刍议单片机技术在智能化电子产品中的应用

刍议单片机技术在智能化电子产品中的应用

范玉彪 梁胜南 王小涛

天津航天机电设备研究所

摘要：随着信息化技术和计算机技术的不断发展和进步，智能化电子产品的种类可谓是日益增多，产品的功能结构也在不断发生新变化。而在电子产品更新换代的过程中，为了更好的展现产品作用价值，提高其利用效率，就需要应用到单片机。单片机具有体积小、可靠性强的优点，当前其已经广泛应用在了各类智能化电子产品中。本文，主要对单片机技术在智能化电子产品中的应用进行了分析和论述，希望能够更好的发挥单片机的作用和价值，推动相关工作朝着更好的方向发展。

关键词：单片机技术；智能化电子产品；应用

单片机技术诞生于20世纪90年代，当前相关技术已经逐渐发展成熟，其应用领域和范围得以不断拓宽。而随着信息技术的不断发展和进步，智能化电子产品在生活中应用越来越广泛，单片机技术也开始应用于智能化电子产品之中，如其在自动控制、自动测量、智能仪表、通讯交流等领域的应用效果均比较理想，其对于智能化电子产品的应用开发有着较为积极的推动作用。

一、单片机技术的概述

1、定义

单片机技术主要指的是以超大规模集成电路作为主要的核心以及基础，将数据处理、定时计数等多个功能进行相互的融合，共同的集成与电路芯片之上，然后构建起高度集成化和智能化的微控制系统，这个系统可以根据人们的各个指令对产品进行智能化的控制，然后满足人们的实际工作需求。相关工作人员在智能化电子产品中运用单片机技术时，需要从单片机技术的含义和特征入手，然后根据智能化电子产品的特点，将二者互相融合，这样才可以切实有效的提升单片机在智能化电子产品中的作用与优势。

2、应用作用

当前随着我国社会经济以及科学技术水平的不断发展和进步，各个行业得以蓬勃发展，而在信息化时代，各类电子产品在使用过程中所产生的数据和要求不断的增加，在运行的过程中需要的数据和要求也可谓是不断增加，在运行的过程中需要完成复杂的运算才可以保证各行各业工作模式的有序进行。而在新的时代背景下，传统电子产品已经难以再满足当前时代的发展需要以及人们的工作需求。单片机之所以能够在智能化电子产品中广泛应用，就在于通过在电子产品中配置集成电路芯片，可以高效快捷的采集各类数据并进行计算，然后在较短的时间内对电子产品在运行过程中所产生的数据进行精准的运算和分析。同时其还可以对一些运算符号进行全面的控制，方便工作人员下达各种各样的指令，然而对电子产品进行高效和快捷的控制。单片机技术之所以在电子产品中广受欢迎就是因为其有效的推动了电子产品的智能化程度，使得电子产品朝着更加理想的方向发展，其人性化和数字化程度大幅度提升，而且单片机技术的使用寿命以及运行效率等相较于其他技术更加理想，其可以更好的满足用户日常的各种需求。

3、特征

单片机技术的特征表现在多个方面：首先单片机技术的功能比较完备，单片机技术就是将计算机操作系统微型化处理，将相关数据高度集成整合，计算机设备所具有的一应功能，单片机技术可以说都是具备的。同时，在电路芯片中运用单片机技术时，相关工作人员既可以对电子产品进行清零和测试控制的护理，还可以对电子产品的整个运行过程中实施智能化的控制、逻辑运算等等，这些都使得单片机技术的各个模块之间的配合度属于相对比较高的水平。

其次，单片机技术的集成性特征也比较明显，之所以如此就是因为单片机技术将集成电路作为自身的核心，将各个计算机系统和自动化控制系统进行高效的配置，然后组成了各个功能模块，并且部分子系统在实际运行的过程中依托于高度集成，这种高度集成构成了一个完整的体系，其有效的满足了用户的日常工作需求。

最后，单片机技术的适用性范围广，其可以在多种电子设备中应用，比如说在节能控制、报警控制等设备中都可以应用该技术，这也使得单片机技术在应用中广受欢迎。相关技术的基本应用框架如下图。

图1：单片机技术应用基本框架

二、单片机技术在智能化电子产品中的实际应用

1、单片机在电动机节能控制中的应用

电动机在工业生产中的应用极为广泛，但是在电动机的实际运行过程中，机器大部分时间都处于轻载或者是变动负载的过程中，变动负载则一定都低于60%的额定负载，这就导致电动机的实际运行效率始终不是很高，生产力难以得到有效的提升，而且还消耗了巨大的电能资源。当前，随着社会经济的不断发展和进步，节能减排以及低碳经济所受关注度不断提升，节能控制技术在电动机生产制造领域所受关注度也不断提升，而在对节能控制技术进行研究和分析时发现，相应的电动机节能控制装置需要附加在不同应用场合的电动机运行上才可以获得应用的节能效果，而且节能装置的开发也比较复杂，涉及到的内容多。单片机技术应用其中，则能够有效的解决相关问题，单片机技术应用于电动机中，其一般是由三端双向可控硅组成三相调压电路，其是电动机节能装置中一种新的节能控制器。该技术之所以能够节能，其原理主要表现在以下方面：一般情况下，电动机运行过程中产生的损耗主要有定子铜损、转子铜损、铁损以及机械损耗等等，除了机械损耗以外，上述提到的其他接种损耗都与电动机实际运行中的电压、电流的平方比形成正比，这样的话就可以通过降低电动机的绕组端电压，保证电动机在轻载或者是空载的状态之下，降低对电能的使用，而且电动机的使用效果也不会因此而受到影响。

当前，根据对不同元件的调压设计节能装置主要有以下几种，即电抗器调压、电机定子绕组星三角转换调压和双星晶闸管调压等等，这几种调压设计基本上都考虑到了电动机的节能以及运行效率方面的问题，具有稳定性高，经济效有保障的特点。而经过市场调研和分析发现双向晶闸管调压技术是电动机节能控制中应用最为广泛的技术。

2、单片机在人际语言互动方面的开发与利用

语言是人与人进行交流和沟通的重要工具，而随着社会的不断发展和进步，人们已经不再满足于普通人之间的交际，而是希望能够实现有效的人机对话，借助人机对话，使得用户能够更好的对智能化电子产品进行控制，保证电子产品的作用和价值得到充分的发挥。因此，在当前的智能化电子产品开发过程中，如何当它们开口说话也成为了研究工作的重心所在，结合当前的人机语声通讯技术来看，研究最多的是语言合成技术。随着电子技术的不断发展和进步，大规模集成电路的开发利用，使得各类语音处理芯片如雨后春笋一般冒了出来，但是这些芯片的形式过于简单，性价比相对比较低，往往不具备智能合成的能力，大部分语音芯片只能进行简单的语音播报，人机对话难以有效实现，即便实现了效果也并不是十分的理想，这样就极大的限制了芯片的应用范围。在智能化电子产品不断更新换代的背景之下，研究人员开始尝试不断语音技术进行研发，比如说借助单片机技术对电子闹钟的语音自动报时功能进行优化和完善，在单片机技术的应用背景之下，语音芯片技术得到了有效的优化与调整，其在人机语言互动领域也取得了诸多突破性的研究成果，其设计原理包含有软件与硬件设计两大方面的内容，其具体情况如下所示：

首先从软件设计方面来说，在语音合成技术应用中，波形编码技术的应用可以说是最为广泛的，单片机技术在应用过程中经常会接收到定时计数方面的需求，该技术可以对EPROM中的语言数据编码进行压缩固化，在不同的应用场景中，单片机可以结合自身的实际情况自动组合，这实际上表现单片机技术可以利用不同类型的编码语音数据然后对语音进行不同形式的智能化组合。在具体应用过程中，其电路的工作原理如下：即结合应用场景中的当前计时值，取出事前经过编码压缩固化在EPROM中的相应语音数字信号，经过解码组合，然后送到单片机PI口作D/A交换，再通过平滑滤波和功效，将其还原成报时语音，这样的话报时语音也就拥有了智能化的特点，同时考虑到闹钟报时期间所的使用到的词汇量并不是很多，因此为了更好的展现其智能化特点，可以将重心房子啊优化语音合成质量方面，如可以不断的对系统所储存的语音数据和常用数字音节进行调整，不同的语音报时信号所使用语音数据也存在有较大的差异，设备在接收到不同的语音请求时，可以按照特定的组合方式将请求解码然后输送到单片机中，在对数据进行处理之后，用户可以得到自己想要的结果。

其次是硬件设计原则。在硬件设计的过程中，其主要设计原则包含有降低制作成本、减少对能源的消耗以及合理布局等等。在此设计原理之下，就需要设计人员最大限度的缩短CPU运行时间，在此基础之上再提高待机时间，这样做的优势在于可以极大程度的提高电子产品的使用效率和质量，降低对能源的消耗。在实际使用期间，设计人员可以结合电子产品的主要特点以及电池供应的实际需求，选择能耗比较低的芯片，这样的话当电子产品进入到待机状态之后，就可以有效的节约能源资源。另外一方面，设计过程中还可以通过减少芯片数量达到降低设计成本的目的，即将数据和程序存储器融合成为一个整体，然后使得芯片的用途从单一变得多样，而且这种设计的操作方法十分简单，只需要对单片机的节电运行方式进行简单的调整，在硬件上设置相应的开关即可。而且这种设计方式还可以充分利用CPU内部定时器的作用，降低软件定时计数的次数。

3、单片机在自动报警器中的应用

自动报警装置在日常生活中的多个场景中都有所应用，该装置的应用可以有效的解决各类突发性事故，比如说对火灾的预防。日常生活中，火灾的危害程度极大，而且其涉及范围比较广，对人们的生命和财产安全构成了严重威胁，一直以来社会的各行各业对于火灾的预防都高度重视。而随着电子技术的不断发展和进步，以集成电路为代表的火灾报警控制器得以成功研发，相较于传统的报警器来说，携带有自动报警装置的报警器可以对可能会发生的火灾提前进行预警和判断，然后及时的发出信号，提高人们的警惕性，促使人们提前采取措施进行应对，安全隐患因此得以大幅度减少。在对自动报警装置进行设计时，其原理主要集中在以下方面：首先是发挥单片机串行通讯口性能的作用优势，火灾自动报警装置的核心就是微机控制，早期其代表性产品为晶体管继电器，其主要是利用自动报警装置中的单片机，对火灾信号进行探查和接收，在装置对信号确认之后，然后设备发出警报，同时对出现报警的位置进行显示。在用户收到警报的同时，设备还可以借助单片机发出自动控制信号，附近区域的消防设备得以第一时间快速启动，最终达到灭火的效果。除此之外，在设计过程中还可以在报警装置中添加事故广播和巡查的功能，这样一旦事故发生之后，可以第一时间对事故现场的人员进行预警，提高人们的警惕性并快速疏散人群。而借助巡查技术，则可以借助控制器对附近的报警装置进行来回巡查，保证警报可以及时准确的发出。一般来说，在自动报警核装置运行过程中，将会出现两种信号，即火警信号和故障信号，火警信号要优于故障信号，这样也有更有助于对各类突发情况的控制。同时在信号传输过程中，之所以优先使用单片机还有一个极为重要的原因，即其所具备的功能更多，体积更小，携带比较方便而且操作简单。

4、单片机在车辆监控系统中的应用

当前，随着我国拥有车辆的个人逐渐增多，道路交通拥堵问题可谓是越来越严重。为了更好的优化交通运输，解决拥堵问题，车辆监控系统应运而生。该系统可以对各个地区的交通情况进行有效监控，系统的核心技术是通信和定位，主要控制核心则是借助单片机技术完成的，单片机技术在该系统中所发挥的作用主要是对控制信号、监控信号进行传递与处理。系统的控制核心可以接受车辆的定位数据信息，并且借助无线通讯技术将所接收到的信号传递到监控中心，监控中心在对所接收到的数据进行处理之后，发出与之相应的控制信号，对车辆进行动态的监控和跟踪管理，在信号传递过程中，高效完善的车辆管理定位系统得以成功构建。而且该控制系统的优势在于其不仅可以对车辆进行有效的管理和控制，与此同时其还可以规避交通运输过程中可能会遇到的各类突发性问题，比如说，可以将人机交技术应用到该控制系统之中，这样用户可以与车辆实现对话和交流，解决自己在车辆运行期间所面临的一系列问题，比如说，在导航时向车辆发出语音指令，或者是在开关车窗以及车上其他配件设施时，也可以发出相应的指令，这样对于车辆的管理变得更加高效便捷，用户的使用体验也因此得以大幅度提升。而且通过对车辆的有效监控，还可以规避各类交通意外事故，保证行车的安全性。

5、单片机在医用设备开发中的应用

当前，我国医疗卫生事业改革正在如火如荼的进行，而在医疗卫生事业改革过程中，人们的就医服务需求也在不断提升，对于各类医疗设备的性能提出了更高的要求。我国各类医疗设备的综合性能相较于过去来说，有了巨大的优化和进步，但是不可否认的是其存在的问题和缺陷还比较多，比如说部分检测设备的检测性能不高，在检测疾病时准确率低。医疗设备方面存在的问题如果未能得到及时有效的解决，将会降低患者的医疗卫生体验。为了更好的解决相关问题，就需要对医用设备的性能予以优化，在该领域也可以积极的应用单片机技术，比如说，在分析仪、病床呼叫系统以及超声诊断系统中都可以引入单片机技术，然后在对信号接收以及处理效果进行优化，保证这些设备能够稳定高效的接收各类信号，在此基础之上优化医疗服务质量，推进我国医疗卫生事业的发展和进步。

6、单片机在仪表仪器制造中的应用

仪表仪器的制造水平高低对我国工业制造水平有着决定性的影响，在该领域也可以积极应用单片机技术，单片机技术的优势在于可靠性高、集成程度理想、体积小等多方面的优点，如果能够将单片机技术应用到仪表仪器制造工作之中，则可以使得仪表仪器朝着智能和数字化的方向发展，这样的话仪器的整体作用性能也将会得到大幅度提升。如在进行工业生产数据采集时，如果能够应用单片机技术，那么既可以有效的减小仪器的体积，而且由于数据信息接收效果理想，因此，数据检测的准确性也因此得以大幅度提升。

总之，在智能化电子产品日益普及的今天，单片机的应用范围可谓是越来越广泛，而要想切实发挥单片机技术的作用优势，还需要进一步加强技术研发，并且结合智能化电子产品的实际应用要求和特点，将单片机技术与之融合在一起，进而更好的发挥单片机的作用和价值。

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