可编程序控制器组成252

二、可编程序控制器的主要功能253

三、性能指标254

四、可编程序控制器的特点254

五、可编程序控制器的基本原理256

六、编程原则256

七、编程语言258

八、编程方法260

九、应用举例261

第十一章　机电一体化检测与控制技术应用举例264

第一节　具有语音功能的气敏传感器测试系统264

一、气敏传感器264

二、测量原理264

三、系统硬件设计265

四、系统软件设计265

五、语音功能的实现267

第二节　红外光火灾探测器267

一、探测器的外形结构267

二、发射电路268

三、接收电路268

一、电路组成269

四、探测器的参数269

第三节　10路温度巡回检测控制电路269

二、检测控制原理270

第四节　食物腐败变质的检测270

一、食物腐败变质的机理271

二、检测仪电路271

三、检测方法与检测结果273

第五节　台板套色印花机273

一、产品用途273

四、电动机规格容量274

五、机器操作与运行274

三、主要组成部分274

二、主要规格及技术特征274

六、电路工作原理分析276

第六节　简易数控车床279

一、数控机床概述280

二、C620型简易数控车床简介283

三、C620型数控车床编程284

四、C620型数控车床的进给系统290

五、本进给系统的优点298

第七节 工业生产装配自动线298

一、自动生产线概述298

二、SMT表面贴装工艺生产自动线组成与特点299

三、表面组装技术的工艺流程300

四、SMT的装配与焊接工艺303

五、污染物的清洗技术308

六、焊接检测环节310

第十二章　机电一体化机器人技术312

第一节　机器人概述312

一、机器人的类型312

二、机器人的特征313

三、机器人的进化过程313

第二节　机器人传感器317

一、视觉传感器317

二、听觉传感器317

三、接触觉传感器319

四、压觉传感器319

五、力觉传感器320

六、接近觉传感器321

七、滑觉传感器322

八、感觉传感器323

九、半导体彩色传感器323

十、陀螺传感器324

第三节　机器人的驱动与控制324

一、控制系统325

二、有线控制325

三、无线遥控326

四、机器人驱动326

五、电源327

一、机器人给社会、生活、工作带来了革命性的变化328

第四节　机器人的应用328

二、用于服务行业329

三、防盗防火机器人329

四、家政服务机器人329

五、医疗福利机器人330

六、消防灭火机器人330

七、捕鱼机器人330

八、摘果机器人331

九、游戏机器人331

第五节　工业机器人331

一、工业机器人的结构与动作原理331

二、机器人与自动化设备332

三、工业机器人类型333

第六节　工业机器人的应用334

一、从繁重的体力劳动中把人解放出来334

二、取件机器人334

三、高温作业机器人335

四、冲压机器人335

五、焊接机器人335

六、喷漆机器人336

七、切削加工机器人336

八、装配机器人336

九、检查、测定机器人337

十、测距机器人338

习题与思考题339

主要参考文献343