单片机在电气自动化控制中的应用

单片机在电气自动化控制中的应用

戴香财

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摘要：新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，智能化不断深入人们的生活，智能家居产品搭上了时代的快车飞速发展。人民日益增长的物质文化需要同落后的社会生产之间存在矛盾，人民向往美好的生活，对安全、舒适、健康、现代化的居住环境需求越来越高。在智能家居领域，各种智能化的产品不断给人民带来更安全、舒适和便利的生活环境。在窗户智能化上，传统的窗户都是手推式，无法做到智能化。早在多年前，欧美国家已经在该领域上有很大的发展，技术已经成熟，相比而言，我国在智能窗户方面较为落后，并且目前智能窗户的市场没有很大的推广。同时，当前市场上的智能窗户，功能较为单一，成本价较高，不是普通家庭所能接受的。

关键词：单片机；电气自动化控制；应用

引言

随着电子技术和电子产品在现实世界中的普及，家庭人工智能产品的提升才能满足人们实际生活的应用要求。为实现家庭环境监测、安全管理、家电监测等功能，提高家庭生活质量，文章设计了以STM32F1系列芯片作为主要控制单元。基于WiFi的智能家居致力于物联网自动控制系统的研究。WiFi光节点的数目由APCoordinator可以访问的节点数目决定。集成多种高性能传感器，基于信息技术打造高品质的家庭设施和环境管理系统，满足家庭安全、便捷、舒适的需求。

1.单片机的主要设计结构

单片机是一种嵌入式微控制器，主要由控制器、存储器以及运算器等组成，可以将其理解为集成芯片，具备多种功能，其中包含定时器、数据存储器等。在实际运行过程中，主要依靠控制器来开展所有工作，从而确保实施过程能够完全根据控制指令操作。具体的操作步骤应当先在存储器之中提取出对应的指令，随后到编码器之中实行编号，将完成后的编码结果传送到逻辑电路，最后将其转变为不同类型的信号，到达相应的控制部件之中，完成全部工作流程。具有体积小的优势，还可将其放置于仪表的内部。对于精简指令集性能的单片机的工作频率为(1/机器周期)=时钟频率(1/时钟周期)，对于普通的51单片机来说，频率是1MHz，时钟周期是1/12μs(1除以12M)，机器周期为12倍的时钟周期1μs，周期与频率互为倒数，1s，相当于频率是1Hz，也就是1/1s=1Hz，那么1/1ms=1/0.001s=1000Hz。

2.单片机在电气自动化控制的具体应用

2.1单片机在矿山工程中的应用

当前我国的资源开采越来越多，矿山行业得到迅速发展，社会对于矿产资源的需求量加大，矿山工程的工作量也在不断增加，随之而来的单片机需求也呈现逐渐上升趋势，相应的要求也得到提升。从当前的现状可以看出，我国对于矿山工程较为重视，将单片机应用于其中，结合当前的实际需求进行深入分析，对单片机的应用加以改进和提升，从而使得能够在矿山工程领域充分发挥自己的功能。从目前实际应用可以看出，单片机还存在着一些弊端，无法满足矿山工程的所有要求，虽然它的应用范围较为广泛，但是应用于设备以及工序当中缺乏基本的逻辑性，在实施期间往往需要人力参与其中帮助运行。以矿山行业施工中举例说明，在这其间主要的工作为运行设备开采，在此过程中一般都需要人工辅助进行。在矿山行业中，单片机不能顺利运行，功能性无法得到保障是当前主要需要解决的难题，需要进行深入分析，进一步加以解决。矿山领域生产以及相关设计对精确度有着极高的要求，这关乎着最终开采后的矿产资源能否符合标准，基于此，在开采过程中需要严格注意相关的数据变化情况，只有提升数据精确度，才可以保证矿山机械组装的有效性。在实际开采期间，应当对与之有关的各类零部件进行详细研究，保证零部件的精确度也能够符合标准，从而提升整体的工作效率。在矿山机械设计和生产方面应用单片机有着极佳的效果。

2.2在脉搏测量仪中的应用

随着人民生活水平的不断提高，心脑血管疾病的增多，预防和保健意识的增强，心脏监测越来越被重视；在日常生活中或剧烈运动后，人们也需要监测一下自己的心率，对调节饮食和控制运动量起到积极的参考作用，因此操作简单便捷，安全可靠的心率测量，就有了很大的需求空间。人体心脏周期性的收缩和舒张导致血流压力以波的形式、从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征，所以通过获取脉搏波的特征，就可以为临床诊断和治疗心脑疾病提供可靠的依据。本脉搏测试系统设计是应用STC89C51单片机实现的。脉搏信号由光电式传感器采集，经过信号的放大、滤波和整形处理得到脉冲信号，通过定时器T0、T1对脉搏计数、测量时间的同步控制，对应下降沿开始计数与定时，直到30s后的脉搏下降沿中断计数后停止全部T0、T1，之后计算测得脉搏数的时长，换算为分钟脉搏值用于显示。如果时间超过2min，强制停止全部T0、T1，脉搏刷新显示为0。利用单片机自身的定时中断、计数编程，实现了脉搏测量中计数与定时的同步控制，测量时间可控，精度高，采用常用单片机，性价比优越，测量2min强制停止，脉搏范围0.7~255次/min，便捷可靠。

2.3开关电源中的应用

输入端为电网电压，也就是常说的220V市电，经过整流滤波电路后作为开关电路的输入电压，电路根据基准参考量和采样量之间的差值，控制脉冲的占空比，改变开关管的状态，从而控制输出。假设电网波动，输入量增加，则输出量也将随之增加，反馈电路采样放大后由脉冲调制电路控制脉冲的占空比实现对开关管的控制，从而控制输出量减小，达到控制电压或电流稳定输出。LED开关电源大多数是开关电源电路和反馈电路组成。反馈电路从负载采样后，对脉冲的占空比进行调整，实现稳定输出电压或电流。采用STC15系列单片机作为控制器，主要是用来产生PWM驱动信号；分析和计算采样数据，在合理范围内控制PWM驱动信号的占空比，从而保证输出值的稳定；另外控制LCD1602显示电压和电流。由于本次使用的是STC15F2K60S2转STC89C52转接板，因此最小系统参考STC89C52单片机的最小系统结构连接。STC15F2K60S2单片机是1T的，系统运行速度比传统8051快7~12倍。

2.4智慧家居监控中的应用

结合STM32F1系列单片机的相关知识，利用温度和湿度传感器、烟雾传感器、显示模块、步进电机及WiFi模块协同工作，构成了一个家居环境监测功能的简易智慧家居系统。结合单片机从而测出不同的温度和湿度、烟雾浓度及其他危险气体，采集的数据信号通过显示屏LCD显示，同时系统连接手机APP终端，在手机上也可以实时了解到室内情况，以便用户对室内环境的了解和控制。初步检测结果表明，该设计完全满足设计目的和要求。文章设计成本适中，可直接用于智慧家居和推广。工作时低电平有效，它可以自动测量空气中的温度和湿度，且灵敏度和精确度较高，是检测空气中温湿度的最佳选择。先对温湿度传感器外设进行初始化，再读取温度和湿度的值，显示温度和湿度，然后确定温度和湿度是否超过规定的阈值。如果出现采集的值超出阈值的情况，则会发生报警；若采集的值没有超出设定阈值的情况，则温度和湿度的数据采集仍在继续。

结束语

综上所述，单片机应用于各个领域当中均能起到极佳的效果，为这方面的技术发展开辟道路，与我国的未来息息相关，使得各行各业的生产效率逐步提升，相信随着未来不断进步将会发展得更加完善。

参考文献

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