单片机在自动化控制系统中的应用与研究

安阳市质量技术监督检验测试中心 郑相哲

1.引言

单片机是一种集成化的电路芯片，作为一个微型计算机系统，单片机利用超大规模集成电路技术将随机存储器RAM、中央处理器CPU、中断系统、只读存储器ROM、I/O通信接口、定时器/计数器等集成在一起，将其印刷到一块硅片上，实现信息处理。目前，单片机经过多年普及，已经从原来的4位、8位单片机发展到了300M的高速单片机。单片机应用领域非常广泛，作为嵌入式软件的一个重要组成部分，利用单片机可以提高控制系统的开发成效，也可以降低系统开发费用，具有重要的作用[1]。

2.自动化控制系统应用现状

自动化控制系统应用领域十分广泛，本文结合笔者多年的工作实践，列举电梯控制系统、智能电网控制系统、火灾报警控制系统等应用情况。

（1）电梯控制系统

目前，我国城市改革进度加快，生产厂房、高层建筑、大中型商超等建筑物兴起，电梯已经成为主要的运载工具。电梯组成设备众多，主要为电梯门、轿厢、电缆绳、显示仪、按钮板等，这些设备集成在一起时需要利用控制系统实现强大的控制。电梯控制系统采用先进的单片机、PLC和集成电路进行设计，能够实现电梯上下行、轿厢开关门、语音播报、视频显示、应急通信等多种功能，以便能够实现电梯自动化运行[2]。

（2）火灾报警系统

火灾报警系统主要包括烟雾探测器、区域报警器和集中报警器三个关键部分，同时可以联动设置灭火设施、通讯设施，能够形成一个强大的控制系统，该系统能够实现自动报警、自动灭火、安全疏散、系统显示、消防管理档案，构建了一个完整的火灾报警控制系统。火灾探测器可以随时监控烟雾、高温和火光，这些烟雾热光都可以转变为电信号实现报警[2]。

（3）电力控制系统

电力控制系统可以利用传感器采集智能电网设备运行信息，将这些信息发送给电网监控系统。电力控制系统作为一个工业生产嵌入式软件，对实时响应速度要求非常高，除了要完成信息采集、信息计算等功能，利用程序完成各类型的操作控制外，还需具有较高的自适应能力。电力控制系统包括单片机、传感器、通信网络等，可以构成一个强大的电力设备控制系统，能够实现电力设备运行状态监控，从而确保相关的控制信号准确传输和响应。

3.单片机在自动化控制系统设计中的应用

单片机在自动化控制系统中应用模式类似，本文列举电梯控制系统，该系统引入了ATC89C52RC单片机，能够控制电梯的各个组成设备运行，执行电气按钮板以及后台的各个指令。利用单片机实现快速编程，构建一个良好的电梯控制操作系统，实现电梯控制系统的安全可靠运行，利用单片机实现重复性编程，构建一个强大的处理功能，实现电梯控制系统的准确操作[3]。电梯控制系统业务组成如图1所示。

图1 单片机在电梯控制系统中设计图

电梯控制系统采用的单片机型号为ATC89C52RC，这个单片机产品能够实现强大的逻辑业务处理，为用户提供了一个CMOS8位处理器，该处理器具有功耗小、性能高的特点，能快速实现信息存储、加工和处理。ATC89C52RC拥有一个512K的存储空间，该空间能够满足电梯控制系统寄存器信息的处理，实现空间信息服务，提高ATC89C52RC数据存储能力，引入了先进的Cache存储模式，构建了一级缓存和二级缓存，具有强大的信息加工服务能力[4]。ATC-89C52RC还拥有一个4K字节的EEPROM信息存储空间，这个存储空间能够更好地利用多串口操作，形成多串口的并发通信模式，拥有一个超多串口、灵活、并发通信处理系统。ATC89C52RC单片机还可以实现一个嵌入式的应用软件，提高电梯控制的快速性，实现电梯控制硬件与底层的紧密结合。ATC89C52RC单片机连接的功能模块非常多，能够实现电梯控制器的供电操作、CAN总线操作、LED点阵驱动电路操作、电梯呼叫处理操作、电梯主控模式操作等，实现电梯上下行、停止、开门、启动、按钮操作，并且能够输出一些辅助信息，比如在LED上显示当前楼层、上下行信号箭头等[5]。电梯呼叫控制板可以选择接受相关的楼层信息，这些开关门、楼层到达、停止信息都需要满足数字信号的输入，实现快速的断电、判断，以便能够在短时间内判断是否存在满员或超载，及时提醒乘客上下电梯。电梯制动还需要实现轿厢顶部、底部的信号采集操作，避免电梯轿厢越界产生安全事故。

单片机在电梯控制系统等应用过程中具有很多的优点，比如可以节约编程开发时间，使用非常简单，经济效益和社会效益也非常高，更有利于提高社会自动化水平。单片机是一个微型计算机，其利用标准的输入输出接口与外界进行通信，连接组成设备非常灵活，具有较强的可扩展性和可移植性[6]。另外，基于单片机开发控制系统，不需要繁琐的接线、拆线等操作，设计过程非常简单，共享性也非常强，单片机可以通过关键的接口设备实现即插即卸，I/O输入输出采用标准的接口模式，连接外部设备通用性也非常强，用户界面交互性好，因此方便电气化设备的扩展和接入，不需要购置更多的独立模块设备，这样就可以省去很多的资金费用。单片机体积非常小，采用模块化设计结构，控制系统只需要I/O输入输出接口，实现电气化设备运行状态的自动化采集，分析这些设备是否处于维护状态，及时地对系统进行控制，如果这些设备需要维护或更换，可以及时地将其更换掉，能够更好地预留空闲接口，扩展系统功能，方便电气化设备控制系统的实时改装和升级维护。

4.结束语

随着我国工业生产、楼宇建筑、电气设备应用领域的扩大，利用先进的单片机开发自动化控制系统，可以将智能设备集成在一起，构建一个强大的、先进的控制操作系统，该系统能够实现自动化数据采集、通信传输、状态分析和运行监控，大幅度提高工业生活生产的精确度和可靠性，降低人力维护成本，还可以响应国家政府的号召，积极减少排放。

[1]梅孝安,周旭阳,朱玉军,等．基于AT89C52单片机的智能冲击电流计的设计与开发[J]．电子技术,2014,2(1)∶111-112．

[2]张焕梅,郭芸俊．基于单片机的太阳能自动跟踪控制系统设计[J]．机械工程与自动化,2017,3(2)∶178-179．

[3]童宥维,孙歆钰．基于模糊PID的通用中档单片机温度控制系统设计[J]．信息通信,2016(8)∶78-79．

[4]阎思明．单片机控制的红外线电子锁控制系统设计[J]．电子技术与软件工程,2017,2(1)∶260-260．

[5]马胜利,李邓化,王海．基于低功率PIC16F887单片机的控制系统抗干扰能力改进[J]．传感器世界,2016,22(2)∶14-17．

[6]徐昆良．基于AT89S52单片机的简易计算器设计与仿真[J]．电脑知识与技术,2015,21(16)∶211-212．