周逞

摘 要：作為電網(wǎng)生產(chǎn)現(xiàn)場的基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)支撐，單片機技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要；其不僅能確保電網(wǎng)監(jiān)控產(chǎn)品控制及功能的應(yīng)用滿足電網(wǎng)現(xiàn)場生產(chǎn)需求，更有效地實現(xiàn)了計算機數(shù)據(jù)處理的模塊化、效率化、節(jié)能化和可靠化。文章在闡述單片機基本概念的基礎(chǔ)上，對其工作原理和基礎(chǔ)支撐進行系統(tǒng)分析，并探討其在電力物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控產(chǎn)品中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；單片機技術(shù)；電子科技；原理及應(yīng)用

中圖分類號：TM76 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）35-0175-02

Abstract： As an important foundation support of monitoring products based on Internet of Things in power grid production site， the application of MCU technology is very important； it can not only ensure the application of power grid monitoring products control and function to meet the demand of power grid field production. The modularization， efficiency， energy saving and reliability of computer data processing are realized more effectively. On the basis of expounding the basic concept of single chip microcomputer， this paper makes a systematic analysis of its working principle and basic support， and probes into its concrete application in the monitoring products of electric power Internet of Things.

Keywords： Internet of Things （IoT）； singlechip technology； electronic science and technology； principle and application

隨著電子科技的不斷成熟，依托著計算機技術(shù)的支撐，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效地改變了人們的生活方式和行為方式，其使得人們在生活娛樂、交流通訊、工業(yè)生產(chǎn)、自動控制等方面的實踐更加高效、快捷、安全和可靠。在基于物聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)現(xiàn)場監(jiān)控產(chǎn)品發(fā)展過程中，這些環(huán)節(jié)的改變與其自身的控制系統(tǒng)密切相關(guān)，只有確保控制系統(tǒng)單片機的應(yīng)用合理，才能實現(xiàn)工程生產(chǎn)成本的合理控制，提高管理的效率和精度。基于此，進行基于物聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)現(xiàn)場監(jiān)控產(chǎn)品的單片機技術(shù)研究已成為當今社會信息化建設(shè)的重要研究領(lǐng)域，本文由此展開分析。

1 單片機的基本概念

作為一種微型化的計算機系統(tǒng)，單片機在超大規(guī)模集成電路技術(shù)的支持下，實現(xiàn)了電路芯片的集成和優(yōu)化，其以硅片為基本載體，將信息數(shù)據(jù)處理過程中所需的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定計時器等設(shè)備進行微縮集成，實現(xiàn)了基礎(chǔ)材質(zhì)的節(jié)約和功能集中。在單片機應(yīng)用過程中，人們秩序通過指令的編輯和輸入，單片機即可在運算器、控制器、存儲器及輸出器的作用下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效化、精確化處理，確保指令的順利執(zhí)行。

2 單片機的工作原理及技術(shù)支撐

電子信息技術(shù)的不斷成熟使單片機的應(yīng)用越來越廣泛，其有效提升了工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，實現(xiàn)了人們生活質(zhì)量的改善，要進一步提升單片機技術(shù)的應(yīng)用水平，須充分了解其工作過程中的原理和技術(shù)支撐。

2.1 單片機的工作原理

單片機的運作是一個指令程序系統(tǒng)配合的實踐過程，其特定任務(wù)運作的指令環(huán)環(huán)相扣。一般情況下，當程序尚未編輯完成時，其前期編輯的指令會被存儲器按照最小存儲單位的形式進行存儲；并且在存儲過程中，這些單獨的指令具有唯一的地址號；當單片機程序執(zhí)行時，控制系統(tǒng)只需要根據(jù)存儲地址找到具體的單元格，即可實現(xiàn)指令的調(diào)取和執(zhí)行。

按照編輯順序進行執(zhí)行時單片機程序運作的基本規(guī)則。單片機運作時，其在程序計數(shù)器PC的支持下，實現(xiàn)了指令地質(zhì)的追蹤，然后調(diào)取具體的指令內(nèi)容進行執(zhí)行，當前一條指令執(zhí)行結(jié)束是，系統(tǒng)會自動化的指向下一條指令的起始地址，從而實現(xiàn)編輯程序的依次執(zhí)行。需要注意的是，PC端指令條數(shù)的增加依據(jù)本條指令的長度進行決定，長度不一，其指令的條數(shù)勢必存在差異。

2.2 單片機的技術(shù)支撐

單片機技術(shù)應(yīng)用過程中，要確保指令的準確執(zhí)行，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精確化、效率化運作，就必須對其實現(xiàn)的過程進行技術(shù)保障支撐，從實踐過程來看，單片機技術(shù)的高效化運行離不開硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)的支持。

2.2.1 硬件抗干擾技術(shù)。單片機的硬件設(shè)施是其指令運行的基礎(chǔ)載體[2]。實踐過程中，單片機的硬件容易受到外界因素的干擾而造成非正常復(fù)位，影響程序的具體運作。具體而言，人們應(yīng)做好非正常復(fù)位的識別和復(fù)位后系統(tǒng)自恢復(fù)程序的設(shè)計保證。硬件設(shè)施的非正常復(fù)位識別是其抗干擾保證的前提[3]。實踐表明，其識別的過程主要集中在三個方面：其一，注重硬件復(fù)位與軟件復(fù)位的準確識別。前者的復(fù)位對于寄存器具有深刻影響，而后者對SP、SPW沒有直接影響，工程人員只有實現(xiàn)這些內(nèi)容的準確判斷，才能實現(xiàn)硬件復(fù)位與軟件復(fù)位的準確識別。其二，做好開機復(fù)位和看門狗服務(wù)的準確判斷，通常情況下，RAM或者EEROM是其復(fù)位鑒別的重要手段。其三，通過一監(jiān)測單元對單片機系統(tǒng)的運行狀態(tài)、系統(tǒng)時間予以監(jiān)控，確保其正常開機復(fù)位和非正常開機復(fù)位的準確識別。生產(chǎn)應(yīng)用過程中，一旦確定單片機的復(fù)位為非常正常復(fù)位，則設(shè)備管理人員應(yīng)對其進行復(fù)位后的系統(tǒng)自恢復(fù)運行程序設(shè)計。該設(shè)計包含了顯示模塊初始化、片外擴展芯片初始化、系統(tǒng)運行狀態(tài)、系統(tǒng)的進程值、當前輸入、輸出值，當前時鐘值、觀測單元值等內(nèi)容，只有確保這些內(nèi)容的復(fù)位設(shè)計合理，才能實現(xiàn)單片機技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)合理，確保數(shù)據(jù)程序的高效、精確運行。

2.2.2 軟件抗干擾技術(shù)。作為計算機特定數(shù)據(jù)和指令的集合，軟件系統(tǒng)的抗干擾至關(guān)重要；只有確保軟件系統(tǒng)的系統(tǒng)規(guī)范，才能使得指令的執(zhí)行達到預(yù)期效果。在工程實踐過程中，模擬輸入信號的噪音及程序運行混亂是軟件干擾的兩個主要表現(xiàn)方面。與前者相比，軟件程序運行混亂的危害更大，其是軟件抗干擾技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵所在。軟件抗干擾技術(shù)應(yīng)用過程中，單片機設(shè)計人員應(yīng)做好以下三個方面的保證：其一，對偏離軌道的指令進行系統(tǒng)規(guī)范，避免因指令冗長而對設(shè)備運行造成的干擾。一般情況下，在RET、RETI、JC等指令之前插入兩條NOP，即可實現(xiàn)偏離軌道亂飛指令的重新規(guī)范，確保其按照正常的軌道順序進行執(zhí)行。其二，通過軟件陷阱設(shè)計、陷阱安排實現(xiàn)亂飛指令的系統(tǒng)攔截，確保單片機運作過程中，攔截技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范合理。其三，單片機運作過程中，其程序的執(zhí)行可能會受到部分因素的干擾陷入死循環(huán)，影響程序的運行效率和成本?；诖?，進行“看門狗“技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要。通常，硬件技術(shù)和軟件技術(shù)是實現(xiàn)“看門狗”技術(shù)保證的重要手段，只有做好這些內(nèi)容的技術(shù)支持，才能避免單片機程序死循環(huán)現(xiàn)象的發(fā)生，提高單片機數(shù)據(jù)處理的效率和質(zhì)量。

3 電網(wǎng)行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控產(chǎn)品中單片機技術(shù)的具體應(yīng)用

作為電網(wǎng)現(xiàn)場監(jiān)控產(chǎn)品的控制中樞，單片機的現(xiàn)代化發(fā)展至關(guān)重要。隨著其技術(shù)的不斷成熟，其在電力生產(chǎn)及運行維護監(jiān)控領(lǐng)域上的應(yīng)用越來越廣泛；就物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控產(chǎn)品而言，單片機技術(shù)在其產(chǎn)品的監(jiān)控、測量、控制及通訊方面具有較為廣泛的應(yīng)用。

3.1 電網(wǎng)實時監(jiān)測產(chǎn)品監(jiān)控管理

電網(wǎng)實時監(jiān)測產(chǎn)品及新型技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，給人們的生產(chǎn)生活帶來較大影響。就物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控產(chǎn)品的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，單片機技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)電力一線技術(shù)人員對電網(wǎng)實時監(jiān)測產(chǎn)品及相關(guān)事務(wù)的高質(zhì)量監(jiān)控管理，從而實現(xiàn)管理者基本需求的滿足。作為電力生產(chǎn)一線監(jiān)控管理的重要應(yīng)用方式，電力生產(chǎn)車輛的監(jiān)控管理系統(tǒng)就充分應(yīng)用了單片機技術(shù)，在該技術(shù)支撐下，其使得車輛信息、全球定位、通訊技術(shù)進行系統(tǒng)結(jié)合，不僅實現(xiàn)了車輛信息的全面把握，更對車輛的運行軌跡、運行狀態(tài)進行動態(tài)化跟蹤管理，實現(xiàn)了現(xiàn)代化調(diào)度管理的科學(xué)合理。

3.2 變電站監(jiān)測儀表測量

變電站監(jiān)測儀表測量是單片機技術(shù)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。實踐過程中，單片機本身具有體積小、運行準確，操作可靠的明顯優(yōu)勢。作為一種高集成的微型化計算機系統(tǒng)，其可以有效提高電子產(chǎn)品的精確度，進而實現(xiàn)其合理控制。目前而言，單片機技術(shù)在航空領(lǐng)域的電子產(chǎn)品儀表測量中具有較為廣泛的應(yīng)用，一方面，其提高了變電站監(jiān)測儀表測量的有效性確保了后續(xù)決策制定的準確性，另一方面，這種高效化的測量過程使得電子儀表測量的過程和成本大大縮小，有效減少了電網(wǎng)生產(chǎn)領(lǐng)域變電站監(jiān)測應(yīng)用所需要的造價支出，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益的有效獲得。

3.3 電力配電網(wǎng)領(lǐng)域工業(yè)控制

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制中獲得了較為迅速的發(fā)展，其已成為電子產(chǎn)品工業(yè)控制的必然趨勢。目前而言，單片機技術(shù)在電力配電網(wǎng)領(lǐng)域工業(yè)控制中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下方面：第一，電力配電網(wǎng)生產(chǎn)人員利用單片機技術(shù)進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和分析，進而實現(xiàn)電力配電網(wǎng)維護活動的全面控制。第二，通過單片機與計算機技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)合，使得配網(wǎng)自動化程度不斷提升，其不僅提升了單片機技術(shù)的利用效率，更實現(xiàn)了電力配電網(wǎng)領(lǐng)域監(jiān)測產(chǎn)品各自功能的良好發(fā)揮，保證了電力配電網(wǎng)運行維護總體效益的充分獲得。第三，在以邊遠地區(qū)配電網(wǎng)為代表的生產(chǎn)領(lǐng)域，單片機技術(shù)的成熟與應(yīng)用使得生產(chǎn)過程中的機械化、自動化程度不斷提升，在確保工作人員生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了惡劣環(huán)境下的高效率作業(yè)。

3.4 電力生產(chǎn)領(lǐng)域通訊保證

當前環(huán)境下，信息化、網(wǎng)絡(luò)化、科學(xué)化是時代發(fā)展的重要趨勢?？茖W(xué)技術(shù)產(chǎn)品在社會生產(chǎn)生活中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是電力通信領(lǐng)域中各類監(jiān)測工具的出現(xiàn)，更是對電力生產(chǎn)運維產(chǎn)生具大影響。從應(yīng)用過程來看，這些電力通信領(lǐng)域中各類監(jiān)測工具通訊功能的開發(fā)與單片機技術(shù)有著密切聯(lián)系。具體而言，電力通信領(lǐng)域中各類監(jiān)測工具在單片機通信接口的支持下，實現(xiàn)了產(chǎn)品與計算機互聯(lián)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通信，并且該數(shù)據(jù)的傳輸具有一定的時效性和穩(wěn)定性，保證了現(xiàn)代通訊的高效實現(xiàn)。另一方面，單片機技術(shù)的應(yīng)用，使得電力通信領(lǐng)域中各類監(jiān)測工具在保證基本通訊功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了產(chǎn)品通訊功能的多元化發(fā)展，確保了通信的效率和質(zhì)量。需要注意的是，單片機技術(shù)在電子通訊中的應(yīng)用是持續(xù)性的發(fā)展過程，隨著電子信息技術(shù)及單片機技術(shù)的不斷成熟，其在通訊領(lǐng)域的應(yīng)用將會進一步深入，實現(xiàn)現(xiàn)代化物聯(lián)網(wǎng)的電力監(jiān)測工具通訊功能的不斷優(yōu)化與完善。

4 結(jié)束語

目前而言，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的電力領(lǐng)域各類監(jiān)測是其技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域；人們只有充分認識到單片機技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢所在，并在實踐過程中做好其應(yīng)用原理和技術(shù)把控，然后將單片機技術(shù)應(yīng)用與具體的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測產(chǎn)品融合實踐，才能確保單片機技術(shù)應(yīng)用水平的提升，推動物聯(lián)網(wǎng)及社會經(jīng)濟的進一步發(fā)展。

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