机械控制及自动化方案简述

科技日新月异，随着计算机、芯片、网络、集成电路等技术的发展，机械设备控制系统发展出了优异的能力。控制系统方案是丰富的，传统继电器电路、可编程序控制器（PLC）、单片机、Linux开发板、FPGA、计算机+运动控制卡、上位下位机等等，这些方案是由低级到高级、由简单到复杂过渡的。

传统继电器电路（电气控制电路）主要由继电器构成，可实现机械动作的控制。

PLC是基于单片机开发的自动化专门装置，主要功能是利用软件编程来代替传统电气控制中的继电器。开发语言从电气控制电路图转变为梯形图和指令语句。PLC取代了继电器等效电路中的继电器集，为控制系统的开发、调试、维护等工作提供了便利。

单片机是以微控制器（MCU）为核心，配以外围硬件模块（外设）形成的系统，是集成和电子技术发展的产物。微控制器相当于将微处理器和硬件模块集成在一个芯片。单片机的开发语言使用计算机高级编程语言。比如，STM32单片机使用C++语言开发，ESP32单片机使用Python语言开发。单片机种类丰富，比较热门的有51单片机、STM32单片机、ESP32、Arduino。

Linux开发板也称卡片电脑，结构和原理与普通计算机相同。开发过程是基于Linux操作系统进行的，使用的语言是高级编程语言。这种开发方式区别于单片机一般的裸机开发。单片机可以在安装实时操作系统的基础上开发，但性能弱于卡片电脑。卡片电脑的高算力为智能控制提供了可行性。

控制系统的开发方案丰富多样，在方案的选择上要和当前控制系统的需求相称，甚至可以将不同的方案进行嵌套以实现更复杂的系统。在产品验证阶段可以不考虑经济因素，以最快验证实验和交付为目的。在校园阶段，学生更倾向于使用单片机开发，因为价格便宜，并且高级编程语言也符合学生的胃口。在企业中，普通自动化方案一般采用PLC，主要原因是开发周期短。此外，PLC是基于单片机芯片并配合外围电路而设计的，因此在工业环境中更稳定。当控制系统具有智能化需求时，就需要使用到高算力设备以及更复杂的外设。

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