談論單片機在“智能化”電子產品中的應用
摘 要:自上世紀90年代末至今,單片機在我國各種電子產品開發中被廣泛應用,技術方面取得了顯著進步,本文通過例舉單片機在實施控制、自動測試、智能儀表、家電、通訊等多方面應用,其特點控制準確、對電網無污染、無射頻幅射干擾,光電隔離等措施,使控制器的抗干擾能力大大增強。本文試討論單片機在各個領域的應用及前景,為以后的實踐提供思路多樣性。
關鍵詞:單片機 電子產品 節能 應用
1、單片機在電動機節能控制中的應用
在電動機運行過程中,大部分時間機器處于輕載或變動負載下,負載一般低于60%的額定負載。電動機節能控制技術成為提高效率的必然要求,整個行業轉向節能裝置的研發。最新電動機節能控制器應運而生,這種節能裝置是附加于不同應用場合的電動機上獲得節能效果的。采用單片機技術,由三端雙向可控硅組成三相調壓電路,是電動機節能裝置中一種新的節能控制器。
單片機節能控制器的節電原理。通常情況下,定子銅損,轉子銅損、鐵損,機械損耗是電動機運行時三種基本損耗。其中定子銅損,轉子銅損、鐵損耗與電動機運行時的電壓與電流的平方成正比。通過降低電機繞組端電壓可以在電動機空載、輕載運行時,起到節約電能之目的。根據對不同元件的調壓設計的節能裝置目前都分為三大類:電抗器調壓,電機定子繞組星三角轉換調壓,雙向晶閘管調壓,這幾種由調壓原理指導設計的節能裝置從穩定性和經濟效益出發,雙向晶閘管調壓的技術被得到的更廣泛的應用。
2、單片機在人際語言互動方面的開發利用
(1)設計初衷。語言是人類特有的通信方式,在漫長的人類社會發展過程中發揮著無可比擬的作用。讓機器“說話”一直是電子技術不斷努力的方向,語言合成是人機語聲通信的一個重要組成部分。近年來,隨著大規模集成電路的發展,多種外圍電路簡單性價比高專用語音處理芯片相繼問世,如uM6101、8P101等。但這些芯片多缺乏“智能”組合合成的能力,有的甚至只能實現簡單的語音錄放功能,因此,應用范圍受到一定的限制。最近一些研發人員利用單片機改造電子鬧鐘的語音自動報時功能在單片機的智能化應用方面邁出了建設性的步伐。
(2)軟件設計原理。波形編碼技術在眾多語音合成編碼方案脫穎而出,讓單片機工作在定時計數方式,當單片機接收到需報時(或整點自動報時,或定鬧時間到)的請求時,壓縮固化在EPROM中的語音數據編碼,單片機就能根據不同應用場合的實際情況,自動組合,調用不同的編碼語音數據,實現語音的“智能”組合合成。電路的工作原理是:根據當前計時值,取出事前經編碼壓縮固化在EPROM中的相應語音數字信號,經解碼組合,送至單片機Pl口作D/A變換,然后經平滑濾波和功放,還原成報時語音。鑒于語音報時電子鬧鐘的詞匯量不大,要求注重語音的合成質量。本系統EPROM中所存貯的語音數據和常用數字聲等音節。獲得相應的語音報時信號,分時調用對應的語音數據。當接收到外部請求脈沖時,單片機按“點”+“分”的組合方式,經解碼送往單片機P,口作D/A變換。
(3)硬件設計原則。降低功耗和降低制作成本節約有限空間、有效布局是總體設計原則,根本出發點是盡量縮短CPU的運行時間,延長待機時間。具體設計時鑒于袖珍型便攜需用干電池供電的特點盡可能多使用80C31和27C256等低功耗CMOS芯片,只在需要報時時才接通功放和DZA等支路的電源,從而使整機靜態工作電源下降到0.6mA,即使兩節普通5號電池,也能滿足將近一個月的供電要求,達到降低功耗的目的。其次是,減少芯片數量,如采用數據和程序存貯器多合為一,實現一芯多用。在此時是將單片機設置成空閑節電運行方式,同時在硬件上采用電子開關。具體措施是:1.將單片機設置成空閑節電運行方式。2.多用中斷方式,少用軟件查詢。3.采用并聯結構的程序散轉方法,減少程序的執行時間。4.充分利用CPU內部的定時/計數器,少用軟件定時、計數。
3、單片機開發在自動報警控制器的應用
(1)自動報警控制器重要性。火災危害自古有之,城市化進程的加快,使火災預防工作已成為保障人民財產安全的重中之重。伴隨電子技術的發展,形成以電子集成電路為代表的防火報警產品。20世紀八九十年代以來,隨著微型計算機的開發利用,出現了以微機為核心的火災報警控制器,它的廣泛安裝與使用,理想的防火報警裝置,使人們對火災的控制能力大大增強,大大降低危害損失。
(2)單片機在設計原理。在開發利用單片機時,應對它的串行通訊口的性能充分加以利用。以微機為核心的火災自動報警控制器最初是晶體管繼電器為分立元件的產品就是很好的例子。通用火災報警控制器的主要心臟部件是MCS51系列單片機,通過它來接收火災探測器的報警信號,經過確認后,發出聲光報警,顯示報警位置,并能發出控制信號啟動消防設備,迅速滅火。另外兼有現場編程、事故廣播、打印、自檢等功能。總線制報警控制器工作時,主要采用火警與故障自動交替巡回檢測技術,控制器不斷地對所有探測器、建筑布線和報警控制器進行故障巡檢,能及時報警,同時,火警信號優于故障信號。可見,從信號的接收到處理,從時,產品不但功能多,體積小,而且形式多樣,既可掛在墻上,又可做成臺式或柜式,操作簡單直觀,總線制報警控制器是利用單片機的串行口進行信號的輸入、輸出。輸入和輸出全部采用二總線,即兩根線,每兩根為一路,每一路可帶127個報警信號,每一報警信號有一地址號,出現故障和火警時,由總線將信號輸入,顯示報警點的地址。這樣只利用單片機本身的串行口,就可帶一百多個報警信號,如果再對其進行擴展,8路就可帶1096個探頭,而從控制器引出的也只有十幾根線。單片機串行口的利用問題:l)設計系統硬件、軟件時,要考慮并行口硬件復雜、軟件簡單、而串行口正好相反的特點,針對不同的控制對象,具體分析,靈活對待;2)要充分認識單片機串行口在控制方面的作用,它不僅僅是與主機通訊的接口,還可以作為信號的輸入、輸出口;3)開發利用單片機時要從整體出發,決不能因某一部分的優化而影響整個控制系統的性能。
結語
綜上所屬,單片機的廣泛應用提高了“智能化”電子產品功能功能、性價比高、為科技工作者提供方便,極具市場開發價值。采用單片機實現智能組合合成語音的原理和方法,極易移植應用到通訊、工業交通(汽車、火車的自動報站),商品自動報價,防盜報警,家用電器辦公設施等領域。單片機與其他功能元件的合成技術,曾被實際運用,現場運行情況表明,控制器工作穩定可靠,有較好的節能效果,這種控制方式、實現方法及節能的顯著效果,必將給節能控制等多領域的發展帶來廣闊的前景。
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