“單片機技術在電氣傳動系統中的應用”文獻綜述

黃青穎

（江蘇城鄉建設職業學院，江蘇 常州 213000）

1 電氣傳動

1.1 工業革命推動技術升級

電力的應用推動了各個行業的技術革新和社會的高速發展。第三次工業革命的成果是各行業逐步實現自動化。當代社會正在進入以人工智能為代表的第四次工業革命。智能技術的引入逐步成為電氣傳動控制系統的新思路與新方向。

1.2 電氣傳動

電氣傳動是利用電動機將電能轉化為動能，帶動機械設備運行的生產過程。電能是經濟、普及、方便使用的清潔能源；電動機的電能轉化效率高，易于控制，兩者結合，使傳動系統運行變得易于控制和高效。 電氣技術在傳動系統中的應用，降低了產品生產過程中所需要的勞動力，有利于企業節約成本。

傳動控制的電氣化，提高了生產過程的自動化水平。 電氣傳動控制系統是當前重要的工業基礎，它由傳動機構、電動機、控制設備三部分組成。隨著網絡通信、微電子及智能技術的使用，傳動控制技術水平也在不斷提高。

1.3 信息化對電氣傳動控制的要求

大多數工業國家都將工業化逐漸轉向信息化，信息化帶動了生產力的發展。 電氣傳動是工業的基礎。信息化發展推動了傳動技術的進步，為企業的高效發展提供有力的支撐。 在電氣傳動系統當中，數據通信和數字控制已經成為其控制的主要手段。

電氣系統的傳動模式按電動機類別分為直流電氣傳動與交流電氣傳動。 一開始，直流傳動由于良好的起、制動性能和控制特性，加上成本較低、容易操作的特點，得到廣泛應用，是電氣傳動的主要模式。但隨著信息技術和電力電子技術的發展，交流傳動技術不斷提升。 與直流傳動相比，交流傳動所需的設備體積小，輸出的功率大、可靠性高、動力性能優，所以直流傳動逐步讓位于交流傳動。

1.4 電氣傳動的智能控制趨勢

智能控制是在沒有人干預的情況下自主驅動智能設備來實現控制的自控技術，它高于傳統的自動化控制。

自動化控制是一種根據數學模型執行運行步驟的系統。傳統的自動化控制技術在一定程度上改善了勞動者的工作環境，降低了勞動者的勞動強度和工作風險，根據預設的問題制定處理方式，但缺乏自我診斷和調整的功能，所以沒有實現智能化控制。 設備工作現場的環境是千變萬化的，不確定的因數多，如果只靠設定的數學模型來控制，系統不能及時、有效地處理設備運轉出現的問題。

企業對機械設備運行的效率要求不斷提高，而系統改進和升級需要較高的成本。設備運行采用智能控制，就相當于人腦的運行。 系統通過對采集的數據和環境要素的準確判斷和分析， 經過自我調整和調控，實現控制目標。人工智能控制超越了傳統的數據模型控制，能進行實時的自我修正和改進，以提升自身的規范性和合理性來適應實際需要，從而更有效地提升效率。

2 單片機技術的發展

2.1 單片機的歷史

單片機誕生于20 世紀70 年代，它是使用集成電路技術將 CPU、 存儲器 RAM 和 ROM、 定時器/計數器， 輸入/輸出接口等主要部件集成在一塊半導體芯片上的微型計算機。CPU 能完成各種邏輯運算與算術運算，實現邏輯測試、發出控制信號。單片機能對電動機等設備進行控制。

2.2 單片機的功能特點

單片機因結構簡單、可靠性高、控制功能強、低功耗等特點，被廣泛應用在通信、交通、智能儀表、智能家電、遙感等領域。 單片機比一般集成電路有更強的抗干擾能力；對溫度、濕度等環境要素有更好的適應能力。 它成本低，卻能完成一般集成電路無法完成的工作。 它使生產效率得到有效提高，使這些領域的操作與控制變得智能化。 在電氣傳動系統中使用單片機，能達到較理想的控制效果。

2.3 單片機的結構

單片機內部結構分為兩種：Princeton 結構和harvard 結構。 Princeton 結構，將程序存儲和數據存儲放在同一個儲存空間。 Harvard 結構與Princeton 結構恰恰相反， 它的數據存儲和程序存儲是分開的。harvard 結構更有利于單片機控制功能的實現， 電氣傳動控制系統的單片機普遍采用的是harvard 結構。

2.4 單片機具備了EFT 和低噪聲布線技術

目前單片機技術發展迅速，具備更好的抗干擾技術EFT。 當外界有干擾信號時，電路信號會疊加毛刺信號， 傳統的處理方式是使用施密特電路降干擾，而毛刺信號不能完全消除， 可能被觸發干擾正常信號。如果交替使用施密特電路和RC 濾波電路，就可以消除這些毛刺或者令其失效，從而保證信號正常。

在電氣傳動系統中采用單片機技術， 通常將電源引線和地線均勻分布于集成電路塊的對稱點上， 如右上和左下。這樣布線有弊端，電源產生的噪聲影響范圍大，會干擾芯片內部電路的工作，降低運行的可靠性和穩定性。如果電源不放在對稱點上，而是放在相鄰的引腳上，這樣能夠減少流過整個芯片的電流，還方便去耦電容電路的布置，從而減少了電路板的噪聲。

EFT 抗干擾技術和低噪聲布線技術使單片機系統在工作時更穩定。

2.5 單片機與智能控制

單片機為電氣傳動技術帶來了技術革新。它通過編程來對設備運行和生產過程實現控制功能。它代替了傳統的硬件電路，電路功能變得強大，能夠實現更復雜控制。 單片機是通過模糊控制、數字計算控制和自適應控制等來實現復雜的控制功能，使系統結構得到簡化，維護和升級變得經濟。 所以單片機在各個領域得到廣泛的應用。

當今網絡技術發展日新月異，網絡普及，人們的生活與網絡緊密相連。 不僅計算機與互聯網相連，物品與物品也可以通過網絡相連，如家用電器。 許多電器內部采用單片機控制系統。單片機的通信接口支持它服務的設備接入網絡。 網絡是現代最流行的工具，智能化的時代離不開網絡，離不開單片機技術。 一些成本低、 性能穩定、 易控制的智能芯片裝入手機，電視、音箱和打印機等電器內，智能控制方便了人們的生活。

3 單片機技術在電氣傳動中的應用

3.1 單片機成為控制的核心

電氣傳動電路，由電氣主回路、接口電路、控制電路三個部分組成。 控制電路的主要元件是單片機。 輸入信號從輸入接口電路中進入單片機內部，CPU 對采集的信號進行處理，再把處理后的信號由輸出接口電路送出，控制主回路。 抗干擾能力強、可靠性高、運算能力強的單片機是控制電路的關鍵。

3.2 C 語言與匯編語言混合編程

C 語言簡潔、靈活、庫函數豐富、調試方便、移植性好，被廣泛用于硬件開發中。 匯編語言是一種面向機器的語言，它的優點是運行速度快，所占用的存儲空間小，可以對硬件直接控制。 在電氣傳動控制電路實時響應的場合中， 技術人員會用匯編語言編程，以獲得較快的執行速度。

在電氣傳動控制系統中，常采用C 語言以及匯編語言（ASM）混合編程模式。匯編程序模塊與C 語言程序模塊經常需要相互調用。調用分無參數傳遞和有參數傳遞兩種情況。 前者需要在程序中寫入匯編偽指令，才可以實現匯編與C 語言的相互轉換；后者要在C 源代碼中添加目的匯編程序， 編譯鏈接所有程序后， 還要核對類似M96 和M51 系統文件再進行程序修改。

3.3 改進算法

單片機技術對電氣傳動控制系統中的算法也具有優化的作用。 在電氣的傳動控制系統中，例如對轉速器的進行設置和調整，可以通過單片機內參數設定來完成。 采用單片機技術，省略控制系統中的計算代碼，可以提高設備的運算速度與準確性。

3.4 系統頭文件中的應用

單片機的系統頭文件有各個端口與各種特殊功能寄存器的地址。 精準制定單片機的系統頭文件，能把單片機的功能發揮到最大。 單片機型號多，框架結構和工藝水平也不同，不同單片機功能差別大，應當依據單片機型號來制定系統頭文件。 這樣一來，當單片機型號出現變化，可以通過轉換頭文件來完成程序的移植。這可以縮短單片機開發的進程，使過程簡化。

單片機應用使電氣傳動系統的電路設計思路和理念發生根本的變化。軟件編程實現了以前硬件電路的控制功能，電路結構得到簡化，但是電路成效得到提高，不同的控制要求得到滿足。 比如傳統電氣傳動控制中的PID 調節，就可以用單片機控制來實現。

單片機技術提高了電路的可靠性和準確性，使得電路智能化， 在電氣傳動系統中具有至關重要的作用。 隨著科技的創新，單片機技術的發展也會向著高水平、多部件、多功能等方向發展，對電氣傳動會產生更加深遠的影響。