單片機嵌入式系統與人工智能發展的探討

摘要：目前，單片機嵌入式系統主要被應用于智能交通、智能家居、工業監測、傳感器以及人臉檢測等領域，單片機嵌入式系統加持的人工智能看似很簡單，事實上必須搜集大量圖片和語音標本，在大量計算后獲得正確結果。人工智能技術的進步需要用到嵌入式系統，所以，若想進一步發展人工智能技術，需要注重單片機嵌入式系統的開發與優化，并且在人工智能發展環節拓展更多領域，保證人工智能能夠更好地為人類提供服務。文章基于單片機發展歷程，闡述單片機嵌入式系統，分析該系統和人工智能之間的關系，并探討單片機嵌入式系統與人工智能的發展趨勢。

關鍵詞：單片機；嵌入式系統；人工智能；發展方向

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.06.056

中圖分類號：TP 18，TP 368.1" " " " " "文獻標志碼：A" " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）06-0-03

Abstract： At present， single-chip embedded systems are mainly applied in fields such as intelligent transportation， smart home， industrial monitoring， sensors， and face detection. The artificial intelligence supported by single-chip embedded systems may seem very simple， but in fact， it is necessary to collect a large number of images and voice samples， and obtain correct results after a large amount of calculations. The progress of artificial intelligence technology requires the use of embedded systems. Therefore， if we want to further develop artificial intelligence technology， we need to focus on the development and optimization of single-chip embedded systems， and expand more fields in the development of artificial intelligence to ensure that artificial intelligence can better serve humanity. This article is based on the development history of microcontrollers， elaborates on the embedded system of microcontrollers， analyzes the relationship between this system and artificial intelligence， and explores the development trend of artificial intelligence in embedded systems of microcontrollers.

Key words： single chip microcomputer; embedded system; artificial intelligence; hair

0" 引言

近年來，我國社會經濟發展速度越來越快，智能產品大量涌現，并成為大眾生活與工作的重要組成部分，日常生活中所見的多數智能產品，都是采用單片機的形式開發的，可見單片機的應用，對打造現代智能化城市與家居行業的發展具有重要價值。單片機在智能物品的創造與優化領域具有很大優勢[1]，尤其是隨著硬件設備不斷升級迭代，越來越多的人注意到智能家居所存在的嵌入式技術問題。雖然嵌入式系統發展速度遠超大眾想象，然而，該系統的起步仍舊在初級階段，所以目前嵌入式系統是業內發展焦點。本文基于單片機發展歷程，闡述單片機嵌入式系統，分析該系統和人工智能之間的關系，并探討單片機嵌入式系統與人工智能的發展趨勢，以期為智能生活的優化提供理論依據。

1" 單片機發展歷程

單片機嵌入式系統其實就是設有嵌入式系統的一種單片機。首臺電子計算機誕生，就標志著一個新時代的啟幕，然而，因為第一臺電子計算機造價高，而且體積非常龐大，必須由專業人才操作，不便于實際應用[2]。隨著科學技術的發展和進步，20世紀70年代后期，計算機逐漸向小型化集成化方向發展，此時產生了小型微處理器單片機，各微處理器單片機被整合為微處理器系統，即嵌入式系統。因為嵌入式系統造價低、體積小、便于操作且具有較快的運算速度，所以備受大眾歡迎。20世紀80年代，單片機逐漸被大眾熟知，但這僅僅是單片機初始階段，同時也是誕生SCM的重要階段，最初的SCM多是8位數或者4位數，其中最成功的是美國英特爾公司的8031芯片，為后期單片機芯片優化奠定了基礎。隨后單片機進一步提升了其測試系統內多通道、電路以及接口等技術，在提高內存利用率的同時也實現了單片機應用效率的提升。

2" 單片機嵌入式系統的界定和應用

2.1 單片機嵌入式系統的界定

電氣與電子工程師協會曾如此界定單片機嵌入式系統：可以在監視與控制活動中靈活應用，也可助力機器設備運行的一種裝置，單片機嵌入式系統以單片機和微處理器為重點。實踐表明，應用單片機嵌入式系統可以實現網絡的高效運行，而且也可實現智能化控制。與普通計算機系統相同，單片機嵌入式系統也要創建軟硬件系統，必須軟硬件共同工作才能夠實現系統的正常運轉。嵌入式系統的核心是單片機，其硬件系統組成包括數據存儲、計算和輸入輸出等功能，在單片機嵌入式系統設備中植入以上功能，就能夠有效操控該設備[3]。軟件系統則主要由嵌入式系統、上層應用技術軟件組成，軟件系統功能主要是取代計算機功能。

2.2 單片機嵌入式系統的應用

現階段，單片機嵌入式系統應用主要領域如下。

（1）智能交通。智能交通領域，單片機嵌入式系統的功能主要是，搜集路況信息后有效控制交通信號，幫助司機在第一時間選擇路線，同時也可幫助交通系統控制人員及時控制交通信號。主系統中含大量子系統，各子系統間相互聯系，又彼此獨立，嵌入式單片機可輔助各子系統運行，并形成閉環系統。

（2）智能家居。近年來，智能系統在家庭日常生活中得到廣泛應用，智能家居越來越多，例如，空調、電燈、電視機以及窗簾等都可實現智能化操控，這都是單片機嵌入式系統的功勞。家庭中的拖地、掃地機器人等，都以單片機嵌入式系統為核心技術[4]。

（3）工業監測。社會經濟的發展需要不斷提升工業化水平，工業產品越來越豐富，在改善大眾生活質量的同時，也對環境帶來巨大壓力。我國政府越來越重視環境問題，并提出可持續發展理念，大眾對自然環境要求也越來越高，這就需要更為嚴格、精確地監測工廠排污。人工監測往往很難兼顧所有污染問題，而且還會傷害到檢測人員的身體，應用單片機嵌入式系統，可實時檢測工業污染情況，并及時記錄分析檢測結果，根據類別劃分污染物，對后期污染物的處理極為有利。

（4）傳感器。作為一種監測設備，傳感器也被廣泛用于大眾工作與生活中，人們比較熟悉傳感器，其功能是轉化非電信號為可用電信號，以搜集、控制和處理相關電子信息[5]。

（5）人臉檢測。近年來，人臉檢測越來越普及，例如，人臉門禁等，都需要應用到單片機嵌入式系統，然而，對于人臉檢測來說，軟件編程最為復雜，人臉識別算法非常復雜，人臉檢測過程中，硬件系統會發出相應指令。現階段，大眾對人臉檢測安全性更為關心，這也是嵌入式系統的重點研究方向。

3" 嵌入式系統和人工智能間的關系

現實生活中，人工智能通常會涉及很多學科內容，而且具有非常廣泛的應用范圍。事實上，人工智能的發展必須由嵌入式系統提供支持，兩者關系極為密切，換句話說，嵌入式系統催生了人工智能。人工智能發展的終極目的是使機器能夠像人類一樣理解和解決問題，并在某些方面甚至超越人類，一般將人類智力劃分為行為與思維兩種，思維主要是大腦獨立思考，行為主要是客觀世界和個體間進行的交互。現階段，全球研發出來的人工智能還在思維階段徘徊，例如，阿爾法狗、siri、小愛同學以及百度小度等，都是思維階段的人工智能。然而，若想提升人工智能行為，使人工智能更好地服務于人類活動，關鍵在于嵌入式系統的有效支持，此為現階段業界明確劃分弱人工智能和強人工智能的一個關鍵依據。弱人工智能就是基于MCU技術，借助嵌入式系統的一種智能化技術。近年來，隨著網絡信息技術迅猛發展，人類已邁進智能生活時代，生活或工作中隨處可見智能化家居設備，而未來在網絡信息技術的加持下，會進一步提升單片機嵌入式系統研發效率，助力全球人工智能行業的發展[6]。

4" 單片機嵌入式系統的人工智能發展趨勢

現階段，基于單片機嵌入式系統的人工智能，已能夠在表征學習中完全勝任圖像識別、語言識別等工作，其功能也越來越強。單片機嵌入式系統加持的人工智能必須搜集大量圖片和語音標本，在完成大量計算后獲得正確結果，這些識別功能看似簡單，事實上需要非常多的計算和數據支撐。人類大腦可以與自身所處形勢、周邊環境等相結合，同時借助具有的推理能力和知識，展開合理思考，而人工智能技術只能機械分析已有樣本，實現表征學習，不能自我創建知識體系，也不能將計算結果應用于虛擬場景[7]。所以，單片機嵌入式系統與人工智能的未來發展方向主要表現為：

（1）語言翻譯。近年來，單片機嵌入式系統的開發力度越來越大，加之人工智能技術的迅猛發展，未來會向語言翻譯的方向發展。現階段，人工智能在語言技術層面的發展還不成熟，具體應用中還有一些不足之處，很難完全康復語言障礙。尤其是對人們輸入的語言，無法高質量轉換為文字，對于語言模糊、語速過快等成分，很難實現有效轉換。所以，未來隨著科學技術的飛速發展，人工智能技術會解決該問題，幫助大眾有效翻譯與轉換語言。

（2）自適應系統。事實上，自適應系統可以精準處理完整的信息，而且還可處理一系列殘缺信息。近年來，隨著科學技術的進步，自適應系統也可補全殘缺信息，但若要實現該目標，還需要最新技術的支持，確保人工智能能夠獲得信息技術的支撐[8]。未來通過創建多路徑學習模式，使自適應系統可以有效融入大眾日常生活與工作中，在學習中吸收更多知識與經驗，并且在實際應用中自覺處理信息，提高預判能力。

（3）服務人類。單片機嵌入式系統與人工智能不僅要在語言翻譯、自適應系統等領域有所建樹，而且還要更智能化地服務于人類。人類是人工智能的創造者，發明人工智能的初衷在于為人類提供服務。所以，人工智能在未來應為人類提供更為智能化、精準的服務。例如，各種智能手機小助手的研發，都是為了手機使用者能夠熟練使用各種功能，發語音信息、智能查詢、智能攔截騷擾電話等都是手機的智能化功能。此外，社會生產中的人工智能技術，主要目的在于實現生產效率與生產安全性的提升。

5" 結束語

現階段單片機嵌入式系統的開發越來越智能化，也就是說，嵌入式系統的發展與優化，是軟硬件系統升級的結果。人工智能技術的進步需要用到嵌入式系統，所以，若想進一步發展人工智能技術，需要注重單片機嵌入式系統的開發與優化，并且在人工智能發展環節拓展更多領域，保證人工智能能夠更好地為人類提供服務。目前人工智能發展中還存在很多局限性，若想保證人工智能為人類提供智能化服務，可謂任重而道遠。

參考文獻

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