论文发表

编者按：本篇控制工程论文：“透过智能设备的现在看未来”　总结了在智能设备研制过程所涉及的各项关键技术的进展情况，分析了智能电器领域的发展前景和趋势。指出了利用新材料、新器件、新原理，突破信息获取、处理、传递等核心技术环节，实现信息融合和知识的利用，是智能电器发展的关键。

透过智能设备的现在看未来
 

摘 要:智能设备具有智能感知、判断与执行功能，是未来智能化社会的物质基础。本文介绍了智能设备的概念、内涵和主要技术特征，总结了在智能设备研制过程所涉及的各项关键技术的进展情况，分析了智能电器领域的发展前景和趋势。指出了利用新材料、新器件、新原理，突破信息获取、处理、传递等核心技术环节，实现信息融合和知识的利用，是智能电器发展的关键。
 

关键词:智能设备; 发展趋势
 

0 引言

电器在国民生活中占有非常重要的位置，起着不可或缺的作用。电器的主要发展趋势是高性能、高可靠、小型化、电子化、数字化、组合化、集成化、多功能化、智能化及可通信化/网络化，其核心是智能化和网络化，而现代智能化和网络化的电器即是现代智能电器。
 

随着电力电子技术、数据处理技术、互联网“云”技术、自动控制技术、传感器技术及仿生学的迅速发展，传统电气设备正向着“智能设备”转变。
 

常用“智能化”是指非生物体具备类生物体的神经系统的功能，具备感知能力，思维判断能力，记忆能力及执行能力等。对于智能设备，则是指具有电气设备安装了传感器系统、中央处理系统，控制系统，以适应人们对信息化、自动化、互动化的需求。
 

电气设备智能化的过程是人类科技水平发展的直观表现，设备智能化是一种理念、一种方法、一个发展的过程, 其目的是使设备具有人工智能的部分或全部功能, 尤其是应用现代计算机和网络技术,使产品最大程度满足客户需求[1,2,3] 。随着信息、网络技术的发展, 智能化的概念也将赋予新的内容，包括信号检测的灵敏性和精确性; 信号的处理、逻辑思维及准确的判断性; 有效、灵敏的执行功能及指令、信息的可通信性等[4]。
 

小到智能手机大到智能工厂，都可以称之为智能设备。从细观的微纳米电子技术，到覆盖全球的互联网/物联网“云”技术的迅猛发展的背景条件下，智能设备的发展也进入了一个崭新的阶段,如何研制智能设备，其发展方向如何?本文通过介绍智能设备研究领域的关键技术, 对现有智能设备进行了分类, 并提出了智能设备的发展方向。
 

1传统电气设备的技术领域

(1)电磁系统理论

电磁系统是电气设备的感应和变换系统，其理论基础是：电磁—力—运动综合理论，电磁系统计算原理;电磁系统动态特性的理论等。
 

(2)执行系统

执行系统涉及的部分是电气设备的执行机构，其主要内容为：电能作用下的物理-化学过程;热电、光电、磁电等电磁致的物理效应;电磁振动等。
 

(3)电气设备热控理论

电气设备的发热理论主要包括导电部件、交流铁心、摩擦副、介质等，其主要内容为：电气设备的工作温度范围;电气设备中发热元件;电气设备中的热传递形式;电气设备表面热管技术;短路电流下电气设备的热稳定性。
 

(4)电气设备的运动理论

电气设备的电动力理论主要是三维层面的电动力的分析和计算，包括：电动力现象、计算电动力的基本方法、典型导体系统的电动力计算、单相正弦交流下的电动力、三相正弦交流下的电动力、载流体与磁导体间的电动力;电气设备的电动稳定性。
 

2 智能设备的技术领域

智能设备是以微控制器/微处理器为核心，除具有传统电气设备的功能特征外，还具有显示、记忆、运算与处理以及与外界通信等功能的电子装置。电气设备的是以微电子装置为核心，而传统电气设备的是以电磁技术为主。具有现场总线接口，可在有线和无线双渠道实现通信/网络化互动，这是现代智能设备的重要特征和主要发展趋势。
 

2.1 智能设备的组成

典型智能电器的输入可以是电压信号、电流信号，也可以是数字信号;信号一般须经过处理后再送给微控制器/微处理器;为实现人机交互，须有键盘电路、打印接口电路、显示与报警电路，这些电路受人机接口管理单元的管理/控制;电平信号、触点信号/动作信号均为由微控制器/微处理器控制的输出数字信号;现场总线接口是通过总线控制器和总线收发器提供的，总线控制器和总线收发器之间一般有光电隔离电路。当人机交互功能需求比较强大或者计算需求、数据库需求强大时，单独的微控制器/微处理器的计算与分析能力不够，需要连接互联网借助网络服务器或者“云”网，进行操作运算。
 

智能设备的基本原理是利用计算机作为控制核心, 通过各类功能接口卡, 与周边设备相连接, 使周边设备在控制核心( 中央控制计算机)的控制下协同工作。依靠存储在智能设备内部的智能化软件系统的驱动各组成部分, 实现局部场的各种服务功能, 并依靠计算机网络传递消息的机制, 实现全局的、智能化的功能。作为一种设备, 中央控制机和所有周边设备等组成部件, 通常被安置在一个坚固、安全的机壳内( 如ATM 一般要采用12 MM的特种钢板做保险柜) , 成为一个整体。
 

其中, 中央控制计算机是整个智能设备的核心,一般采用工控机。其它功能模块可根据用途的不同,分为通用功能模块和专用模块。通用功能模块是指一般智能设备均可配备的模块, 包括流水打印机、票据打印机、磁卡( 或IC 卡等) 读写器、语言装置、视频装置、防潮、防寒、散热系统、输入/ 输出设备、安全装置等。专用模块是指完成专用功能的关键模块, 是智能设备按照功能分类的决定部件, 所占整机的成本比例也比较高。例如ATM 配置的吐钞机和CDM( 存款机) 所配置的存款机芯等都是专用模块。智能设备一般作为网络应用的终端设备出现, 可根据需要配置不同的网络接入方案, 例如RJ45,BNC, PhoneLine 接口等, 目前采用10/ 100 自适应的EtherNet 网卡实现网络接口。另外, 触摸屏技术、防窥视系统等旨在提高易用性、安全性的技术及产品也逐渐出现在新式的智能设备上, 这些技术的应用, 在很大程度上促进了智能设备的发展和应用规模。