基于物联网环境的单片机技术发展研究

樊国强

摘要：物联网的快速发展，使越来越多的电子产品进入人们的生活中，而其中许多电子产品都应用了单片机技术，在单片机技术的带动下，为人们的生产生活带来了极大的便利.本文通过对基于物联网环境下的单片机的发展历程进行探讨，明确了单片机在物联网环境中的发展方式，并以多机通信系统作为实例来分析单片机技术在物联网环境中所发挥的重要作用，进一步明确了物联网环境下单片机技术的未来发展趋势，以期能够为单片机技术在物联网环境下的进一步发展与应用提供参考.

关键词：物联网;单片机;技术研究

中图分类号：TP368  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）01-0069-03

随着我国现代社会的不断发展，科学技术水平得到了显著的提高，这也使人们能够应用更多的电子产品来进行生产和生活，从而给人们带来了极大的便利.现如今，电子产品已经在当今社会中占据了非常重要的地位，在物联网技术的带动下，电子产品的更新换代速度不断加快，产品类型不断丰富的同时，产品性能也得到不断提升，物联网时代正式来临.与此同时，在电子产品不断研发的同时，单片机技术在物联网环境中也起到重要的支撑作用，单片机技术的应用，是实现电子产品功能的关键所在.为此，本文便对基于物联网环境的单片机技术发展进行深入的研究.

1 基于物联网环境的单片机技术发展历程

所謂单片机，其实质是一种被微型化的计算机系统，正是由于单片机的体积微小，因此常常集成于电路芯片之中.

现阶段，单片机已经在各个领域中得到了广泛的应用，其发展势头非常迅猛，有着非常广阔的发展前景.在物联网环境下，单片机技术的发展已经有很长时间，自20世纪70年代起，科研人员便试图在一个芯片中将计算机系统集成进去，这也是单片机的雏形.随后，单片机的应用变得愈发广泛，并已经开始在各个领域中崭露头角，时至今日，单片机技术在物联网环境下已经经历了三个发展时期，分别是SCM发展时期、MCU发展时期和SOC发展时期.在SCM发展时期中，科研人员在研究单片机技术时，主要是对其嵌入体系结构进行深入的研究，在这一时期中使单片机技术体系结构得到了不断的完善、优化与创新.历经较长时间的发展与研究，从而使计算机发展与SCM之间得以实现分离.随后，MCU发展时期的来临，使科研人员将单片机技术作为一种微控制器来进行研究，在这一时期中主要是对单片机在系统中进行嵌入式应用的具体情况进行深入的分析，从而为单片机技术在各类系统中的实践积累了大量宝贵的经验.也正是在这一时期，使单片机技术的接口电路与外围电路等得到了进一步的扩展，并推动了单片机技术的智能化控制与应用.在SOC发展时期，物联网、微电子等技术的高速发展，为单片机技术的发展带来了一个崭新的环境，在该时期中，单片机技术的应用方式有了巨大的改变，其设计理念也愈发新潮、先进，SOC单片机系统也由此应运而生，并已经成为现如今物联网技术中的核心技术.从以上三个发展时期可以了解到，单片机技术历经三个阶段的发展，其在物联网技术中正占据着越来越重要的地位，并在电子产品的更新换代中起到了不可估量的推进作用.

2 单片机技术在物联网环境下的发展方式

2.1 监控领域的发展

在物联网环境下，单片机技术已经在各个领域中得到了广泛的普及与应用，其发展速度愈发迅猛.在监控领域中，单片机技术的应用能够使电子产品具备监控功能，比如车辆监控系统、智能家居系统等.以车辆监控系统为例，单片机技术在车辆监控系统中是一项核心控制技术，通过与通信技术和全球定位系统之间的有机结合，并利用无线通信网络来对过往车辆进行监控，能够使系统对车辆的定位数据进行自动化接收，并将其显示在地图中.此外，用户还可通过监控中心来下达控制指令，并通过单片机来实现车辆的管理、调度以及动态跟踪等功能.现如今，单片机技术在监控领域的发展已经成熟化，并为我国智慧城市建设做出了突出的贡献.

2.2 仪表测量领域的发展

单片机在仪表测量领域的发展也十分快速，单片机技术的集成性高、可靠性好，通过在微小的硅片中集成单片机技术，能够大大提高仪表的精确度，从而使仪表的测量变得更加准确，并帮助人们通过这些测量数据来解决实际问题.

2.3 工业控制领域的发展

在工业控制领域中，单片机技术是最为常用的一种技术，在物联网环境下，将单片机技术应用于工业控制中来进行数据采集和控制，能够实现工业领域的自动化、智能化控制，大大提高了工业生产中的安全性，提高了工业生产效率.

2.4 电子通信领域的发展

在电子通信领域中，物联网环境下能够使人们获取到任何物体的相关信息，并借助于单片机技术来实现数据通信.单片机技术的发展，还使得电子产品除了具有通讯功能以外，还能进行数据的存储，并使通讯速度及数据容量得到大幅提高，大大促进了电子通讯领域的发展.

2.5 医疗领域的发展

在物联网技术的带动下，使单片机技术在医疗领域的发展也变得十分迅猛，许多电子产品的出现，大大提高了医疗水平，如监护仪、超声诊断系统、分析仪等，这些都是典型的单片机电子产品，从而使我国医疗质量得到了大幅提高.

2.6 语言识别领域的发展

物联网环境下，人们在应用物联网技术来实现通讯的同时，还致力于机器语言的开发，这也使单片机技术进一步拓展到语言识别领域中，通过语言合成，能够为人际通信提供更大的便利.利用单片机技术来研发专用的语言处理芯片，能够使其通过波形编码等技术手段来进行语音合成，并实现语音信号的编解码，由单片机对这些语音数字信号进行压缩，从而在需要的时候将这些语音数据进行调用，通过信息读取来对语音进行还原，从而实现人机之间的语音互通.在设计过程中，应对硬件进行合理的布局，使能耗得到降低的同时，尽量缩短CPU的处理时间，并尽可能地减少芯片的应用数量，同时利用中断使用的方法来达到低功耗的目的.

2.7 自动化监控领域的发展

在自动化监控领域，单片机技术在极大程度上满足了人们的监控需求.现如今，在物联网环境下，单片机监控产品的不断增多，使其能够根据不同信号种类来进行各种类别的声光报警，并自动控制设备的启动和关闭，同时在必要情况下还能通知相关人员来进行确认.

3 基于物联网环境的单片机技术应用实例分析

为了进一步分析基于物联网环境的单片机技术，以下便以多机通信系统为实例，以此分析单片机技术的发展与应用.

3.1 物联网环境下多机通信系统的网络协议

在物联网环境下，多机通信系统便是一种典型的单片机技术产品，其不仅采用了单片机技术，还应用了计算机技术与网络技术，通过这些技术的灵活运用，能够使其更好应用于通讯领域中.在多机通信系统中，网络协议是其运行基础，并且也是数据交换过程中所必须遵循的规则.因为多机通信系统的通信机有很多台，但其服务机只有一个，因此需要采用TCP/IP协议，为了使多台通信机能够彼此实现通信，需要建立一个新的网络协议.在进行数据传输时，由服务端发送数据咨询指令，该指令会重复发送两次，第一次是对网络协议和答案进行咨询，当检测到既定值不同时，服务端会第二次发送咨询命令，并自动绕开该客户端，和下一客户端进行通信咨询，直至客户端回签和网络协议中的既定信息相同为止，这样便可实现服务端和该客户端的数据传输.当客户端中断接收数据，则数据会按照原来的路径返回至服务端.

3.2 单片机在物联网环境下实现多机通信的拓扑结构

在多机通信系统中，基于物联网环境的单片机技术要想实现多机通信功能，就必须要设计一个合理的网络拓扑结构，网络拓扑结构应采用总线型，这样能够方便服务机对网络资源进行统一的分配与管理.服务端则会向每个客户端发送数据咨询指令，当具备一个发配时间时，会通过网络总线来对发配时间进行分配，否则会自动跳过该客户端.在多机通信系统中，所有客户端都能看到其他机器的数据发送状态.如图1所示为基于单片机技术的多机通信系统网络拓扑结构.

3.3 基于物联网环境的单片机接口电路应用

在基于物联网环境的单片机技术发展中，对于多机通信系统的设计，除了要对其网络协议与拓扑结构进行设计以外，其接口电路的设计也是非常重要的.通过单片机技术来进行网络接口设计，能够实现对数据的接收、提交与中继等功能，使其能够在网络环境下提供系统信号，并确保各端口之间实现同构.在设计过程中，应确保其满足多机通信系统的功能要求，利用四个单片机来实现对数据的共同接收，各个单片机都配备有相应的端口.在系统运行过程中，如果系统空閑，则不会进行数据传输，此时四个单片机会将接口信号转变为低电平，并由单片机来支撑整个网络状态，当系统需要进行数据接收与传输时，系统会根据实际需要利用单片机来调用相应的接口.

3.4 单片机在其他结构的应用

在基于物联网环境的多机通信系统中，单片机技术在应用过程中需要设计服务端与客户端的电路，通过模块化设计方法来分别设计电路，然后与同一电路板进行连接，其中客户机电路要进行编址，服务机电路则采用固定地址，并由单片机对ADC数据进行读取，然后在显示器中进行显示，使系统人员能够通过显示器来查看各个客户端的工作状态，并利用单片机来实现各个客户机的网络监管.如图2所示为基于物联网环境的多机通信系统功能模块.

在多机通信系统中，每台设备均有着相应的驱动程序，这些驱动程序都可利用单片机来进行控制与调用.除此之外，用户在下达指令时，可利用键盘来进行控制命令的输入，而这就需要设计一个键盘程序，通过在键盘程序中输入各个部件的工作参数，并在显示器中进行参数对比，能够实现对系统稳定性及可靠性等方面的检验.

4 单片机技术在物联网环境下的发展趋势

基于物联网环境的单片机技术发展趋势主要体现在四个方面，分别是CPU、微型化、低功耗半导体以及存储器.首先，对于单片机技术来说，CPU是其核心所在，随着CPU性能的不断提高，必然会促进单片机技术的发展，现如今，CPU经过不断的改进与变革，使其在数据处理方面的适用性得以不断提高，而在此过程中，总线宽度得以不断拓展，并由原来的8位逐渐拓展至32位.在不久的将来，总线宽度不仅会得到进一步的拓展，CPU结构也将从原来的单CPU结构转变为双CPU结构，从而更加快速的推动单片机技术的发展.其次，单片机技术必将向着微型化的方向发展，其芯片体积在缩小的同时，功能模块也将得到进一步的扩展，从而使单片机能够同时兼顾低功耗与功能性.再次，单片机技术所采用的半导体将得到进一步的革新，传统的CMOS半导体虽然有着较低的功耗，但其运行速度却较慢，这也使科研人员更致力于将能耗更低、速度更快的CHMOS半导体应用于单片机技术中.最后，在存储器发展方面，将持续对存储器进行优化与革新，并发展为利用闪速存储器来实现数据读写与存储，以此防止因意外断电而造成数据丢失的问题，使单片机技术的系统结构得到简化的同时，还能大幅提高单片机存储器的容量.

总而言之，随着物联网在各个领域中的普及与应用，使单片机电子产品得以不断增多，这在很大程度上促进了单片机技术的发展，并在不断发展过程中，将与更多现代化技术方法相结合，从而研发出功能更加强大、性能更加先进的电子产品，使其能够在人类的生产生活中发挥更为重要的作用.

参考文献：

〔1〕宋述林.物联网电子产品中单片机技术的应用方式研究[J].现代工业经济和信息化，2017，7（22）：64-65+75.

〔2〕周丽荣.物联网电子产品中单片机技术的应用研究[J].电子测试，2018（02）：79-80.

〔3〕刘丰年.单片机技术在物联网电子产品中的应用分析[J].信息与电脑（理论版），2018（08）：169-170+173.

〔4〕姚越，吴宝庆.关于单片机技术应用的研究[J].科技资讯，2018，16（09）：112-113.

〔5〕何小庆.物联网操作系统浅析[J].单片机与嵌入式系统应用，2015，15（01）：5-8.

〔6〕王洋洋，郭斌，孙伟.在智能家居中基于物联网技术的灯光控制的研究与应用[J].电子设计工程，2015，23（22）：32-35.

〔7〕吴艺翔.单片机教学改革中物联网技术的应用分析[J].福建质量管理，2016（03）：209.

〔8〕解永军，胡晓毅.物联网技术在微控制器实验教学中的应用[J].电子制作，2017（14）：33-34+24.