序言
　　当前，我国机械专业人才培养面临社会需求旺盛的良好机遇和办学质量亟待提高的重大挑战。抓住机遇，迎接挑战，不断提高办学水平，形成鲜明的办学特色，获得社会认同，这是我们义不容辞的责任。
　　三峡大学机械设计制造及其自动化专业作为国家特色专业建设点，以培养高素质、强能力、应用型的高级工程技术人才为目标，经过长期建设和探索，已形成了具有水电特色、服务行业和地方经济的办学模式。在前期课程体系和教学内容改革的基础上，推进教材建设，编写出一套适合于该专业的系列特色教材，是非常及时的，也是完全必要的。
　　系列教材注重教学内容的科学性与工程性结合，在选材上融入了大量工程应用实例，充分体现与专业相关产业和领域的新发展和新技术，促进高等学校人才培养工作与社会需求的紧密联系。系列教材形成的主要特点，可用“三性”来表达。一是“特殊性”，这个“特殊性”与其他系列教材的不同在于其突出了水电行业特色，其不仅涉及测试技术、控制工程、制造技术基础、机械创新设计等通用基础课程教材，还结合水电行业需求设置了起重机械、金属结构设计、专业英语等专业特色课程教材，为面向行业经济和地方经济培养人才奠定了基础。二是“科学性”，体现在两个方面：其一体现在课程体系层次，适应削减课内学时的教学改革要求，简化推导精练内容；其二体现在学科内容层次，重视学术研究向教育教学的转化，教材的应用部分多选自近十年来的科研成果。三是“工程性”，凸显工程人才培养的功能，一些课程结合专业增加了实验、实践内容，以强化学生实践动手能力的培养；还根据现代工程技术发展现状，突出了计算机和信息技术与本专业的结合。
　　我相信，通过该系列教材的教学实践，可使本专业的学生较为充分地掌握专业基础理论和专业知识，掌握机械工程领域的新技术并了解其发展趋势，在工程应用和计算机应用能力培养方面形成优势，有利于培养学生的综合素质和创新能力。
　　当然，任何事情不能一蹴而就。该系列教材也有待于在教学实践中不断锤炼和修改。良好的开端等于成功的一半。我祝愿在作者与读者的共同努力下，该系列教材在特色专业建设工程中能体现专业教学改革的进展，从而得到不断的完善和提高，对机械专业人才培养质量的提高起到积极的促进作用。


内容简介
　　《机电一体化系统设计/高等学校机械设计制造及其自动化国家特色专业规划教材》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。编者在叙述上力求全面体现本课程的机与电主题内容，在内容安排上既注意了基础理论、基本概念的系统性阐述，同时也考虑了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。
　　《机电一体化系统设计/高等学校机械设计制造及其自动化国家特色专业规划教材》共分为七章，主要内容包括：机电一体化技术导论，机电一体化机械系统设计理论，可编程控制器设计，单片机AT89C（S）5X系统技术，机电一体化系统的传感与检测，机电一体化系统的伺服与控制，机电一体化系统设计应用实例。
作者简介
　　张发军，男，湖北江陵人，工学博士，教授，硕士生导师，现任教于三峡大学机械与材料学院，美国电气电子工程师学会IEEE会员，湖北省自动化学会会员。主要从事机电控制和车辆工程领域的教学与研究工作，先后主持与参与省市科学研究项目5项，并获湖北省科技进步奖1项；已研发并投入工程应用的机电产品有车载智能喷雾机、数控玻璃雕刻机和精确喷雾施药机设备等。近年来先后公开发表学术论文60余篇。
目录
第1章 机电一体化技术导论
1.1 概述
1.2 机电一体化系统的基本组成
1.2.1 机电一体化系统的功能组成
1.2.2 机电一体化系统的构成要素
1.3 机电一体化系统的分类
1.4 机电一体化的作用与应用
1.4.1 生产能力和工作质量提高
1.4.2 使用安全性和可靠性提高
1.4.3 调整和维护方便，使用性能改善
1.4.4 具有复合功能，适用面广
1.4.5 改善劳动条件，有利于自动化生产
1.4.6 节约能源，减少耗材
1.5 机电一体化的理论基础与关键技术
1.5.1 理论基础
1.5.2 关键技术
1.6 机电一体化的发展前景
1.6.1 机电一体化的发展状况
1.6.2 机电一体化的发展趋势
思考题


第2章 机电一体化机械系统设计理论
2.1 机械系统设计概述
2.1.1 机电一体化对机械系统的基本要求
2.1.2 机械系统的组成
2.1.3 机械系统的设计思想
2.2 机械传动设计的原则
2.2.1 机电一体化系统对机械传动的要求
2.2.2 总传动比的确定
2.2.3 传动链的级数和各级传动比的分配
2.3 机械系统性能分析
2.3.1 数学模型的建立
2.3.2 机械性能参数对系统性能的影响
2.3.3 传动间隙对系统性能的影响
2.4 机械系统的运动控制
2.4.1 机械传动系统的动力学原理
2.4.2 机械系统的制动控制
2.4.3 机械系统的加速控制
思考题


第3章 可编程控制器设计
3.1 PLC的硬件结构及基本配置
3.1.1 CPU的构成
3.1.2 I/O模块
3.1.3 电源模块
3.1.4 底板或机架
3.1.5 PLC的外部设备
3.1.6 PLC的通信联网
3.2 PLC的软件组成
3.3 PLC的工作原理
3.3.1 输入采样阶段
3.3.2 程序执行阶段
3.3.3 输出刷新阶段
3.3.4 PLC在输入/输出的处理方面必须遵循的原则
3.4 PLC的编程语言
3.4.1 梯形图编程
3.4.2 功能图编程
3.4.3 布尔逻辑编程
3.5 PLC控制与微型计算机控制、继电器控制的区别
3.5.1 PLC控制与微机控制的区别
3.5.2 PLC控制与继电器控制的区别
3.6 PLC的型号说明
3.7 PLC的仿真软件说明
3.7.1 几种PLC仿真软件
3.7.2 WinCC简介
3.7.3 WinCCFlexible
3.7.4 S系列西门子PLC
思考题


第4章 单片机AT89CS5X系统技术
4.1 AT89C51单片机的结构
4.1.1 中央处理器
4.1.2 存储器
4.1.3 I/O端口
4.1.4 定时器/计数器
4.1.5 中断系统
4.1.6 内部总线
4.2 AT89C51单片机引脚及其功能
4.2.1 I/O端口功能
4.2.2 电源线
4.2.3 外接晶体引脚
4.2.4 控制线
4.3 AT89C51存储器
4.3.1 程序存储器
4.3.2 数据存储器
4.4 AT89C51单片机工作方式
4.4.1 复位方式
4.4.2 程序执行方式
4.4.3 省电方式
4.4.4 EPROM编程和校验方式
4.5 AT89C51时钟电路与时序
4.5.1 振荡器与时钟电路
4.5.2 时序
思考题


第5章 机电一体化系统的传感与检测
5.1 检测系统的功用与特性
5.1.1 检测系统的基本功能
5.1.2 检测系统的基本特性
5.2 常用传感器
5.2.1 线位移传感器
5.2.2 角位移传感器及转速传感器
5.2.3 加速度与速度传感器
5.2.4 力传感器
5.2.5 接近传感器与距离传感器
5.2.6 温度、流量传感器
5.3 检测系统组成及检测原理
5.3.1 模拟量检测系统的组成及工作原理
5.3.2 数字信号检测系统脉冲信号的检测系统
5.3.3 通用数据采集卡
5.4 数字信号的预处理
5.4.1 传感器的非线性补偿
5.4.2 零位误差和增益误差的补偿
思考题


第6章 机电一体化系统的伺服与控制
6.1 伺服系统的基本结构形式及特点
6.1.1 伺服系统的基本概念
6.1.2 伺服系统的基本要求
6.1.3 伺服系统的基本结构形式
6.1.4 广义伺服系统的分类
6.2 伺服系统的执行元件
6.2.1 执行元件的种类及特点
6.2.2 直流伺服电动机
6.2.3 交流伺服电动机
6.2.4 步进电动机
6.2.5 其他种类执行元件
6.3 执行元件的控制与驱动
6.3.1 步进电动机的控制与驱动
6.3.2 直流伺服电动机的控制与驱动
6.4 伺服系统设计
6.4.1 伺服系统设计方案
6.4.2 机械系统设计计算
6.4.3 系统误差分析
思考题


第7章 机电一体化系统设计应用实例
7.1 机电一体化系统设计要点
7.1.1 基本开发思路
7.1.2 用户要求
7.1.3 功能要素和功能模块
7.1.4 接口设计要点
7.1.5 系统整体方案拟定和评价
7.1.6 制作与调试
7.2 电动机变频控制应用技术
7.2.1 常用分类
7.2.2 工作原理
7.2.3 调节方法
7.3 视觉传感式变量施药机器人
7.3.1 系统的组成
7.3.2 工作原理
7.3.3 设计模块
7.4 步进电动机单片机控制
7.4.1 步进电动机的工作原理
7.4.2 基于AT89C2051步进电动机驱动器系统电路原理
7.4.3 软件设计
7.5 基于单片机的流水灯控制
7.5.1 基本功能
7.5.2 硬件设计
7.5.3 硬件最小系统
7.5.4 软件设计
7.6 空气压缩机变频控制系统
7.6.1 技术要求
7.6.2 变频控制系统方案设计
7.6.3 系统电路图及控制方式
7.6.4 系统设备配置清单
7.6.5 控制系统数据采集功能
7.6.6 控制系统的监控和保护功能
思考题