“单片机技术在电气传动系统中的应用”文献综述

黄青颖

（江苏城乡建设职业学院，江苏 常州 213000）

1 电气传动

1.1 工业革命推动技术升级

电力的应用推动了各个行业的技术革新和社会的高速发展。第三次工业革命的成果是各行业逐步实现自动化。当代社会正在进入以人工智能为代表的第四次工业革命。智能技术的引入逐步成为电气传动控制系统的新思路与新方向。

1.2 电气传动

电气传动是利用电动机将电能转化为动能，带动机械设备运行的生产过程。电能是经济、普及、方便使用的清洁能源；电动机的电能转化效率高，易于控制，两者结合，使传动系统运行变得易于控制和高效。 电气技术在传动系统中的应用，降低了产品生产过程中所需要的劳动力，有利于企业节约成本。

传动控制的电气化，提高了生产过程的自动化水平。 电气传动控制系统是当前重要的工业基础，它由传动机构、电动机、控制设备三部分组成。随着网络通信、微电子及智能技术的使用，传动控制技术水平也在不断提高。

1.3 信息化对电气传动控制的要求

大多数工业国家都将工业化逐渐转向信息化，信息化带动了生产力的发展。 电气传动是工业的基础。信息化发展推动了传动技术的进步，为企业的高效发展提供有力的支撑。 在电气传动系统当中，数据通信和数字控制已经成为其控制的主要手段。

电气系统的传动模式按电动机类别分为直流电气传动与交流电气传动。 一开始，直流传动由于良好的起、制动性能和控制特性，加上成本较低、容易操作的特点，得到广泛应用，是电气传动的主要模式。但随着信息技术和电力电子技术的发展，交流传动技术不断提升。 与直流传动相比，交流传动所需的设备体积小，输出的功率大、可靠性高、动力性能优，所以直流传动逐步让位于交流传动。

1.4 电气传动的智能控制趋势

智能控制是在没有人干预的情况下自主驱动智能设备来实现控制的自控技术，它高于传统的自动化控制。

自动化控制是一种根据数学模型执行运行步骤的系统。传统的自动化控制技术在一定程度上改善了劳动者的工作环境，降低了劳动者的劳动强度和工作风险，根据预设的问题制定处理方式，但缺乏自我诊断和调整的功能，所以没有实现智能化控制。 设备工作现场的环境是千变万化的，不确定的因数多，如果只靠设定的数学模型来控制，系统不能及时、有效地处理设备运转出现的问题。

企业对机械设备运行的效率要求不断提高，而系统改进和升级需要较高的成本。设备运行采用智能控制，就相当于人脑的运行。 系统通过对采集的数据和环境要素的准确判断和分析， 经过自我调整和调控，实现控制目标。人工智能控制超越了传统的数据模型控制，能进行实时的自我修正和改进，以提升自身的规范性和合理性来适应实际需要，从而更有效地提升效率。

2 单片机技术的发展

2.1 单片机的历史

单片机诞生于20 世纪70 年代，它是使用集成电路技术将 CPU、 存储器 RAM 和 ROM、 定时器/计数器， 输入/输出接口等主要部件集成在一块半导体芯片上的微型计算机。CPU 能完成各种逻辑运算与算术运算，实现逻辑测试、发出控制信号。单片机能对电动机等设备进行控制。

2.2 单片机的功能特点

单片机因结构简单、可靠性高、控制功能强、低功耗等特点，被广泛应用在通信、交通、智能仪表、智能家电、遥感等领域。 单片机比一般集成电路有更强的抗干扰能力；对温度、湿度等环境要素有更好的适应能力。 它成本低，却能完成一般集成电路无法完成的工作。 它使生产效率得到有效提高，使这些领域的操作与控制变得智能化。 在电气传动系统中使用单片机，能达到较理想的控制效果。

2.3 单片机的结构

单片机内部结构分为两种：Princeton 结构和harvard 结构。 Princeton 结构，将程序存储和数据存储放在同一个储存空间。 Harvard 结构与Princeton 结构恰恰相反， 它的数据存储和程序存储是分开的。harvard 结构更有利于单片机控制功能的实现， 电气传动控制系统的单片机普遍采用的是harvard 结构。

2.4 单片机具备了EFT 和低噪声布线技术

目前单片机技术发展迅速，具备更好的抗干扰技术EFT。 当外界有干扰信号时，电路信号会叠加毛刺信号， 传统的处理方式是使用施密特电路降干扰，而毛刺信号不能完全消除， 可能被触发干扰正常信号。如果交替使用施密特电路和RC 滤波电路，就可以消除这些毛刺或者令其失效，从而保证信号正常。

在电气传动系统中采用单片机技术， 通常将电源引线和地线均匀分布于集成电路块的对称点上， 如右上和左下。这样布线有弊端，电源产生的噪声影响范围大，会干扰芯片内部电路的工作，降低运行的可靠性和稳定性。如果电源不放在对称点上，而是放在相邻的引脚上，这样能够减少流过整个芯片的电流，还方便去耦电容电路的布置，从而减少了电路板的噪声。

EFT 抗干扰技术和低噪声布线技术使单片机系统在工作时更稳定。

2.5 单片机与智能控制

单片机为电气传动技术带来了技术革新。它通过编程来对设备运行和生产过程实现控制功能。它代替了传统的硬件电路，电路功能变得强大，能够实现更复杂控制。 单片机是通过模糊控制、数字计算控制和自适应控制等来实现复杂的控制功能，使系统结构得到简化，维护和升级变得经济。 所以单片机在各个领域得到广泛的应用。

当今网络技术发展日新月异，网络普及，人们的生活与网络紧密相连。 不仅计算机与互联网相连，物品与物品也可以通过网络相连，如家用电器。 许多电器内部采用单片机控制系统。单片机的通信接口支持它服务的设备接入网络。 网络是现代最流行的工具，智能化的时代离不开网络，离不开单片机技术。 一些成本低、 性能稳定、 易控制的智能芯片装入手机，电视、音箱和打印机等电器内，智能控制方便了人们的生活。

3 单片机技术在电气传动中的应用

3.1 单片机成为控制的核心

电气传动电路，由电气主回路、接口电路、控制电路三个部分组成。 控制电路的主要元件是单片机。 输入信号从输入接口电路中进入单片机内部，CPU 对采集的信号进行处理，再把处理后的信号由输出接口电路送出，控制主回路。 抗干扰能力强、可靠性高、运算能力强的单片机是控制电路的关键。

3.2 C 语言与汇编语言混合编程

C 语言简洁、灵活、库函数丰富、调试方便、移植性好，被广泛用于硬件开发中。 汇编语言是一种面向机器的语言，它的优点是运行速度快，所占用的存储空间小，可以对硬件直接控制。 在电气传动控制电路实时响应的场合中， 技术人员会用汇编语言编程，以获得较快的执行速度。

在电气传动控制系统中，常采用C 语言以及汇编语言（ASM）混合编程模式。汇编程序模块与C 语言程序模块经常需要相互调用。调用分无参数传递和有参数传递两种情况。 前者需要在程序中写入汇编伪指令，才可以实现汇编与C 语言的相互转换；后者要在C 源代码中添加目的汇编程序， 编译链接所有程序后， 还要核对类似M96 和M51 系统文件再进行程序修改。

3.3 改进算法

单片机技术对电气传动控制系统中的算法也具有优化的作用。 在电气的传动控制系统中，例如对转速器的进行设置和调整，可以通过单片机内参数设定来完成。 采用单片机技术，省略控制系统中的计算代码，可以提高设备的运算速度与准确性。

3.4 系统头文件中的应用

单片机的系统头文件有各个端口与各种特殊功能寄存器的地址。 精准制定单片机的系统头文件，能把单片机的功能发挥到最大。 单片机型号多，框架结构和工艺水平也不同，不同单片机功能差别大，应当依据单片机型号来制定系统头文件。 这样一来，当单片机型号出现变化，可以通过转换头文件来完成程序的移植。这可以缩短单片机开发的进程，使过程简化。

单片机应用使电气传动系统的电路设计思路和理念发生根本的变化。软件编程实现了以前硬件电路的控制功能，电路结构得到简化，但是电路成效得到提高，不同的控制要求得到满足。 比如传统电气传动控制中的PID 调节，就可以用单片机控制来实现。

单片机技术提高了电路的可靠性和准确性，使得电路智能化， 在电气传动系统中具有至关重要的作用。 随着科技的创新，单片机技术的发展也会向着高水平、多部件、多功能等方向发展，对电气传动会产生更加深远的影响。