單片機在電動機節(jié)能控制中的應(yīng)用

張楊 劉丹 渤海理工職業(yè)學院 機電工程系

在電動機節(jié)能控制中，單片機的應(yīng)用具備高效性、便捷性、控制效果明顯等優(yōu)勢。在社會大力踐行“節(jié)能減排”理念的背景下，絕大多數(shù)使用者比較注重能耗問題。針對缺乏必要節(jié)能控制系統(tǒng)的電動機而言，考慮到其抗干擾能力、可靠性能表現(xiàn)不佳。在以前研究過程中，單片機電動機節(jié)能控制系統(tǒng)存在較多的應(yīng)用問題。基于此，本文將重點討論節(jié)單片機在電動機節(jié)能控制中的應(yīng)用。在研究討論中可知，雖然，應(yīng)用單片機可以起到一定節(jié)能控制作用，但是電動機整體穩(wěn)定性仍然沒有提高。為了從根本上避免發(fā)生上述問題，應(yīng)當以建設(shè)新型節(jié)能控制系統(tǒng)為目的，著重進行電動機抗干擾能力、可靠性的提升，充分利用單片機的巨大優(yōu)勢。利用節(jié)能控制模塊，可以對電動機，展開節(jié)能化的控制與操作。而單片機監(jiān)控模塊，可以提供數(shù)據(jù)顯示功能，對電動機進行實時化監(jiān)控與控制，促使電動機節(jié)能控制系統(tǒng)提高抗干擾性能、可靠性能。

一、單片機技術(shù)定義

由于單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)具備明顯地高效、便捷的優(yōu)勢，具有控制效果明顯、獨立性較強的特點，所以在實踐部署環(huán)節(jié)，具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢和普適性。首先，單片機需要結(jié)合具體指令信息，進行信號處理工作；其次，利用CPU 對內(nèi)部組件進行協(xié)調(diào)，最大限度使復(fù)雜化任務(wù)，逐一分解為較為單一的指令，然后以此為基礎(chǔ)完成分配；再次，在系統(tǒng)運行結(jié)束時，需要將相關(guān)信息存放至單片機內(nèi)部，然后根據(jù)既定流程完成基礎(chǔ)指令的傳送工作，實現(xiàn)接收與處理外在任務(wù)目標。考慮到單片機屬于易部署、可拓展性強的應(yīng)用技術(shù)，其具有多元化發(fā)展的基礎(chǔ)性特征，可以將其應(yīng)用于多個領(lǐng)域。

二、單片機應(yīng)用特征和優(yōu)勢

（一）單片機應(yīng)用特征

1.拓展特征

首先，單片機本質(zhì)上具有完備的基礎(chǔ)功能結(jié)構(gòu)，是可以實現(xiàn)利用拓展性編寫方式方法，在多個目標場景下，高質(zhì)量完成和執(zhí)行相關(guān)任務(wù)的目的。

其次，進一步整合數(shù)據(jù)內(nèi)容進行存儲或上傳，充分借助單片機可以有效提高相關(guān)系統(tǒng)拓展性的作用，實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量操作的目標。

最后，利用單片機可以結(jié)合智能化的現(xiàn)實需求，對電動機內(nèi)部模塊運作方式，展開針對性配置工作，促使其實現(xiàn)多樣化功能目標，具有明顯提高電動機經(jīng)濟效益的作用。

2.集成特征

第一，與其他系統(tǒng)架構(gòu)相對比，單片機屬于高度集成化功能框架。所以，應(yīng)用單片機，可以有效提高電動機設(shè)備工作效率，能夠高質(zhì)量解決電動機在實踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，現(xiàn)存的集成化任務(wù)需求問題，進而構(gòu)建完整的智能化電動機體系。

第二，單片機可以將子系統(tǒng)整合至電動機系統(tǒng)架構(gòu)內(nèi)，能夠最大限度實現(xiàn)節(jié)約成本、增強系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用，進而為后續(xù)維護環(huán)節(jié)，提供比較高效率的支持和保證。

3.適用特征

其一，單片機整體結(jié)構(gòu)相對簡單，同時具有基礎(chǔ)功耗低的優(yōu)勢，能夠以相對比較集中化的架構(gòu)，加快實現(xiàn)復(fù)雜性功能需求。因此，在電動機系統(tǒng)框架中，利用單片機技術(shù)方案，具有顯著提高電動機設(shè)備適用性的效果，能夠保證其能夠應(yīng)用于諸多惡劣條件。比如：高溫、高濕度、強振動環(huán)境等。

其二，通過科學部署單片機技術(shù)應(yīng)用方案，電動機基礎(chǔ)適用性能夠得到明顯增強，有助于社會層面得到廣泛應(yīng)用和普及，有助于實現(xiàn)電動機理想的節(jié)能控制目標。

（二）單片機應(yīng)用優(yōu)勢

1.適應(yīng)性廣

現(xiàn)階段，隨著單片機發(fā)展速度的加快，以及智能化水平的提高，單片機的品牌和種類正逐漸增多。與此同時，社會市場已經(jīng)認可了單片機，其應(yīng)用范圍已經(jīng)普及、影響了日常生活、生產(chǎn)多個領(lǐng)域。比如：航空航天領(lǐng)域、玩具設(shè)施等，單片機的應(yīng)用身影隨處可見。再比如：通過分析德州儀器的單片機可知，其被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。并且，不同類型的單片機對于自身應(yīng)用環(huán)境存在差異性適用特點，所以具有適應(yīng)性非常廣的優(yōu)勢。

2.單片機使用周期長

在科學技術(shù)水平飛速發(fā)展的時期，MPU 的更新速度逐漸加快，正以每半年或一年多速度推出新產(chǎn)品。與此同時，在一定程度上延長了單片機的使用壽命。比如：至今，老式單片機已經(jīng)出現(xiàn)了20 年左右，但是它的身影仍然可以見到。而現(xiàn)如今，芯片技術(shù)的持續(xù)性進步，單片機還可以利用科技手段完成升級換代的需求，并能夠在各個領(lǐng)域得到更好的利用。這就表明，單片機技術(shù)具有更加穩(wěn)定，使用壽命更長的應(yīng)用優(yōu)勢。

3.運算速度快

從本質(zhì)上說，單片機屬于可以用來編程的一種微型處理器，因此，單片機具有運算速度快點特點。另外，為了發(fā)揮單片機的最大化作用，在保證單片機基礎(chǔ)性能的同時，還需要在單片機運行過程中不斷降低其噪聲水平以及時鐘頻率。比如：80MCS-51 系列AT89C51 芯片類型的單片機，就很好地滿足了時鐘頻率有效降低，減少對其正常工作需求的影響，并且顯著促使單片機工作速度的提升。

4.低噪音和高可靠性

由單片機組成的電動機系統(tǒng)中，由于幾乎為零的工作噪聲是單片機系統(tǒng)的核心。在科學技術(shù)不斷進步的期間，新的應(yīng)用方法不斷出現(xiàn)，同時又被廣泛使用。是可以實現(xiàn)生產(chǎn)出低噪音、高可靠產(chǎn)品的條件，是提高電動機抗干擾能力的保證。

5.單片機集成多元控制模塊

以MCS-51 系列AT89C51 芯片的單片機為例，由于該單片機芯片，自身具有8 位CMOS 微處理器，能夠有效維持低壓高性能的趨勢。另外，集成了4KB 只讀閃存程序存儲器模塊、定時器/計數(shù)器模塊，通信端口模塊等是該單片機芯片的最大優(yōu)勢，可以明顯提高電動機節(jié)能控制水平。

三、電動機使用過程中關(guān)鍵問題

（一）配套的電動機功率大

第一，為了長時間維持大型機電設(shè)備的正常運行狀態(tài)，在使用電動機期間，必須按照最大負載，多方位考慮其設(shè)備配置使用的功率。第二，機電設(shè)備在正常工作時，如果其配置電動機帶動負載比較小，對應(yīng)的會較少出現(xiàn)重載狀態(tài)情況。比如：在慣性負載影響下，電動機組啟動初期負載相對大，此時不配置較大功率的電動機，將無法進行重載啟動工作。

（二）長時間輕載運行

絕大多數(shù)機電設(shè)備大部分時間均處在準備狀態(tài)、等待狀態(tài)、備料狀態(tài)。與此此時，范圍內(nèi)的電動機處于整個空載狀態(tài)。如果在空載時經(jīng)常出現(xiàn)開、停機舉動，可能會給電動機正常使用及生產(chǎn)帶來負面影響。針對此種問題，為了有效提高電動機生產(chǎn)的安全、可靠，要求設(shè)備長時間處在空載運行狀態(tài)。

（三）無規(guī)律變化電動機負載

由于生產(chǎn)工藝的影響，在實際布置的機電設(shè)備，可能因為配置的電動機負載變化相對大、無規(guī)律、功率較低，所以無法滿足生產(chǎn)的實際需要。所以，必須配置功率較大的電動機。同時，需要預(yù)留一定的余量，最大程度保證電動機超負載運行需要得以滿足。

四、單片機在智能電子產(chǎn)品中的應(yīng)用基礎(chǔ)

各種電動機的使用和操作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量，在社會發(fā)展和進步的過程中，處于繼續(xù)增長的發(fā)展狀態(tài)。因此，只有嚴格執(zhí)行復(fù)雜的計算程序后，才能有效保證電動機的操作合理。對此，加強和改善傳統(tǒng)的操作和管理電動機方式十分重要。其中，應(yīng)用單片機技術(shù)，可以結(jié)合其收集，計算和存儲數(shù)據(jù)的功能。能夠在電動機集成電路芯片附著部分數(shù)據(jù)，通過發(fā)布算術(shù)指令，確保電動機運行期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)得到精準計算，有助于實現(xiàn)電動機的智能化、快速化的控制功能。總體而言，電動機的智能水平在單片機技術(shù)應(yīng)用期間，得到了提高。而且，單片機技術(shù)不僅可以使電動機使用壽命和運行效率得到提高，同時還具有延長電動機提高計算速度的優(yōu)勢。利用單片機技術(shù)，通常需要設(shè)置集成電路，以及其他高度集成的功能模塊，在電動機節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計，其節(jié)能控制主要包括以下三種：其一，將單片機輸出電壓作為現(xiàn)階段電動機的基準電壓；其二，單片機需要考慮結(jié)合專用芯片；其三，單片機直接控制型。在應(yīng)用過程中，必須做好電動機節(jié)能控制處理。需要注意的是，電動機節(jié)能控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計包括節(jié)能控制，以及單片機監(jiān)控等方面。其中，利用節(jié)能控制模塊，控制與操作電動機；利用單片機監(jiān)控模塊，不僅可以實時化監(jiān)控與控制電動機，還可以有效顯示多種數(shù)據(jù)。

五、單片機在智能電子產(chǎn)品中的實際應(yīng)用

（一）節(jié)能控制模塊設(shè)計

由于模塊對單片機電動機在應(yīng)用期間，具有控制效果高的特點。所以，在電動機節(jié)能控制模塊，可以采用低能耗直流電的輸出方式進行設(shè)計。結(jié)合實際可知，其模塊工作原理如下：確保節(jié)能控制模塊得到正常控制，為節(jié)能控制系統(tǒng)展開有效電動機管控提供便利，同時能夠輸出到電動機節(jié)能控制模塊。其中，電動機內(nèi)部脈沖寬度可以調(diào)制的功能，提高可靠性。對于脈沖寬度調(diào)制電路，能夠利用電動機促使其內(nèi)部直流電轉(zhuǎn)化為機械能，針對直流電存在的故障電壓還可以進行有效采集，避免發(fā)生電動機元件受損問題，長期維持正常、穩(wěn)定地電動機節(jié)能控制系統(tǒng)運行狀態(tài)。利用脈沖寬度，進一步調(diào)制電動機電路，促使電流進入到電動機節(jié)能控制模塊內(nèi)。利用控制模塊，可以實現(xiàn)檢測直流電控制的目的，具有自動化水平較高的特點。也可以最大限度檢測直流電誤差，進而消除誤差。最后，為了將直流電轉(zhuǎn)化為機械能，可以利用節(jié)能控制模塊、脈沖寬度調(diào)制電動機電路。在轉(zhuǎn)換操作環(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)嚴重的故障電壓問題，則會自動停止轉(zhuǎn)化操作。而為確保其恢復(fù)正常，需要針對故障電壓序列進行采集工作。同時，為完成整個轉(zhuǎn)換操作，需要將恢復(fù)信息發(fā)送到節(jié)能控制模塊。而變壓器在運行過程中，首先，借助物理簡諧振動，降低電動機能源消耗，進而避免電動機受到高耗能影響。其次，由于變壓器較少會出現(xiàn)電磁干擾問題，在運行過程中，能夠提高節(jié)能控制系統(tǒng)應(yīng)用效果。最后，做好檢測與檢查工作，同時通過脈沖寬度調(diào)制電路傳輸機械能，逐漸傳輸?shù)焦?jié)能控制監(jiān)控模塊中，利用低能耗方式，減少各種高耗能因素。

（二）單片機監(jiān)控模塊設(shè)計

在利用節(jié)能控制系統(tǒng)，有效控制單片機電動機的過程中，可以實現(xiàn)實時化控制電動機的目的。在電動機中，由于有多個異常狀態(tài)電路節(jié)點，所以會導(dǎo)致節(jié)點控制難度整體性、持續(xù)性增加問題。然而通過電動機節(jié)能控制系統(tǒng)，能夠?qū)﹄妱訖C進行擴展處理，通過建立高效、高質(zhì)量的節(jié)能控制監(jiān)控模塊。該模塊包括以下幾個方面：顯示器、編譯器、存儲器。利用電動機節(jié)能控制模塊，能夠以相對直觀的數(shù)據(jù)信息方式，將電動機低能耗直流情況顯示于在節(jié)能控制監(jiān)控模塊顯示器中。節(jié)能控制工作人員在使用期間，需要利用顯示器的顯示數(shù)據(jù)，明確電動機節(jié)能控制系統(tǒng)實際的節(jié)能功效。通過電動機節(jié)能控制模塊，實現(xiàn)動態(tài)化監(jiān)控單片機電動機。而單片機節(jié)能控制監(jiān)控模塊存儲器在靜態(tài)時，可以實現(xiàn)直流電數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，具有存儲效率非常高的特點。如果電動機工作效率整體偏低，可以減少至少90%的能量能耗，滿足應(yīng)用節(jié)能控制系統(tǒng)的需求。對于電動機來說，利用節(jié)能控制監(jiān)控模塊，可以在較短時間內(nèi)調(diào)用監(jiān)控數(shù)據(jù)，有助于滿足節(jié)能控制便利性操作需求，進而確保電動機節(jié)能控制系統(tǒng)提升工作效率。

（三）節(jié)能控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

首先，通過必要的軟件設(shè)施，有助于加強節(jié)能控制模塊在運行過程中的規(guī)范性特征。當節(jié)點數(shù)據(jù)，符合標準條件要求時，可以保證電動機節(jié)能控制系統(tǒng)軟件控制流程的高質(zhì)量運行。其中，該系統(tǒng)的控制流程如下：第一，利用系統(tǒng)軟件，準確地計算出電動機節(jié)能控制節(jié)點數(shù)量以及最大承載。第二，通過顯示器，從根本上滿足各個節(jié)點負載量實時顯示的需求。第三，在電動機節(jié)能控制環(huán)節(jié)，各個節(jié)點由于具有備差異性的實時負載值。第四，在處理不同節(jié)點時，節(jié)能控制系統(tǒng)所耗用時間也略有差異，會導(dǎo)致整個系統(tǒng)效率的下降。基于此，為了確保電動機系統(tǒng)提高實際處理效率，還需要進一步應(yīng)用智能化軟件，限制不同節(jié)點的處理時間。另外，如果節(jié)點的實時負載量占比約50%，此時可以利用軟件實現(xiàn)隨意調(diào)取節(jié)點數(shù)據(jù)的需要。同時，針對節(jié)點負載用時的超標問題，必須進行全面、及時地分析和處理。如果超出規(guī)范標準限制，則要保證電動機節(jié)能控制系統(tǒng)工作效率的穩(wěn)步提升。如果沒有超出規(guī)定地標準限制，可以考慮采取正常安裝流程進行，進而滿足節(jié)能控制操作需求。但還需注意，在節(jié)能控制系統(tǒng)實際開展前，還應(yīng)多角度考慮單片機的節(jié)能控制問題。

六、結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代社會持續(xù)性推進“節(jié)能減排”理念的時候，單片機在電動機節(jié)能控制中的應(yīng)用具備高效性、便捷性、控制效果明顯等優(yōu)勢，能夠有效將其與智能化、先進化應(yīng)用目標、方案進行結(jié)合，本文針對電動機節(jié)能控制技術(shù)應(yīng)用單片機技術(shù)進行多角度研究，通過分析單片機技術(shù)定義、單片機應(yīng)用特征和優(yōu)勢、電動機使用過程中主要問題，提出單片機在電動機節(jié)能控制中的應(yīng)用對策，以期充分利用單片機的巨大優(yōu)勢，促使電動機節(jié)能控制系統(tǒng)提高抗干擾性能、可靠性能。