Mechatronika Modul 12: Interfészek Jegyzet Készítették: Dr. Gabriele Neugebauer Dipl.-Ing. Matthias Römer Neugebauer und Partner OHG, Németország EU-Project Nr. 2005-146319,,MINOS, EU-Project Nr. DE/08/LLP-LDV/TOI/147110,,MINOS** Európai elképzelés a globális ipari termelésben résztvev szakemberek mechatronika témakörben történ továbbképzésérl A projektet az Európai Unió a Leonardo da Vinci szakmai továbbképzési akcióterv keretében támogatta. www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch
A szakmai anyag elkészítésében és kipróbálásában az alábbi magáncégek és intézmények vettek részt Chemnitz-i Mszaki Egyetem, Szerszámgépek és Gyártási Folyamatok Intézete, Németország Projektvezetés Corvinus Egyetem, Informatikai Intézet, Magyarország Stockholm-i Egyetem, Szociológiai Intézet, Svédország Wroclaw-i Mszaki Egyetem, Gyártástechnológiai és Automatizálási Intézet, Lengyelország Henschke Consulting Drezda, Németország Christian Stöhr Unternehmensberatung, Németország Neugebauer und Partner OHG Drezda, Németország Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Lengyelország Euroregionális Ipari és Kereskedelmi Kamara Jelenia Gora, Lengyelország Dunaferr Dunaújváros, Magyarország Knorr-Bremse Kft. Kecskemét, Magyarország Nemzeti Szakképzési Intézet Budapest, Magyarország Tartalom: Jegyzet, munkafüzet és oktatói segédlet az alábbi témakörökhöz Modul 1: Alapismeretek Modul 2: Interkulturális kompetencia, Projektmenedzsment Modul 3: Folyadékok Modul 4: Elektromos meghajtók és vezérlések Modul 5: Mechatronikus komponensek Modul 6: Mechatronikus rendszerek és funkciók Modul 7: Üzembehelyezés, biztonság, teleservice Modul 8: Távkarbantartás és távdiagnosztika Modul 9: Gyors prototípusgyártás Modul 10: Robotika Modul 11: Európai migráció Modul 12: Interfészek További információ: Technische Universität Chemnitz Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse (Chemnitz-i Mszaki Egyetem, Szerszámgépek és Gyártási Folyamatok Intézete) Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Reimund Neugebauer Prof. Dr.-Ing. Dieter Weidlich Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz, Deutschland Tel.: +49(0)0371 531-23500 Fax: +49(0)0371 531-23509 Email: wzm@mb.tu-chemnitz.de Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch 8
1 Interfészek... 11 1.1 Bevezetés... 11 1.2 Elektromos hálózati ellátás... 12 1.2.1 Euró-csatlakozó... 12 1.2.2 Érintésbiztos csatlakozó... 13 1.2.3 Dugók Nagy-Britanniában... 15 1.2.4 Dugók Svájcban... 16 1.2.5 Dugók Észak-Amerikában... 17 1.2.6 Más rendszerek... 18 1.2.7 Csatlakozódugók... 19 1.2.8 Lámpák... 23 1.2.9 Elemek... 25 2 Számítógép interfészek... 27 2.1 Bevezetés... 27 2.1.1 Fogalmak... 28 2.2 Számítógépek küls interfészei... 29 2.2.1 Nyomtatóport... 29 2.2.2 Soros interfész... 31 2.2.3 Billentyzet és egér portok (PS/2)... 33 2.2.4 USB... 35 2.2.5 FireWire... 38 2.3 Monitor portok... 40 2.3.1 VGA... 40 2.3.2 DVI... 42 2.3.3 HDMI... 44 2.3.4 DisplayPort... 45 2.4 Bels interfészek... 46 2.4.1 Tápellátás... 46 2.4.2 ISA-slot... 48 2.4.3 PCI-slot... 49 2.4.4 PCI-Express... 51 2.4.5 Kiegészít funkciók esetén használt további slotok... 52 2.4.6 PCMCIA... 53 2.4.7 Lemezmeghajtó portok és csatlakozások... 54 2.4.8 IDE merevlemez csatlakozása... 56 2.4.9 Soros ATA... 58 2.4.10 esata... 60 2.4.11 SCSI... 61 2.4.12 SAS... 63 2.4.13 RAM slotok... 64 2.4.14 SO-DIMM... 67 2.4.15 Processzor aljzatok... 68 2.5 Audió portok... 70 2.5.1 Analóg audió adatátvitel... 70 2.5.2 Digitális audió jelátvitel... 73 2.6 Videó portok... 74 2.6.1 Kompozit videó... 74 2.6.2 S-videó... 75 2.6.3 SCART... 76 2.6.4 Komponens videó... 77 2.7 Számítógépes hálózati interfészek... 78 9
2.7.1 Ethernet... 78 2.7.2 WLAN... 80 2.7.3 Bluetooth... 82 2.7.4 IrDA... 84 2.8 Telefon és Internet... 85 2.8.1 Analóg telefonok... 85 2.8.2 ISDN... 87 2.8.3 DECT... 88 2.8.4 Mobil telefonok... 89 2.8.5 UMTS... 90 2.8.6 WiMAX... 90 2.8.7 DSL... 91 3 Szoftver interfészek... 92 3.1 Program interfészek... 92 3.2 Internet protokollok... 93 3.3 Univerzális Plug&Play... 94 4 Ember-gép interfészek... 95 4.1 Billentyzet... 95 4.2 Számítógépes egér... 97 4.3 Monitorok... 100 4.3.1 Jelorientált grafikus felhasználói felületek... 100 4.3.2 Grafikus felhasználói felület... 101 4.4 Hang interfészek... 102 4.5 Interfészek tervezése... 103 10
1 Interfészek 1.1 Bevezetés Az interfészekre akkor van szükség, ha különböz rendszereknek kell egymással kommunikálniuk. A magyar nyelv által is átvett angol interface szó latin eredet, és az inter között és a facies szerkezet vagy forma szavakból épül fel. Két rendszer közti kommunikáció kiépítéséhez kompatibilis interfészekre van szükség. Ebbl a szempontból lényegtelen, hogy a rendszeren belül az információ milyen formán kerül feldolgozásra. Az interfészekre számos szabvány vonatkozik, biztosítva így a rendszerek közötti problémamentes kommunikációt. Alapveten a kommunikáció két csoportját kell megkülönböztetnünk: az eszközök közötti, és az ember és az eszköz közötti kommunikációt. Az elst gép-gép interfésznek, a másodikat ember-gép interfésznek nevezzük. Az interfészek a számítástechnikában is kiemelten fontos szerepet játszanak. A hardver interfészek a számítógépek különböz alkatrészeit kapcsolják össze, amelyek így lehetvé teszik a különböz gyártók termékeinek egyazon rendszeren belüli használatát. A hardver interfészek elssorban elektromos jeleket közvetítenek, azonban a fizikai méreteknek is illeszkedniük kell. A szoftver interfészek a különböz számítógépes szoftvereket kapcsolják öszsze, így pl. egy alkalmazás adatokat cserélhet az operációs rendszerrel. Az interfészek egy speciális csoportja a hálózati interfészek, amelyek a különböz számítógépek egymással folytatott kommunikációját teszik lehetvé. Itt a hardvernek és a szoftvernek is kompatibilisnek kell lennie. Interfészekre az ember és a számítógép közötti kommunikációban is szükség van. Az ilyen felhasználói interfészeknek intuitív kezelhetséget kell biztosítaniuk, hogy a program használatához a lehet legkevesebb képzésre legyen szükség. 11
1.2 Elektromos hálózati ellátás 1.2.1 Euró-csatlakozó A mindennapos interfészek jó példája az elektromos berendezések hálózati csatlakozódugója, amikor a csatlakozót csatlakoztatjuk a falon található aljzathoz. Európában és sok más országban a hálózati feszültség névleges értéke egységesen 230 V, azonban a csatlakozódugók és aljzatok fizikai méretei eltérhetnek. Elször is különbséget kell tennünk a két- és a háromlábú csatlakozódugók között. Az elektromos áram átviteléhez két vezetre van szükség, a harmadik lábat (vezett) biztonsági okokból használják. Az euró-csatlakozó két lábbal rendelkezik, amelyek enyhén egymás felé hajlanak. Ez biztosítja, hogy a dugó biztonságosan csatlakozik az aljzathoz. A lábak átmérje 4 mm, hosszuknak nagyjából a fele szigetelt. A szigetel manyag szakasz átmérje kisebb, mint a vezetké. Az euró-csatlakozók legfeljebb 2,5 A áramersséget engednek át. Mivel nincs védvezet, az euró-csatlakozóval rendelkez berendezéseknek rendelkezniük kell védszigeteléssel. Az euró-csatlakozóval rendelkez eszközök tipikus példái a lámpák és a kis teljesítmény elektromos berendezések. Az euró-csatlakozót keskeny kivitele miatt számos európai országban, köztük Svájcban is használják. 1.1 ábra: Euró-csatlakozó 12
1.2.2 Érintésbiztos csatlakozó Az úgy nevezett érintésbiztos csatlakozók európaszerte igen elterjedtek. Mindkét lábának átmérje 4,8 mm, azaz egy kicsit vastagabb, mint az eurócsatlakozó. A dugó mindkét oldalán biztonsági érintkez felületek találhatók. Az aljzat a megfelel helyeken két érintkez-rugóval rendelkezik. Amikor bedugjuk a dugót, elször a biztonsági csatlakozó érintkezik, majd csak ezután érintkeznek a dugó vezeti. A kontúrdugasz hasonlóan néz ki, de nem rendelkezik biztonsági érintkezvel. Ezt olyan berendezések esetén használják, amelyek áramfelvétetel meghaladja az euró-csatlakozó által lehetvé tett áramfelvételt. Ilyen berendezés például a porszívó. Az euró-csatlakozóval ellentétben a kontúrdugasz nem minden országban használható, így például Svájcban sem, mivel küls mérete és a lábak vastagsága is nagyobb az euró csatlakozó méreteinél. A kontúrdugasz lábai a nagyobb áteresztend áramersség miatt vastagabbak, és nem szigeteltek, mivel a szigetelés a hasznos átmér rovására megy. 230 V esetén az érintésbiztos dugók és a kontúrdugaszok akár 16 A-t is vihetnek. 1.2 ábra: Kontúrdugasz és érintésbiztos dugó 13
A francia biztonsági rendszerben a biztonsági érintkez a falból áll ki. Az ilyen aljzatokba csak olyan dugókat lehet bedugni, amelyek rendelkeznek az erre a célra kialakított lyukkal. A dugó oldalán található biztonsági érintkezkkel ellátott csatlakozókat az ilyen biztonsági láb nélküli aljzatokban is be tudjuk dugni, ez azonban tilos, mivel itt a biztonsági védfunkció nem aktív. A francia rendszerben az euró-csatlakozókat, köszönheten keskeny alakjuknak, gond nélkül használhatjuk. Kontúrdugaszok esetén azonban már szükség van az aljzat biztonsági tje számára kialakított lyukra. A francia rendszerben használt biztonsági pin a dugókat a polaritás megfordításával szemben védi, azaz szemben az euró-csatlakozóval, azt 180 -al elfordítva nem tudjuk bedugni. Ennek elnye, hogy a fali aljzatok megfelel kábelezése esetén az áram alatt álló vezeték mindig a csatlakozó ugyanazon lábához kapcsolódik. Például így az áram alatt álló vezeték mindig az izzó foglalatának mélyen található harmadik érintkezjéhez, és nem a küls érintkezkhöz csatlakozik. Manapság a francia rendszer és a biztonsági tnek kialakított lyuk nélküli dugókat már csak ritkán használják. Szinte minden ma használatos biztonsági dugó rendelkezik ezzel a biztonsági vezethöz érintkez lyukkal, így ezek a dugók Franciaországban is használhatók. 1.3 ábra: Érintésbiztos dugó kiegészít biztonsági érintkezvel és a nélkül 14
1.2.3 Dugók Nagy-Britanniában A Nagy-Britanniában használt dugók igen nagyok, az érintkez lábak keresztmetszete pedig négyszöglet. A biztonsági érintkez a két másik lábbal háromszöglet elrendezést alkot. Ezt a dugót a polaritás megfordítása ellen a lábak elrendezése védi, így amikor bedugjuk, a csatlakozó vezeték mindig lefelé irányul majd. Minden dugó védett, mivel Nagy-Britanniában a kábelezés körkörös, azaz vezeték a biztosítódoboztól indul, sorosan összekapcsolja az összes aljzatot, majd visszatér a biztosítódobozhoz. Így egy aljzat két irányból kaphat áramot. Európa más területein inkább a csillag alakú kábelezés az elterjedt. Minden kábel védett, általában 10 vagy 16 A-ig. Ezzel szemben a nagy-britanniai körkábelezés 32 A-es védelemmel rendelkezik, hogy minden fogyasztót megfelelen el tudjon látni árammal. Mivel ez az áramersség (32 A) az egyes berendezések számára túl nagy, minden berendezés dugójának rendelkeznie kell kiegészít védelemmel. Ez általában 3, 5 vagy 13 A-re van méretezve. 1.4 ábra: Dugó, Nagy-Britannia 15
1.2.4 Dugók Svájcban A svájci dugók nagyon hasonlítanak az euró-csatlakozókra, azonban rendelkeznek egy kiegészít véd-érintkezvel is. Ez az érintkez a két másik érintkez között helyezkedik el, azok vonalától egy kicsit lejjebb. Jóllehet minden láb hossza azonos, bedugáskor mégis a véd-érintkez érintkezik elször, mivel annak érintkezje az aljzaton kevésbé mély, mint a másik két láb érintkezje. A dugót a polaritás megfordításával szemben a véd-érintkez aszimmetrikus helyzete védi. Az ilyen csatlakozók akár 16 A-t is átengedhetnek, bár a szokásos áramersség nem haladja meg a 10 A-t. A svájci aljzatokban használhatók az euró-csatlakozók, azonban az érintésbiztos dugók vastagabb lábaik miatt már nem, ráadásul ekkor a védérintkez sem mködne. A svájci dugók nagyon helytakarékosak a többi dugórendszerhez képest, ezzel egyidejleg pedig nagyon biztonságosak is. Hasonlóak az IEC (International Electrotechnical Commission, Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság) által 1986-ban létrehozott IEC 60906-1-nek megfelel dugórendszerhez. Az IEC 60906-1 különböz rendszerek elnyeit kombinálja, azonban csak Brazíliában terjedt el igazán. A svájci rendszerhez képest a lábak vastagsága 4 mm helyett 4,5 mm, a biztonsági érintkez pedig a középhelyzettl 5 mm helyett 3 mm-rel tér el. Az euró-csatlakozókat az IEC 60906-1-nek megfelel aljzatokban is használhatjuk. 1.5 ábra: Svájci dugó adapterrel 16