單片機在生活中的智能化應用

王穎

(營口職業技術學院 遼寧營口 115000)

單片機是一種具有明顯集成型特征的電路芯片，通過利用超大規模集成電路技術，在同一塊硅片上將定時器、計數器、各種I/O 和終端系統中具有數據處理能力的中央處理器（CPU）、只讀儲存器（ROM）、隨機儲存器（RAM）各項功能進行充分整合，從而形成一個具有較高完善性的小型計算機系統。通常情況下，單片機是由儲存器、運算器、控制器組合而成，單片機的運算器發揮了人體心臟功能，負責對相關數據進行邏輯運算、算術運算、位移操作，利用運算器計算各個指令，幫助系統解讀對應程序；單片機儲存器主要負責對各項指令進行儲存，通常分為程序儲存器、數據儲存器、內部數據儲存器的配置、特殊功能寄存器4個模塊；單片機的控制器發揮了人體大腦的功能，具有較強的控制能力和協調能力，各個環節工作均通過控制器的操作執行。現階段，隨著我國電子信息技術的全面發展，單片機的體型越來越微小，功率耗能越來越低，成本越來越堤，能夠使智能家電對微處理器的各項要求得到充分滿足，這也是單片機能在智能生活領域充分發揮作用的原因之一。

1 單片機在智能家電中的應用

根據實際調查研究可知，現階段，我國大部分智能家電產品主要是通過單片機控制各項操作，指揮家用電器執行相關指令，由于單片機體積較小、質量較輕、性能良好、可靠性較高等優勢，能夠確保智能家電中傳統機械控制部件的功能被徹底取代，利用性能良好的傳感器采集到相關信息后，使傳統家電發揮智能化功能。例如：通過對人體位置與光線強度的靈敏感知，制作能夠智能選擇光照亮度的臺燈；結合用戶實際需求與儲存的電視節目類型，設計智能電視；根據衣物材質和清洗程度，設計能夠與用戶進行智能交互的洗衣機。此類具有較高智能化特征的全自動家用電器，能使家電控制系統與單片機融合之后具有的各項優勢得到充分發揮。

1.1 單片機在智能臺燈中的應用

人們在日常生活、學習和工作中，為了照明經常會使用臺燈，傳統臺燈光照亮度固定，無法結合環境中光線變化自動調整亮度，而是需要使用者手動調節，不具備較強的便捷性。將傳感器感應電路和單片機控制電路進行充分整合運用到臺燈中，能夠使臺燈充分發揮智能化作用，結合光線明暗度對光照亮度進行合理調整[1]。

在智能臺燈內部設置紅外傳感器和光電傳感器，對環境中光線強度和人員走動進行監測，并將監測到的信號數據上傳至臺燈單片機系統，在單片機系統對信號數據內容進行判斷、處理之后發出指令，對臺燈的開啟、關閉或光量調節進行控制，具體如圖1所示。當系統中的光電傳感器檢測到光線變暗時或者紅外傳感器檢測到有物體靠近時，都會由單片機開啟預先設定程序，選擇對應的亮度指令；當用戶離開臺燈光照范圍時，系統會接收到關閉指令。此類利用單片機控制系統的臺燈具有較強智能化特征，能夠為人們正常生活、工作、學習提供便利[2]。

圖1 單片機在智能臺燈中的應用

1.2 單片機在智能電視中的應用

根據實際調查研究可知，許多數字網絡電視品牌以計算機硬盤作為儲存介質，利用數字編碼技術對正在播放的電視節目進行數字化壓縮，并將壓縮后的內容儲存到移動硬盤中，從而實現智能回放功能，具體見圖2。當用戶喜歡的電視節目在兩個頻道同時播放時，用戶只需對準電視信號接收燈點擊遙控器中的“記錄”按鍵，智能電視內部設置的單片機便會迅速執行預先設定的程序，從而準確篩選電視頻道，對相關節目進行數字化壓縮，并儲存至硬盤，從而為用戶打造一個極具個性化的“家庭電視臺”[3]。

圖2 單片機在智能電視中的應用

1.3 單片機在智能洗衣機中的應用

目前，我國市場中智能化洗衣機的類型具有多元化特征，一部分智能洗衣機通過利用單片機傳感器通信模塊，能夠使用戶與洗衣機之間的交互目標得到有效實現，用戶只需通過控制終端設備，便可在任何地點對家中的洗衣機進行漂洗、甩干、烘干、殺菌、消毒等操作[4]。

當智能洗衣機出現故障時，相關信息數據會第一時間反饋到單片機系統中，由系統對具體故障問題進行判斷，并將不同類型的故障編輯成對應標識反饋到用戶終端設備中，用戶只需根據得到的問題標識逐一查找問題原因即可，具體如表1所示。另外，用戶還可以通過編寫程序，實時掌握智能洗衣機的工作狀態。例如：在系統中編寫“你在干什么？”用戶便能實時得到洗衣機的工作狀態反饋[5]。

表1 智能洗衣機的故障類型、原因、標識（以海爾某智能洗衣機為例）

2 單片機在農業中的智能化應用

在我國農業、農村、農民全面實現創新發展的過程中，智能機械設備得到了廣泛應用，為我國農業發展水平進一步提升提供了積極的促進作用，使人們從傳統原始農業種植方式下付出的勞動力大幅度降低，單片機的出現不僅使智能化農機設備得到了全面發展，而且還能簡化農業勞作程序，提高農業勞動的趣味性。例如：在開展農業大棚種植的過程中，由于大棚對水分、溫度、陽光等環境的要求極高，而傳統以人工為主的大棚種植方式都是憑借種植人員豐富的勞作經驗，可靠性無法達到100%，一旦出現問題，便會使種植戶承受嚴重的經濟損失[6]。

相關人員通過設計大棚溫濕度控制系統，利用計算機和單片機智能控制儀，能夠在同一時間對多個農業溫室大棚的溫濕度系統進行調整，確保種植環境能夠充分滿足農作物生長需求；隨著現代化科學技術的不斷升級，以計算機和單片機為核心的農田灌溉系統趨于完善，利用計算機對灌溉系統進行控制，結合農作物土壤濕度，精準判斷灌溉量，不僅能夠提高農作物產量和質量，而且還能實現節約用水[7]。

大部分農業機械設備在運行過程中，電動機通常處于變動負載或輕載狀態，實際負載低于60%額定負載的情況較為常見。將單片機運用到農業機械設備節能系統中，使整個機械的設備分為電源模塊、USB 模塊、Wi-Fi模塊、顯示終端模塊、報警器模塊，主控制器通過對衛星導航模塊、角度傳感器、航姿傳感器相關信息的分析，按照既定要求，對速度傳感器、轉向控制器、電機模塊、紅外傳感器、超聲波傳感器、復位模塊發送指令，不僅能夠在較短時間內確保農業機械設備按照相關指令執行各項操作，而且還能避免不必要的操作浪費時間和資源。此類以單片機為核心、借助數字信號處理技術、利用相關軟件的農用機械設備，能夠對捕獲的數據信息進行頻譜分析，不僅運行穩定、成本較低，而且還能實現“即敲即采”的智能化操作目標[8]。

3 單片機在智能報警控制器中的應用

在對單片機進行開發與利用的過程中，相關人員應該對單片機串行通信口的性能進行完善和利用。以計算機為核心的火災自動報警控制器最初是利用晶體管繼電器作為分立元件，MCS51 系列單片機是通用火災報警器的核心部件，由單片機接收或者在探測器搜集報警信號，系統在對相關信號進行確認之后，會立即發出聲光警報，并準確顯示報警位置、發出控制信號、啟動消防設備、快速進入滅火狀態。同時，該單片機具有現場編程、事故廣播、資料打印、自我檢測等多重功能；當總線制報警控制器處于工作狀態時，由火警與故障自動交替巡回檢測技術發揮作用，將所有探測器、報警控制器、建筑布線巡回檢測得到的故障信息上傳至控制器，由控制器進行分析，及時發出報警，該傳感器對火警信號的反應靈敏度高于故障信號[9]。

此類自動報警控制器從接收信號開始一直到處理信號，不僅功能多樣，而且體積較小，可以制作成任何形式，操作直觀、簡單。利用單片機的串行口，能夠使總限制報警控制器信號輸入、輸出更加通暢，借助二總線方式，將每根線看作一路，每一路可攜帶報警信號多達127 個，每一個報警信號都有對應的地址號。當出現火警或故障問題時，總線便會將相關信號輸入到系統中，并及時顯示對應的報警地址，從而只需借助單片機自身攜帶的串行口，便可同時擁有上百個報警信號。此時，再對報警信號進行拓展，只需增加幾根線路，便可擁有幾何倍數的探頭數量[10]。

4 結語

單片機憑借自身具有的多元化優勢，不僅能夠在智能家電中得到廣泛應用，同時在監控和防火領域也能充分發揮作用。隨著人們生活水平的不斷提高，信息技術和互聯網技術趨于完善，以單片機為核心的無線通信技術能夠使不同家電之間實現信息共享。未來，研究人員應該加強對單片機技術與大數據技術和人工智能技術的充分整合，不僅要對單片機的CPU 功能進行不斷創新，而且還要對儲存器的發展環境與單片機的開發環境進行積極優化，確保研制出的單片機能夠符合市場發展需求和社會進步規律，利用人工智能具有的自主學習能力和自主判斷能力，為單片機的智能化發展指明方向，從而為進一步提高我國科學技術能力提供源源不斷的技術支持。