单片机在智能控制系统的应用论文
摘要：单片机在智能控制领域的应用具有广泛的开发前景，在工业自动化、家庭智能化等方面具备无可比拟的优势，本文主要通过几种智能控制系统的应用的简单介绍来抛砖引玉，提供一种可行的思路。
关键词：单片机；智能控制
单片机是一个微型计算机系统，在单个芯片上集成了诸如中央处理单元、存储器、定时器/计数器和输入/输出接口等组件。单片机是计算机制造技术不断发展的产物，是计算机硬件发展的一个重要分支。就单片机的组成而言，虽然它只是一个小巧的集成电路，但它包含了计算机的基本组件。只是这些都集成在一个芯片上。所谓“麻雀虽小，五脏俱全”，这使得单片机成为具有独特功能的计算机。[1]
1单片机概述
单片机作为一个微型的计算机系统，除了具备计算机都有的优点外，还具有体积小、重量轻、价格低的外在优势，和高可靠性、强抗干扰能力、低环境要求、易扩展、灵活实时的内在优势。被广泛应用于工业自动化、智能仪器仪表、消费电子、通讯、武器装备、计算机终端外设、多机分布式系统等方面。在我国早期使用最多的主要是Intel公司的MCS-51系列以及兼容机，在其把8051的内核技术作为专利转给其他公司，又出现了众多的衍生机型。衍生机型中ATMEL公司AT89C5x在8位机中占有较大的市场份额，与80C51相比在完全兼容的前提下增加了闪存功能，可在线编程和重复编程，这成为后期取代8051系列的技术优势之一。除了51系列单片机，市场上还存在AVR和PIC系列单片机，这几类区别于51系列的CISC指令集，而是采用RISC指令集，具备独特的技术优势。由于使用的是精简指令集，在运算速度、功耗等方面的效率远高于CISC指令集的单片机。本文在下述的应用举例中也会分别使用这两种指令集的单片机系统。
2单片机分类
单片机的分类方法较多，按照常用的分类方法大致分为通用型/专用型，总线型/非总线型和工业型/家电型。
2.1通用型/专用型
按照应用范围来区分分为通用型和专用型。例如，80C51是通用型单片机的典型。它不是为特定目的而设计的，适用广泛，通用性强。而专用型单片机是针对某一类产品甚至某种产品而设计制造的。
2.2总线型/非总线型
按照是否提供并行总线分为总线型和非总线型。总线型单片机通常配有并行总线，数据总线和控制总线。这些引脚可用于扩展并行外设，并可通过串口连接到单片机。而非总线型单片机已经将所需的外围设备、接口集成在一个芯片中，因此这类单片机不需要并行总线，这大大降低了封装成本和芯片大小。
2.3控制型/家电型
按照应用领域分为控制型和家电型。工业控制型具有较大的寻址范围和较强的计算能力。家用电器中使用的单片机大多是专用型，通常具备小型封装和低价格的特点，外围设备和外设接口具有高集成度。
3单片机在智能控制系统中的应用
基于单片机的设计大大简化了智能系统的设计难度，无论在效率、成本、技术、产品质量与可靠性上都比其他设计更加成熟，这也为智能控制系统的设计提供了一种更为简练的思路和方案。无论在智能家居还是智能生产领域都具备广阔的前景，下面简单介绍几种智能系统的应用方案。
3.1智能灯光系统应用
智能灯光系统的应用极为广泛，例如家居、工作场所，路灯、信号灯以及广告路牌的智能化控制等等，从高效节能、方便易用等方面都为该应用提供了广阔的使用空间。与传统的非单片机控制器相比，在编程、体积以及控制上都有不可替代的优势。结合各类传感器，更可以实现全智能化免操作的灯光控制系统。以工作场所常闭走廊灯光系统为例，主控单片机可采用AT89S52，结合光敏电阻、热释电红外传感器等实现在特定时间段下光照度不足且有人情况下的灯光自主控制。AT89S52是具备低功耗，高性能的8位单片机，容量为8K系统可编程存储器，与工业51系列产品指令集和引脚完全兼容。片内Flash允许程序存储器在系统可编程，也适用于常规编程器，使其为许多嵌入式控制应用提供了高度灵活，超高效的解决方案。其中主模块电路由时钟电路、电源电路和复位电路组成，传感器电路由光敏电阻组成的光感电路和红外感应器组成的红外传感电路，按照不同的.场所需求还可以设计以振动传感器为主的振动监测电路，实现指定时间内的光控、红外控制、振动控制相匹配的智能灯光控制硬件系统，配以相应的系统软件开发，实现对整个系统的终端处理、实时监控、数据读取、采集等的控制处理。举一反三，在任何场所的灯光控制皆可以通过此原理实现，关键就是以单片机为核心辅助以各种传感器完成灯光控制的不同需求。
3.2智能安防系统应用
随着人类生活水平的不断提高，不仅需要舒适健康、可靠便利的工作生活环境，更加注重安防系统对个人和场所的防范能力。系统采用单片机技术、SIM卡通信以及报警终端来实现，单片机同样基于AT89S52，与红外监控、烟雾监控、煤气监控等传感器关联，在发生警情信息时，实时通过SIM卡通信向远端客户和相关单位发送语音信息或者文字信息等。系统主控部分采用单片机，可以无需任何外部存储器。其内部存储完全可以存储标志字段、手机号码、报警代码等数据信息。数字语音电路采用数字语音芯片经过功放后，将音频信号与通话电路相连，向外发送语音信号。该系统以单片机为核心，利用成熟稳定的移动通讯，实现对设防点的自动检测和语音报警，有较大的应用推广价值。
3.3智能仓储系统应用
现代化的智能仓储包括智能货架系统等最为关键的就是远程无线标签的运用，通过使用无线标签实现对大批量仓储设备的在线采集，为后续通过应用软件的汇总统计提供了便利，基本实现了仓储的无人化管理。对无线标签信息的采集就需要采集终端来实现，并实时在线传送给用户。数据终端采集器如果使用单片机来实现可以降低开发成本，提高通用性，简化开发流程，提高开发效率。无线标签的终端采集设备以PIC16F877单片机为例，该单片机与51系列不同，是由Microchip开发生产的PICmi-cro系列单片机。它具有Flash程序记忆功能，可重复编程；其内置的ICD功能允许用户直接在系统上进行暂停执行、查看缓存，以便用户可以快速调试和开发程序。其常用语言同样可以使用汇编语言或者C语言开发。指令集是采用RISC指令，与51系列采用的CISC不同，PIC16F877指令仅有35条，而51系统的则高达111条指令。因此，其整体结构更简单、更专业，体积小、功耗小、成本低，更适用于专机专用。通过级联nRF24L01无线模块，完成数据采集终端的主要功能，从而实现与多种无线标签的通讯和数据采集。NR-F24L01是NORDIC公司最近生产的一款无线通信通信芯片，采用FSK调制，内部集成NORDIC自己的EnhancedShort-Burst协议。可以实现点对多点的无线通信。通信速度可达2Mbps。该模块可以直接进行加工生产，但要注意的是需要为单片机系统预留5个GPIO和1个中断输入引脚。该无线模块抗干扰能力较强，特别适合工业控制领域，内置2.4Ghz天线，可直连各种类型的单片机系统，软件编程也更为方便。
4总结
本文中涉及到的单片机系统应用，虽然只是架构思路，但已经在多个领域出现了诸多类似的实践设备，在设计、制造生产上的优势以及使用过程中体现出的可靠性和高效性上得到了充分的体现，揭示了单片机在智能领域的广泛应用前景。同时利用单片机开发的系统在硬件设计成熟的情况下通过调试不同的软件功能便可以实现不同的使用效果，避免了硬件设计的重复性，提高了开发效率。尤其是结合当前国家提出的工业4.0概念，为单片机在工业领域的智能化提出更高要求，也开拓了更广泛的应用市场，既是挑战，也是机遇。无论是移动手持设备还是大型工控设备都是单片机系统发挥巨大作用的空间领域。
参考文献：
[1]潘琢金，施国君.C8051FXXX高速SOC单片机原理及应用.北京：北京航空航天大学出版社，2002.
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