隨著現代科學技術的不斷迸步，不同學科問的交叉與滲透日益增多，且不斷髮展。在工程領域。由於微電子技術和計算機技術的迅猛發展及其向機械工業技術的不斷滲透，形成了所謂的機電一體化技術。
從而使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化。在機電一體化技術領域中引入嵌入式系統技術，將更加促進機電一體化技術的發展。機電一體化裝置的嵌入式控制技術是嵌入式系統技術與機電一體化技術的結合，即將嵌入式系統技術應用於機電一體化中.具體的說就是把嵌入式系統開發和設計的相關理論、技術引入到機電一體化系統的開發和設計中，建立以嵌入式微處理器(或微控制器)為核心，以高效能、高可靠性的硬體和軟體為保障的機電一體化裝置嵌入式控制系統，在滿足被控機械物件的複雜控制要求的同時滿足現代工業對於裝置智慧化、網路化的需求.本文研究了機電一體化嵌入式控制技術的相關設計方法和應用，在此基礎上，研製了針對光機電一體化裝置的新型電控系統，並將該電控系統應用到數碼印刷一體機中。
在內容安排上，本文首先介紹了機電一體化技術及其發展狀況，闡述嵌入式系統技術及其相關的知識，描述了且前嵌入式系統在機電一體化裝置中的一些應用。隨後，本文對機電一體化裝置嵌入式控制系統的結構進行了分析，給出了機電一體化嵌入式控制系統的分層整體框架;分析了機電一體化嵌入式控制系統的設計的一些特點;重點研究了一種基於分層和模組化的機電一體化嵌入式控制系統設計方法，並對其中的基於可重用的軟體模組設計方法的設計思想和設計流程作了詳細分析。
然後，在上面介紹的機電一體化嵌入式控制系統整體框架基礎上，對機電一體化裝置的特點和需求進行了詳細分析，應用以ARM+DSP為處理核心的硬體模組設計方法和基於可重用的軟體模組設計方法，設計了一種針對光機電一體化裝置的新型智慧電控系統。
本文最後介紹將新型智慧電控系統應用於實際裝置上的詳細過程。首先分析了一種現代辦公裝置：數碼印刷一體機的技術特點，以及目前國內外在這方面的技術進展：然後對數碼印刷一體機進行硬體和軟體的需求分析;詳細介紹了將新型智慧電控系統應用在數碼印刷一體機上的實現過程;最後總結了新型電控系統設計和應用中的關鍵技術：抗干擾技術。
由於新型電控系統在設計之初就採取模組化的設計，所以在應用過程中，只需要對模組進行增減，非常方便。應用了新型電控系統的數碼印刷一體機工作穩定可靠，效能先進，現已大批量投入實用。
關鍵詞： 機電一體化。嵌入式控制技術，ARM，設計方法，數碼印刷一體機，抗干擾技術
1、緒論
1.1引言
機電一體化(Mecha垃onics)技術是微電子技術向傳統機械工程滲透而形成的融合機械工程、電氣工程、電腦科學、資訊科技等為一體的新興綜合技術。
以機電一體化技術為代表的現代製造技術，極大地推動了經濟、社會的發展進步，改變了人們的傳統觀念。二十一世紀的機電一體化技術，日益向小型化、智慧化、網路化方向發展，而這正是嵌入式系統技術的優勢所在.嵌入式系統(Embedded System)技術最早出現於二十世紀七八十年代，起初是為了將通用計算機引入到某些特定的物件系統中，如船舶自動駕駛、工業生產檢測系統等。後來由於半導體技術、電子技術和計算機技術等相關領域的進步，嵌入式系統技術獲得蓬勃發展，在工業控制、網路通訊、消費類電子、資訊家電等領域獲得廣泛應用，現已被認為是二十一世紀最有生命力的新技術之一。嵌入式系統雖然發端於通用計算機系統，但實際上現在各種各樣的嵌入式系統數量已遠遠超過通用計算機系統。據統計，全球每年生產的CPU的數量大概在二十億顆左右，其中大部分是為各種專用性很強的嵌入式系統設計和製造的。
機電一體化嵌入式控制技術即是機電一體化技術與嵌入式系統技術的結合，是將嵌入式系統技術應用於機電一體化裝置的控制當中。具體的說就是把嵌入式系統開發和設計的相關理論、技術引入到機電一體化系統的開發和設計中，建立以嵌入式微處理器(或微控制器)為核心，以高效能、高可靠性的硬體和軟體為保障的嵌入式系統，在滿足被控機械物件的複雜控制要求的同時滿足現代工業對於裝置智慧化、網路化的需求.其實在社會生活和生產的各個領域，數控機床、工業機器人、自動化辦公裝置、智慧玩具等使用嵌入式系統技術的先進裝置正在迅速改變傳統的工業生產和社會生活方式。而上述設各都可以看作是機電一體化技術和嵌入式系統技術相結合的產物。
1.2機電一體化技術及其發展概況
1.2.1機電一體化
機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、資訊處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟體結合起來所構成的系統的總稱。機電一體化是現代工程技術的前沿，它是一個多門基礎應用學科共同產生的新的工程技術學科。它的技術基礎是現代的機械製造技術和電子控制技術，以及迅猛發展的電腦軟體技術。它的應用所生產的產品，已經廣泛出現在全世界。d,N體內微血管手術機器人，大到太空梭，太空站。它已經從機械工程的附屬學科，獨立成為了前沿科學。它代表了～個國家科學技術的整體發展水平的一個方面。“機電一體化的基本特徵可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術(包含氣動和液壓技術)、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、資訊科技、感測測控技術、電力電子技術、介面技術、資訊變換技術以及軟體程式設計技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與佈局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，並使整個系統最優化的系統工程技術。
因此，“機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面.只不過，機電一體化技術是基於上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的'簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化後，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理資訊、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，具有智慧化的特徵是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。
1.2.2機電一體化的發展狀況
機電一體化的發展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺或不自覺地利用電子技術的初步成果來完善機械產品的效能.特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的技術，戰後轉為民用，對戰後經濟的恢復起了積極的作用。那時研製和開發從總體上看還處於自發狀態。
由於當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。
20世紀70年代～90年代為第二階段，可稱為蓬勃發展階段。這一時期，計算機技術、控制技術、通訊技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模、超大規模積體電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。這個時期的特點是：(甄nechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀80年代末期在世界範圍內得到比較廣泛的承認;②機電一體化技術和產品得到了極大發展;③各國均開始對機電一體化技術和產品給以很大的關注和支援。. 。
20世紀90年代後期，開始了機電一體化技術向智慧化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發展時期。一方面，光學、通訊技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支;另一方面對機電一體化系統的建模設計、分析和整合方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由於人工智慧技術、神經網路技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開闢了發展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系.我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組並將該技術列入“863計劃”中。在制定“九五”規劃和2010年發展綱要時充分考慮了國際上關於機電一體化技術的發展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業對這一技術的發展及應用做了大量的工作，取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當差距。
1.3嵌入式系統及其技術研究現狀
自從上世紀七十年代最初的基於微控制器的嵌入式系統產生以來，經過30多年的發展，嵌入式系統已經深入到當今世界的每個角落。人們現在已經習慣了依賴個人電腦，如果沒有了電腦，大概會讓人覺得無所適從。可要是世界上沒有了嵌入式系統，這個世界馬上會陷入一片混亂!試想一下，世界上所有含有嵌入式系統的裝置都停止工作，會是什麼樣子?在家裡，我們會發現電視機、DVD不能播放;冰箱溫度混亂，食物很快壞掉;微波爐不能工作，連洗衣機都開始罷工l在街上，汽車無法發動，我們只有步行，可是紅綠燈完全失效，整個城市的交通迅速癱瘓f天上的飛機沒有導航裝置，怎麼還能飛行?所以雖然我們看不見嵌入式系統，但是嵌入式系統確實無處不在!那麼究竟什麼是嵌入式系統?
1.3.1嵌入式系統的定義
由於嵌入式系統無處不在，不同的嵌入式系統針對目標不一樣，導致嵌入式系統的專用性非常強。比如微波爐中的嵌入式系統和火星車上的嵌入式系統，兩者除了都包含一個嵌入式微處理器之外，幾乎沒有任何相同點。嵌入式系統強烈的多樣性和專用性導致很難給嵌入式系統下～個全面並且準確的定義，通常我們只是從某一個方面對嵌入式系統下一個定義，從另外一個方面來看，有需要下不同的定義。下面介紹兩種比較通用的定義。
嵌入式系統是控制、監視或者輔助裝置、機器和車間執行的裝置。嵌入式系統是：以應用為中心、以計算機技術為基礎，軟體硬體可裁減，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。
前一種定義是IEEE對嵌入式系統的定義，主要是從應用的角度對嵌入式系統作了一個比較籠統的總結。按照這種定義，嵌入式系統包括了軟體和硬體，甚至連機械部件等附屬裝置也屬於嵌入式系統的一部分。
第二種定義是國內目前普遍被認同的定義，主要從技術的角度出發，限定了嵌入式系統的內涵。可以從以下幾個方面來理解國內對嵌入式系統的定義：
木嵌入式系統是面向使用者、面向產品、面向應用的，它必須與具體應用相結合才會具有生命力、才更具有優勢.可以這樣裂解上述三個方面的含義，即嵌入式系統是與應用緊密結合的，他具有很強的專用性，必須結合實際系統需求進行合理的裁減利用。
木嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術以及各個行業的具體應用相結合後的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識整合系統。嵌入式系統必須根據應用需求可對軟硬體進行參見，滿足應用系統的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以如果能建立相對通用的軟硬體基礎，然後在其上開發出適應各種需要的系統，是一個比較好的發展模式。
同時還應該看到，嵌入式系統本身還是一個外延極廣的名詞。凡是與產品結合在一起的具有嵌入式特點的控制系統都可以叫做嵌入式系統，而且有時很難給它下一個準確的定義。上面介紹的兩種定義是目前國內外比較通用的說法，隨著嵌入式系統學科研究的進步，以後也可能會發展出更準確更全面的定義。
1.3.2嵌入式處理器
從硬體方面來講，各式各樣的嵌入式處理器是嵌入式系統硬體中的最核心的部分.目前，世界上具有嵌入式功能特點的處理器已經超過1000種，流行體系結構包括MCU、MPU等30多個系列。鑑於嵌入式系統廣闊的發展前景，很多半導體制造商都開始大規模生產嵌入式處理器，並且公司自主設計處理器也已經成了未來嵌入式領域的一大趨勢，其中從微控制器、DSP到FPGA，品種越來越多，效能越來越強，價格越來越低。目前嵌入式處理器的定址空間可以從64KB到數GB，處理速度最快可以達到2000MIPS，封裝從幾個引腳到幾百個引腳不等。
從分類上來講，嵌入式處理器可以分成下面幾類：
1、嵌入式微處理器(Microprocessor Unit，MPU)