單片機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究

徐秀萍 李成良

摘要：單片機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中有著重要的作用，是自動化控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，也是提升自動化控制系統(tǒng)智能化程度的核心。對于目前的自動化控制系統(tǒng)而言，其信息的采集、數(shù)據(jù)的處理和信號的輸出都需要依靠單片機(jī)完成。而且隨著自動化控制系統(tǒng)的不斷完善，對單片機(jī)提出了新的要求。基于此，本文從單片機(jī)技術(shù)分析入手，首先分析自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，然后探究單片機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢，希望可以借此給單片機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用的相關(guān)研究提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);自動化控制;系統(tǒng)控制

中圖分類號：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）09-0006-03

1 單片機(jī)技術(shù)分析

單片機(jī)相當(dāng)于微型的計(jì)算機(jī)，屬于高度集成的電路芯片，目前在家用電器、智能儀表和通訊設(shè)備等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用在自動化控制系統(tǒng)中有著諸多優(yōu)點(diǎn)，不僅抗干擾能力較強(qiáng)，而且十分靈活，有利于自動化控制系統(tǒng)的簡潔呈現(xiàn)[1]。具體而言，單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用在自動化控制系統(tǒng)中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）體積小。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，可以實(shí)現(xiàn)模塊化的應(yīng)用，而且其體積較小，不會占用太大的空間，有著較強(qiáng)的適用性。

（2）可靠性強(qiáng)。單片機(jī)的可靠性較強(qiáng)，其內(nèi)部高度集成，即使長時間的工作也不會出現(xiàn)故障，對自動化控制的穩(wěn)定性有著重要作用。

（3）能耗低。單片機(jī)的工作電壓較低，因此不會產(chǎn)生過高的能耗，在家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用是人們的首選。

（4）運(yùn)算能力強(qiáng)。單片機(jī)內(nèi)部包含數(shù)據(jù)處理的功能，而且運(yùn)算能力較強(qiáng)，可適應(yīng)多種環(huán)境的應(yīng)用，整體控制能力較強(qiáng)。

2 自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

自動化控制系統(tǒng)在近幾年發(fā)展的速度較快，因此在多個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，為人們的生活和工作提供了極大便利，以下是對幾個應(yīng)用領(lǐng)域的具體分析[2]。

2.1 節(jié)能控制系統(tǒng)

目前電子設(shè)備已經(jīng)成為人們生活中必不可少的一部分，而且電子設(shè)備由于經(jīng)常被攜帶外出，因此對能耗有了更高的要求。所以在當(dāng)前的電子設(shè)備中，會通過自動化控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。例如，在電子設(shè)備處于非使用狀態(tài)時，自動化控制系統(tǒng)就會在保證其基礎(chǔ)功能的前提下降低能耗。在這個過程中，自動化控制系統(tǒng)會采集電子設(shè)備的數(shù)據(jù)，分配能耗節(jié)奏，然后延長電子設(shè)備的待機(jī)時間。

電子設(shè)備在使用的過程中并非是所有功能都處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，以智能手機(jī)為例，其拍照、音樂、通訊和數(shù)據(jù)上傳等通常是部分使用的，這時自動化控制系統(tǒng)就會根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在滿足用戶使用功能的基礎(chǔ)上降低能耗，延長待機(jī)的時間。在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下，自動化控制系統(tǒng)的節(jié)能控制十分重要，可有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

2.2 智能語音控制

在當(dāng)前的一些電子設(shè)備中語音控制十分常用，可增強(qiáng)用戶的交互體驗(yàn)，解放雙手，這也與自動化控制系統(tǒng)有著密不可分的關(guān)系。例如，在車載導(dǎo)航中，用戶就可通過語音來控制系統(tǒng)的功能，不用再手動輸入信息。智能語音控制需要首先在自動化控制系統(tǒng)中輸入預(yù)設(shè)的業(yè)務(wù)邏輯，然后將采集到的用戶語音信息轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)內(nèi)部的控制，當(dāng)?shù)竭_(dá)特定的路段或者地點(diǎn)后，還能進(jìn)行語音播報，提升駕駛員注意路況信息，有效提升了用戶體驗(yàn)[3]。

語音控制設(shè)備目前的應(yīng)用十分廣泛，例如手機(jī)、電視、電腦、玩具等，其實(shí)現(xiàn)功能的核心就在于自動化控制系統(tǒng)，通過信息的采集和命令的下達(dá)來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，滿足智能化的控制。而且有部分語音控制和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，將用戶的語音信息轉(zhuǎn)換為信號，得到相應(yīng)的結(jié)果后還可輸出語音信息，有效增強(qiáng)了語音控制設(shè)備的功能多樣性。

2.3 報警控制

報警控制在工業(yè)和人們的日常生活中都有著重要的作用，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行異常后，自動化控制系統(tǒng)就會根據(jù)采集到的信號發(fā)出報警信號。另外，在火災(zāi)報警器中也是利用自動化控制系統(tǒng)，如果煙感數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)設(shè)的水平，就會觸發(fā)報警信號。報警控制主要是用于檢測各類異常，通常會在自動化系統(tǒng)中輸入邏輯程序，然后由專門的信號采集器采集信息，傳出給中央處理器，如果判定信息滿足報警條件，就會觸發(fā)相應(yīng)的報警功能。在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中報警控能夠有效保護(hù)人們的安全，同時還能方便設(shè)備的維修，所以在自動化控制中，報警控制是重要的功能之一[4]。

2.4 醫(yī)療設(shè)備

醫(yī)療領(lǐng)域也常用到自動化控制系統(tǒng)，特別是隨著自動化控制技術(shù)的不斷完善，它已經(jīng)成為重要的輔料輔助。首先，在病人的生理特征信號檢測中就離不開自動化控制系統(tǒng)，它能實(shí)現(xiàn)全天候的監(jiān)測，并且將數(shù)據(jù)反饋一聲。特別是出現(xiàn)異常的信息時，自動化控制系統(tǒng)還可以發(fā)出信號。其次，自動化控制系統(tǒng)在手術(shù)中也有著一定的應(yīng)用，對于部分需要在病人體內(nèi)完成的操作，常利用自動化控制系統(tǒng)來提高操作的精確性。除此之外，自動化控制系統(tǒng)還可用于健康分析等方面，為人們的身體健康保駕護(hù)航。

自動化控制系統(tǒng)有著強(qiáng)大的控制功能，而且體積較小，性價比較高，因此在機(jī)電一體化、國防、辦公、家電、計(jì)算機(jī)通訊和人們的日常生活等方面都有著十分廣泛的應(yīng)用。而且隨著自動化控制技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，其應(yīng)用的領(lǐng)域會進(jìn)一步擴(kuò)大。

3 單片機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 單片機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

單片機(jī)是自動化控制系統(tǒng)的核心部件，在一個自動化控制系統(tǒng)中可能存在多個單片機(jī)，它們分別完成不同的工作，是實(shí)現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)功能的關(guān)鍵所在。因此，單片機(jī)會根據(jù)自動化控制系統(tǒng)的功能需求定制，對其結(jié)構(gòu)、程序和控制都有著較高的要求。具體而言，單片機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包含以下幾個方面：

（1）自動化控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。自動化控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)有著密不可分的關(guān)系，通常某項(xiàng)功能由單個或者多個單片機(jī)完成。為了保持自動化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，單片機(jī)會根據(jù)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)要求按照不同的參數(shù)運(yùn)行，通常主要是負(fù)責(zé)信息采集、故障預(yù)警、故障診斷等。另外，單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和自動化控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)有著直接關(guān)系，因此要針對系統(tǒng)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[5]。

（2）自動化控制系統(tǒng)的內(nèi)部控制。單片機(jī)是自動化控制系統(tǒng)內(nèi)部控制實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，從當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用來看，自動化控制系統(tǒng)為了完成人機(jī)交互要進(jìn)行信息采集，讓信息輸入自動化控制系統(tǒng)的內(nèi)部，而信息的輸入通常靠單片機(jī)完成。通常單片機(jī)可分為不同的模塊，信息可通過觸控、鍵盤或者語音實(shí)現(xiàn)輸入。當(dāng)信息進(jìn)入自動化控制系統(tǒng)后首先要被掃描，確定符合程序運(yùn)算后就可由處理器處理，然后輸出信號，最終由單片機(jī)完成系統(tǒng)內(nèi)部的控制。從該層面來看，單片機(jī)對自動化控制系統(tǒng)的智能化也有著重要的意義，它是自動化控制系統(tǒng)的內(nèi)部控制元器件，通過單片機(jī)的組合來完成其運(yùn)行。

（3）自動化控制系統(tǒng)的程序運(yùn)行。自動化控制系統(tǒng)會按照提前輸入的程序運(yùn)行，而程序就儲存于單片機(jī)中。每次輸入信號之后，單片機(jī)就會根據(jù)程序處理信號，然后再輸出控制信號，進(jìn)而完成程序的運(yùn)行。

單片機(jī)中融入了集成電路，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和儲存，因此在自動化控制系統(tǒng)中，單片機(jī)相當(dāng)于微型控制器，它可實(shí)現(xiàn)信息的采集、數(shù)據(jù)的處理和控制信號的輸出，然后配合自動化控制系統(tǒng)的其他元器件完成預(yù)設(shè)的功能。因此，自動化控制系統(tǒng)的核心就是單片機(jī)，利用模塊化的組合，自動化控制系統(tǒng)更加智能化，可有效滿足生產(chǎn)和工作的需求。

3.2 單片機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例

單片機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，下文以電梯自動化控制系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。在電梯的自動化控制系統(tǒng)中，單片機(jī)控制各設(shè)備的運(yùn)行，而且可執(zhí)行控制面板的命令，以此來實(shí)現(xiàn)電梯的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。如圖1所示，為單片機(jī)在電梯自動化控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)圖。可根據(jù)預(yù)設(shè)的程序，實(shí)現(xiàn)電梯的各項(xiàng)功能，例如電梯的緊急呼叫、啟動、停止等，每個對應(yīng)的輸入都可通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)反饋，有效滿足使用的需求。

4 單片機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用的發(fā)展趨勢

自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展與單片機(jī)有著密切的聯(lián)系，特別是隨著當(dāng)前自動化控制系統(tǒng)智能程度的提升，單片機(jī)的發(fā)展有了新的發(fā)展趨勢[6]，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）微型化。從電子設(shè)備的發(fā)展趨勢來看，都是不斷趨向于微型化，盡可能減小其體積，這樣就能有效增強(qiáng)用戶的使用體驗(yàn)。自動化控制系統(tǒng)也是如此，因此相應(yīng)的單片機(jī)會趨向于微型化的發(fā)展方向。從單片機(jī)誕生以來，其重量和尺寸都有了一定的減小，但是目前已經(jīng)陷入瓶頸，如果繼續(xù)縮小則影響其功能的實(shí)現(xiàn)。所以在未來的發(fā)展中，微型化仍是重要的方向，會在保障功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上縮小單片機(jī)的尺寸和重量，改進(jìn)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)。

（2）智能化。自動化控制系統(tǒng)可看做智能化發(fā)展的重要過程，目前市場上的各類自動化控制系統(tǒng)雖然初步滿足了社會的需求，但是智能化程度還是相對較低。因此，在后續(xù)的發(fā)展中，單片機(jī)的智能化程度提升是主要的方向之一。在這方面，單片機(jī)的智能化操作設(shè)計(jì)要進(jìn)一步優(yōu)化，運(yùn)行狀態(tài)也要改變，逐漸減少自動化控制系統(tǒng)中人力的輸出，更加智能地為人們提供服務(wù)。

（3）市場化。市場對于產(chǎn)品的發(fā)展有著直接的調(diào)節(jié)功能，所以單片機(jī)的發(fā)展還需要考慮到市場的發(fā)展，目前單片機(jī)有4位和8位兩種，相信在未來的發(fā)展中會衍生出更多的種類，這樣才能更好地滿足市場的需求，應(yīng)用到更多地領(lǐng)域中。

5 結(jié)語

單片機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中扮演著重要的角色，可以工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活提供較大的便利。而且隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷成熟和自動化控制系統(tǒng)的完善，其應(yīng)用的領(lǐng)域會不斷擴(kuò)大，形成更為智能的自動化控制系統(tǒng)。本文探究了單片機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢，分析了自動化控制系統(tǒng)在當(dāng)前的主要應(yīng)用，然后針對當(dāng)前單片機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析了其未來發(fā)展的趨勢，希望可以給單片機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用的完善提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

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