单片机在自动化控制系统中的应用与研究

徐秀萍 李成良

摘要：单片机在自动化控制系统中有着重要的作用，是自动化控制系统功能实现的关键，也是提升自动化控制系统智能化程度的核心。对于目前的自动化控制系统而言，其信息的采集、数据的处理和信号的输出都需要依靠单片机完成。而且随着自动化控制系统的不断完善，对单片机提出了新的要求。基于此，本文从单片机技术分析入手，首先分析自动化控制系统应用现状，然后探究单片机在自动化控制系统中的应用及发展趋势，希望可以借此给单片机在自动化控制系统中应用的相关研究提供一定的参考。

关键词：单片机;自動化控制;系统控制

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）09-0006-03

1 单片机技术分析

单片机相当于微型的计算机，属于高度集成的电路芯片，目前在家用电器、智能仪表和通讯设备等行业有着广泛的应用。单片机应用在自动化控制系统中有着诸多优点，不仅抗干扰能力较强，而且十分灵活，有利于自动化控制系统的简洁呈现[1]。具体而言，单片机技术应用在自动化控制系统中的优势主要体现在以下几个方面：

（1）体积小。单片机的结构简单，可以实现模块化的应用，而且其体积较小，不会占用太大的空间，有着较强的适用性。

（2）可靠性强。单片机的可靠性较强，其内部高度集成，即使长时间的工作也不会出现故障，对自动化控制的稳定性有着重要作用。

（3）能耗低。单片机的工作电压较低，因此不会产生过高的能耗，在家用电器等领域的应用是人们的首选。

（4）运算能力强。单片机内部包含数据处理的功能，而且运算能力较强，可适应多种环境的应用，整体控制能力较强。

2 自动化控制系统应用现状

自动化控制系统在近几年发展的速度较快，因此在多个领域都有着广泛的应用，为人们的生活和工作提供了极大便利，以下是对几个应用领域的具体分析[2]。

2.1 节能控制系统

目前电子设备已经成为人们生活中必不可少的一部分，而且电子设备由于经常被携带外出，因此对能耗有了更高的要求。所以在当前的电子设备中，会通过自动化控制系统来实现节能控制。例如，在电子设备处于非使用状态时，自动化控制系统就会在保证其基础功能的前提下降低能耗。在这个过程中，自动化控制系统会采集电子设备的数据，分配能耗节奏，然后延长电子设备的待机时间。

电子设备在使用的过程中并非是所有功能都处于运转状态，以智能手机为例，其拍照、音乐、通讯和数据上传等通常是部分使用的，这时自动化控制系统就会根据采集到的数据进行分析，在满足用户使用功能的基础上降低能耗，延长待机的时间。在可持续发展战略下，自动化控制系统的节能控制十分重要，可有效实现节能减排。

2.2 智能语音控制

在当前的一些电子设备中语音控制十分常用，可增强用户的交互体验，解放双手，这也与自动化控制系统有着密不可分的关系。例如，在车载导航中，用户就可通过语音来控制系统的功能，不用再手动输入信息。智能语音控制需要首先在自动化控制系统中输入预设的业务逻辑，然后将采集到的用户语音信息转换为系统内部的控制，当到达特定的路段或者地点后，还能进行语音播报，提升驾驶员注意路况信息，有效提升了用户体验[3]。

语音控制设备目前的应用十分广泛，例如手机、电视、电脑、玩具等，其实现功能的核心就在于自动化控制系统，通过信息的采集和命令的下达来实现人机交互，满足智能化的控制。而且有部分语音控制和互联网结合，将用户的语音信息转换为信号，得到相应的结果后还可输出语音信息，有效增强了语音控制设备的功能多样性。

2.3 报警控制

报警控制在工业和人们的日常生活中都有着重要的作用，当设备运行异常后，自动化控制系统就会根据采集到的信号发出报警信号。另外，在火灾报警器中也是利用自动化控制系统，如果烟感数据达到预设的水平，就会触发报警信号。报警控制主要是用于检测各类异常，通常会在自动化系统中输入逻辑程序，然后由专门的信号采集器采集信息，传出给中央处理器，如果判定信息满足报警条件，就会触发相应的报警功能。在工业生产和日常生活中报警控能够有效保护人们的安全，同时还能方便设备的维修，所以在自动化控制中，报警控制是重要的功能之一[4]。

2.4 医疗设备

医疗领域也常用到自动化控制系统，特别是随着自动化控制技术的不断完善，它已经成为重要的辅料辅助。首先，在病人的生理特征信号检测中就离不开自动化控制系统，它能实现全天候的监测，并且将数据反馈一声。特别是出现异常的信息时，自动化控制系统还可以发出信号。其次，自动化控制系统在手术中也有着一定的应用，对于部分需要在病人体内完成的操作，常利用自动化控制系统来提高操作的精确性。除此之外，自动化控制系统还可用于健康分析等方面，为人们的身体健康保驾护航。

自动化控制系统有着强大的控制功能，而且体积较小，性价比较高，因此在机电一体化、国防、办公、家电、计算机通讯和人们的日常生活等方面都有着十分广泛的应用。而且随着自动化控制技术的持续发展，其应用的领域会进一步扩大。

3 单片机在自动化控制系统中的应用

3.1 单片机在自动化控制系统中的应用分析

单片机是自动化控制系统的核心部件，在一个自动化控制系统中可能存在多个单片机，它们分别完成不同的工作，是实现自动化控制系统功能的关键所在。因此，单片机会根据自动化控制系统的功能需求定制，对其结构、程序和控制都有着较高的要求。具体而言，单片机在自动化控制系统中的应用主要包含以下几个方面：

（1）自动化控制系统的功能实现。自动化控制系统的各项功能实现与单片机有着密不可分的关系，通常某项功能由单个或者多个单片机完成。为了保持自动化控制系统的稳定运行，单片机会根据系统功能的实现要求按照不同的参数运行，通常主要是负责信息采集、故障预警、故障诊断等。另外，单片机的结构和自动化控制系统的功能实现有着直接关系，因此要针对系统要求进行结构设计[5]。

（2）自动化控制系统的内部控制。单片机是自动化控制系统内部控制实现的关键，从当前的实际应用来看，自动化控制系统为了完成人机交互要进行信息采集，让信息输入自动化控制系统的内部，而信息的输入通常靠单片机完成。通常单片机可分为不同的模块，信息可通过触控、键盘或者语音实现输入。当信息进入自动化控制系统后首先要被扫描，确定符合程序运算后就可由处理器处理，然后输出信号，最终由單片机完成系统内部的控制。从该层面来看，单片机对自动化控制系统的智能化也有着重要的意义，它是自动化控制系统的内部控制元器件，通过单片机的组合来完成其运行。

（3）自动化控制系统的程序运行。自动化控制系统会按照提前输入的程序运行，而程序就储存于单片机中。每次输入信号之后，单片机就会根据程序处理信号，然后再输出控制信号，进而完成程序的运行。

单片机中融入了集成电路，可进行数据的处理和储存，因此在自动化控制系统中，单片机相当于微型控制器，它可实现信息的采集、数据的处理和控制信号的输出，然后配合自动化控制系统的其他元器件完成预设的功能。因此，自动化控制系统的核心就是单片机，利用模块化的组合，自动化控制系统更加智能化，可有效满足生产和工作的需求。

3.2 单片机在自动化控制系统中的应用举例

单片机在自动化控制系统中有着广泛的应用，下文以电梯自动化控制系统为例进行分析。在电梯的自动化控制系统中，单片机控制各设备的运行，而且可执行控制面板的命令，以此来实现电梯的安全和稳定运行。如图1所示，为单片机在电梯自动化控制系统中的设计图。可根据预设的程序，实现电梯的各项功能，例如电梯的紧急呼叫、启动、停止等，每个对应的输入都可通过单片机实现反馈，有效满足使用的需求。

4 单片机在自动化控制系统中应用的发展趋势

自动化控制系统的发展与单片机有着密切的联系，特别是随着当前自动化控制系统智能程度的提升，单片机的发展有了新的发展趋势[6]，主要体现在以下几个方面：

（1）微型化。从电子设备的发展趋势来看，都是不断趋向于微型化，尽可能减小其体积，这样就能有效增强用户的使用体验。自动化控制系统也是如此，因此相应的单片机会趋向于微型化的发展方向。从单片机诞生以来，其重量和尺寸都有了一定的减小，但是目前已经陷入瓶颈，如果继续缩小则影响其功能的实现。所以在未来的发展中，微型化仍是重要的方向，会在保障功能实现的基础上缩小单片机的尺寸和重量，改进单片机的结构。

（2）智能化。自动化控制系统可看做智能化发展的重要过程，目前市场上的各类自动化控制系统虽然初步满足了社会的需求，但是智能化程度还是相对较低。因此，在后续的发展中，单片机的智能化程度提升是主要的方向之一。在这方面，单片机的智能化操作设计要进一步优化，运行状态也要改变，逐渐减少自动化控制系统中人力的输出，更加智能地为人们提供服务。

（3）市场化。市场对于产品的发展有着直接的调节功能，所以单片机的发展还需要考虑到市场的发展，目前单片机有4位和8位两种，相信在未来的发展中会衍生出更多的种类，这样才能更好地满足市场的需求，应用到更多地领域中。

5 结语

单片机在自动化控制系统中扮演着重要的角色，可以工业生产和人们的生活提供较大的便利。而且随着单片机技术的不断成熟和自动化控制系统的完善，其应用的领域会不断扩大，形成更为智能的自动化控制系统。本文探究了单片机技术的优势，分析了自动化控制系统在当前的主要应用，然后针对当前单片机在自动化控制系统中的应用分析了其未来发展的趋势，希望可以给单片机在自动化控制系统中应用的完善提供一定的参考。

参考文献

[1] 胡斌，陈玉青，陈锋.基于单片机的红外遥控自动开门系统[J].科技创新与应用，2020（22）：41-43.

[2] 邓朝辉.单片机在矿山电气自动化控制技术中的应用探讨：以矿山勘察设备系统为例[J].自动化应用，2018（8）：79-80.

[3] 郭连敏.探析单片机在煤矿电气自动化控制技术中的应用[J].山东工业技术，2017（4）：61.

[4] 曾令挥，罗书弟.浅谈单片机在矿山电气自动化控制技术中的应用[J].中国设备工程，2016（7）：58-59.

[5] 陈威.单片机在电气工程自动化控制中的应用[J].山东工业技术，2016（8）：60.

[6] 卜桂鑫.试论单片机在煤矿电气自动化控制技术中的应用[J].电子制作，2013（13）：213.