單片機(jī)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究

安陽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心 鄭相哲

1.引言

單片機(jī)是一種集成化的電路芯片，作為一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)利用超大規(guī)模集成電路技術(shù)將隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、中央處理器CPU、中斷系統(tǒng)、只讀存儲(chǔ)器ROM、I/O通信接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等集成在一起，將其印刷到一塊硅片上，實(shí)現(xiàn)信息處理。目前，單片機(jī)經(jīng)過多年普及，已經(jīng)從原來的4位、8位單片機(jī)發(fā)展到了300M的高速單片機(jī)。單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，作為嵌入式軟件的一個(gè)重要組成部分，利用單片機(jī)可以提高控制系統(tǒng)的開發(fā)成效，也可以降低系統(tǒng)開發(fā)費(fèi)用，具有重要的作用[1]。

2.自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，本文結(jié)合筆者多年的工作實(shí)踐，列舉電梯控制系統(tǒng)、智能電網(wǎng)控制系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)等應(yīng)用情況。

（1）電梯控制系統(tǒng)

目前，我國城市改革進(jìn)度加快，生產(chǎn)廠房、高層建筑、大中型商超等建筑物興起，電梯已經(jīng)成為主要的運(yùn)載工具。電梯組成設(shè)備眾多，主要為電梯門、轎廂、電纜繩、顯示儀、按鈕板等，這些設(shè)備集成在一起時(shí)需要利用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的控制。電梯控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的單片機(jī)、PLC和集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)電梯上下行、轎廂開關(guān)門、語音播報(bào)、視頻顯示、應(yīng)急通信等多種功能，以便能夠?qū)崿F(xiàn)電梯自動(dòng)化運(yùn)行[2]。

（2）火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要包括煙霧探測(cè)器、區(qū)域報(bào)警器和集中報(bào)警器三個(gè)關(guān)鍵部分，同時(shí)可以聯(lián)動(dòng)設(shè)置滅火設(shè)施、通訊設(shè)施，能夠形成一個(gè)強(qiáng)大的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火、安全疏散、系統(tǒng)顯示、消防管理檔案，構(gòu)建了一個(gè)完整的火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)。火災(zāi)探測(cè)器可以隨時(shí)監(jiān)控?zé)熿F、高溫和火光，這些煙霧熱光都可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)實(shí)現(xiàn)報(bào)警[2]。

（3）電力控制系統(tǒng)

電力控制系統(tǒng)可以利用傳感器采集智能電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行信息，將這些信息發(fā)送給電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。電力控制系統(tǒng)作為一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)嵌入式軟件，對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)速度要求非常高，除了要完成信息采集、信息計(jì)算等功能，利用程序完成各類型的操作控制外，還需具有較高的自適應(yīng)能力。電力控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)等，可以構(gòu)成一個(gè)強(qiáng)大的電力設(shè)備控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，從而確保相關(guān)的控制信號(hào)準(zhǔn)確傳輸和響應(yīng)。

3.單片機(jī)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

單片機(jī)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用模式類似，本文列舉電梯控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)引入了ATC89C52RC單片機(jī)，能夠控制電梯的各個(gè)組成設(shè)備運(yùn)行，執(zhí)行電氣按鈕板以及后臺(tái)的各個(gè)指令。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)快速編程，構(gòu)建一個(gè)良好的電梯控制操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電梯控制系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)重復(fù)性編程，構(gòu)建一個(gè)強(qiáng)大的處理功能，實(shí)現(xiàn)電梯控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確操作[3]。電梯控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)組成如圖1所示。

圖1 單片機(jī)在電梯控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)圖

電梯控制系統(tǒng)采用的單片機(jī)型號(hào)為ATC89C52RC，這個(gè)單片機(jī)產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)大的邏輯業(yè)務(wù)處理，為用戶提供了一個(gè)CMOS8位處理器，該處理器具有功耗小、性能高的特點(diǎn)，能快速實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)、加工和處理。ATC89C52RC擁有一個(gè)512K的存儲(chǔ)空間，該空間能夠滿足電梯控制系統(tǒng)寄存器信息的處理，實(shí)現(xiàn)空間信息服務(wù)，提高ATC89C52RC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，引入了先進(jìn)的Cache存儲(chǔ)模式，構(gòu)建了一級(jí)緩存和二級(jí)緩存，具有強(qiáng)大的信息加工服務(wù)能力[4]。ATC-89C52RC還擁有一個(gè)4K字節(jié)的EEPROM信息存儲(chǔ)空間，這個(gè)存儲(chǔ)空間能夠更好地利用多串口操作，形成多串口的并發(fā)通信模式，擁有一個(gè)超多串口、靈活、并發(fā)通信處理系統(tǒng)。ATC89C52RC單片機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)嵌入式的應(yīng)用軟件，提高電梯控制的快速性，實(shí)現(xiàn)電梯控制硬件與底層的緊密結(jié)合。ATC89C52RC單片機(jī)連接的功能模塊非常多，能夠?qū)崿F(xiàn)電梯控制器的供電操作、CAN總線操作、LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)電路操作、電梯呼叫處理操作、電梯主控模式操作等，實(shí)現(xiàn)電梯上下行、停止、開門、啟動(dòng)、按鈕操作，并且能夠輸出一些輔助信息，比如在LED上顯示當(dāng)前樓層、上下行信號(hào)箭頭等[5]。電梯呼叫控制板可以選擇接受相關(guān)的樓層信息，這些開關(guān)門、樓層到達(dá)、停止信息都需要滿足數(shù)字信號(hào)的輸入，實(shí)現(xiàn)快速的斷電、判斷，以便能夠在短時(shí)間內(nèi)判斷是否存在滿員或超載，及時(shí)提醒乘客上下電梯。電梯制動(dòng)還需要實(shí)現(xiàn)轎廂頂部、底部的信號(hào)采集操作，避免電梯轎廂越界產(chǎn)生安全事故。

單片機(jī)在電梯控制系統(tǒng)等應(yīng)用過程中具有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如可以節(jié)約編程開發(fā)時(shí)間，使用非常簡單，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也非常高，更有利于提高社會(huì)自動(dòng)化水平。單片機(jī)是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)，其利用標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出接口與外界進(jìn)行通信，連接組成設(shè)備非常靈活，具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性和可移植性[6]。另外，基于單片機(jī)開發(fā)控制系統(tǒng)，不需要繁瑣的接線、拆線等操作，設(shè)計(jì)過程非常簡單，共享性也非常強(qiáng)，單片機(jī)可以通過關(guān)鍵的接口設(shè)備實(shí)現(xiàn)即插即卸，I/O輸入輸出采用標(biāo)準(zhǔn)的接口模式，連接外部設(shè)備通用性也非常強(qiáng)，用戶界面交互性好，因此方便電氣化設(shè)備的擴(kuò)展和接入，不需要購置更多的獨(dú)立模塊設(shè)備，這樣就可以省去很多的資金費(fèi)用。單片機(jī)體積非常小，采用模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)只需要I/O輸入輸出接口，實(shí)現(xiàn)電氣化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)化采集，分析這些設(shè)備是否處于維護(hù)狀態(tài)，及時(shí)地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，如果這些設(shè)備需要維護(hù)或更換，可以及時(shí)地將其更換掉，能夠更好地預(yù)留空閑接口，擴(kuò)展系統(tǒng)功能，方便電氣化設(shè)備控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)改裝和升級(jí)維護(hù)。

4.結(jié)束語

隨著我國工業(yè)生產(chǎn)、樓宇建筑、電氣設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，利用先進(jìn)的單片機(jī)開發(fā)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以將智能設(shè)備集成在一起，構(gòu)建一個(gè)強(qiáng)大的、先進(jìn)的控制操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、通信傳輸、狀態(tài)分析和運(yùn)行監(jiān)控，大幅度提高工業(yè)生活生產(chǎn)的精確度和可靠性，降低人力維護(hù)成本，還可以響應(yīng)國家政府的號(hào)召，積極減少排放。

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