王穎

(營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 遼寧營口 115000)

單片機(jī)是一種具有明顯集成型特征的電路芯片，通過利用超大規(guī)模集成電路技術(shù)，在同一塊硅片上將定時器、計數(shù)器、各種I/O 和終端系統(tǒng)中具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器（CPU）、只讀儲存器（ROM）、隨機(jī)儲存器（RAM）各項功能進(jìn)行充分整合，從而形成一個具有較高完善性的小型計算機(jī)系統(tǒng)。通常情況下，單片機(jī)是由儲存器、運算器、控制器組合而成，單片機(jī)的運算器發(fā)揮了人體心臟功能，負(fù)責(zé)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運算、算術(shù)運算、位移操作，利用運算器計算各個指令，幫助系統(tǒng)解讀對應(yīng)程序；單片機(jī)儲存器主要負(fù)責(zé)對各項指令進(jìn)行儲存，通常分為程序儲存器、數(shù)據(jù)儲存器、內(nèi)部數(shù)據(jù)儲存器的配置、特殊功能寄存器4個模塊；單片機(jī)的控制器發(fā)揮了人體大腦的功能，具有較強的控制能力和協(xié)調(diào)能力，各個環(huán)節(jié)工作均通過控制器的操作執(zhí)行?，F(xiàn)階段，隨著我國電子信息技術(shù)的全面發(fā)展，單片機(jī)的體型越來越微小，功率耗能越來越低，成本越來越堤，能夠使智能家電對微處理器的各項要求得到充分滿足，這也是單片機(jī)能在智能生活領(lǐng)域充分發(fā)揮作用的原因之一。

1 單片機(jī)在智能家電中的應(yīng)用

根據(jù)實際調(diào)查研究可知，現(xiàn)階段，我國大部分智能家電產(chǎn)品主要是通過單片機(jī)控制各項操作，指揮家用電器執(zhí)行相關(guān)指令，由于單片機(jī)體積較小、質(zhì)量較輕、性能良好、可靠性較高等優(yōu)勢，能夠確保智能家電中傳統(tǒng)機(jī)械控制部件的功能被徹底取代，利用性能良好的傳感器采集到相關(guān)信息后，使傳統(tǒng)家電發(fā)揮智能化功能。例如：通過對人體位置與光線強度的靈敏感知，制作能夠智能選擇光照亮度的臺燈；結(jié)合用戶實際需求與儲存的電視節(jié)目類型，設(shè)計智能電視；根據(jù)衣物材質(zhì)和清洗程度，設(shè)計能夠與用戶進(jìn)行智能交互的洗衣機(jī)。此類具有較高智能化特征的全自動家用電器，能使家電控制系統(tǒng)與單片機(jī)融合之后具有的各項優(yōu)勢得到充分發(fā)揮。

1.1 單片機(jī)在智能臺燈中的應(yīng)用

人們在日常生活、學(xué)習(xí)和工作中，為了照明經(jīng)常會使用臺燈，傳統(tǒng)臺燈光照亮度固定，無法結(jié)合環(huán)境中光線變化自動調(diào)整亮度，而是需要使用者手動調(diào)節(jié)，不具備較強的便捷性。將傳感器感應(yīng)電路和單片機(jī)控制電路進(jìn)行充分整合運用到臺燈中，能夠使臺燈充分發(fā)揮智能化作用，結(jié)合光線明暗度對光照亮度進(jìn)行合理調(diào)整[1]。

在智能臺燈內(nèi)部設(shè)置紅外傳感器和光電傳感器，對環(huán)境中光線強度和人員走動進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測到的信號數(shù)據(jù)上傳至臺燈單片機(jī)系統(tǒng)，在單片機(jī)系統(tǒng)對信號數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行判斷、處理之后發(fā)出指令，對臺燈的開啟、關(guān)閉或光量調(diào)節(jié)進(jìn)行控制，具體如圖1所示。當(dāng)系統(tǒng)中的光電傳感器檢測到光線變暗時或者紅外傳感器檢測到有物體靠近時，都會由單片機(jī)開啟預(yù)先設(shè)定程序，選擇對應(yīng)的亮度指令；當(dāng)用戶離開臺燈光照范圍時，系統(tǒng)會接收到關(guān)閉指令。此類利用單片機(jī)控制系統(tǒng)的臺燈具有較強智能化特征，能夠為人們正常生活、工作、學(xué)習(xí)提供便利[2]。

圖1 單片機(jī)在智能臺燈中的應(yīng)用

1.2 單片機(jī)在智能電視中的應(yīng)用

根據(jù)實際調(diào)查研究可知，許多數(shù)字網(wǎng)絡(luò)電視品牌以計算機(jī)硬盤作為儲存介質(zhì)，利用數(shù)字編碼技術(shù)對正在播放的電視節(jié)目進(jìn)行數(shù)字化壓縮，并將壓縮后的內(nèi)容儲存到移動硬盤中，從而實現(xiàn)智能回放功能，具體見圖2。當(dāng)用戶喜歡的電視節(jié)目在兩個頻道同時播放時，用戶只需對準(zhǔn)電視信號接收燈點擊遙控器中的“記錄”按鍵，智能電視內(nèi)部設(shè)置的單片機(jī)便會迅速執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的程序，從而準(zhǔn)確篩選電視頻道，對相關(guān)節(jié)目進(jìn)行數(shù)字化壓縮，并儲存至硬盤，從而為用戶打造一個極具個性化的“家庭電視臺”[3]。

圖2 單片機(jī)在智能電視中的應(yīng)用

1.3 單片機(jī)在智能洗衣機(jī)中的應(yīng)用

目前，我國市場中智能化洗衣機(jī)的類型具有多元化特征，一部分智能洗衣機(jī)通過利用單片機(jī)傳感器通信模塊，能夠使用戶與洗衣機(jī)之間的交互目標(biāo)得到有效實現(xiàn)，用戶只需通過控制終端設(shè)備，便可在任何地點對家中的洗衣機(jī)進(jìn)行漂洗、甩干、烘干、殺菌、消毒等操作[4]。

當(dāng)智能洗衣機(jī)出現(xiàn)故障時，相關(guān)信息數(shù)據(jù)會第一時間反饋到單片機(jī)系統(tǒng)中，由系統(tǒng)對具體故障問題進(jìn)行判斷，并將不同類型的故障編輯成對應(yīng)標(biāo)識反饋到用戶終端設(shè)備中，用戶只需根據(jù)得到的問題標(biāo)識逐一查找問題原因即可，具體如表1所示。另外，用戶還可以通過編寫程序，實時掌握智能洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。例如：在系統(tǒng)中編寫“你在干什么？”用戶便能實時得到洗衣機(jī)的工作狀態(tài)反饋[5]。

表1 智能洗衣機(jī)的故障類型、原因、標(biāo)識（以海爾某智能洗衣機(jī)為例）

2 單片機(jī)在農(nóng)業(yè)中的智能化應(yīng)用

在我國農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民全面實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的過程中，智能機(jī)械設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用，為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展水平進(jìn)一步提升提供了積極的促進(jìn)作用，使人們從傳統(tǒng)原始農(nóng)業(yè)種植方式下付出的勞動力大幅度降低，單片機(jī)的出現(xiàn)不僅使智能化農(nóng)機(jī)設(shè)備得到了全面發(fā)展，而且還能簡化農(nóng)業(yè)勞作程序，提高農(nóng)業(yè)勞動的趣味性。例如：在開展農(nóng)業(yè)大棚種植的過程中，由于大棚對水分、溫度、陽光等環(huán)境的要求極高，而傳統(tǒng)以人工為主的大棚種植方式都是憑借種植人員豐富的勞作經(jīng)驗，可靠性無法達(dá)到100%，一旦出現(xiàn)問題，便會使種植戶承受嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[6]。

相關(guān)人員通過設(shè)計大棚溫濕度控制系統(tǒng)，利用計算機(jī)和單片機(jī)智能控制儀，能夠在同一時間對多個農(nóng)業(yè)溫室大棚的溫濕度系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，確保種植環(huán)境能夠充分滿足農(nóng)作物生長需求；隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的不斷升級，以計算機(jī)和單片機(jī)為核心的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)趨于完善，利用計算機(jī)對灌溉系統(tǒng)進(jìn)行控制，結(jié)合農(nóng)作物土壤濕度，精準(zhǔn)判斷灌溉量，不僅能夠提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量，而且還能實現(xiàn)節(jié)約用水[7]。

大部分農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在運行過程中，電動機(jī)通常處于變動負(fù)載或輕載狀態(tài)，實際負(fù)載低于60%額定負(fù)載的情況較為常見。將單片機(jī)運用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備節(jié)能系統(tǒng)中，使整個機(jī)械的設(shè)備分為電源模塊、USB 模塊、Wi-Fi模塊、顯示終端模塊、報警器模塊，主控制器通過對衛(wèi)星導(dǎo)航模塊、角度傳感器、航姿傳感器相關(guān)信息的分析，按照既定要求，對速度傳感器、轉(zhuǎn)向控制器、電機(jī)模塊、紅外傳感器、超聲波傳感器、復(fù)位模塊發(fā)送指令，不僅能夠在較短時間內(nèi)確保農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備按照相關(guān)指令執(zhí)行各項操作，而且還能避免不必要的操作浪費時間和資源。此類以單片機(jī)為核心、借助數(shù)字信號處理技術(shù)、利用相關(guān)軟件的農(nóng)用機(jī)械設(shè)備，能夠?qū)Σ东@的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行頻譜分析，不僅運行穩(wěn)定、成本較低，而且還能實現(xiàn)“即敲即采”的智能化操作目標(biāo)[8]。

3 單片機(jī)在智能報警控制器中的應(yīng)用

在對單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)與利用的過程中，相關(guān)人員應(yīng)該對單片機(jī)串行通信口的性能進(jìn)行完善和利用。以計算機(jī)為核心的火災(zāi)自動報警控制器最初是利用晶體管繼電器作為分立元件，MCS51 系列單片機(jī)是通用火災(zāi)報警器的核心部件，由單片機(jī)接收或者在探測器搜集報警信號，系統(tǒng)在對相關(guān)信號進(jìn)行確認(rèn)之后，會立即發(fā)出聲光警報，并準(zhǔn)確顯示報警位置、發(fā)出控制信號、啟動消防設(shè)備、快速進(jìn)入滅火狀態(tài)。同時，該單片機(jī)具有現(xiàn)場編程、事故廣播、資料打印、自我檢測等多重功能；當(dāng)總線制報警控制器處于工作狀態(tài)時，由火警與故障自動交替巡回檢測技術(shù)發(fā)揮作用，將所有探測器、報警控制器、建筑布線巡回檢測得到的故障信息上傳至控制器，由控制器進(jìn)行分析，及時發(fā)出報警，該傳感器對火警信號的反應(yīng)靈敏度高于故障信號[9]。

此類自動報警控制器從接收信號開始一直到處理信號，不僅功能多樣，而且體積較小，可以制作成任何形式，操作直觀、簡單。利用單片機(jī)的串行口，能夠使總限制報警控制器信號輸入、輸出更加通暢，借助二總線方式，將每根線看作一路，每一路可攜帶報警信號多達(dá)127 個，每一個報警信號都有對應(yīng)的地址號。當(dāng)出現(xiàn)火警或故障問題時，總線便會將相關(guān)信號輸入到系統(tǒng)中，并及時顯示對應(yīng)的報警地址，從而只需借助單片機(jī)自身攜帶的串行口，便可同時擁有上百個報警信號。此時，再對報警信號進(jìn)行拓展，只需增加幾根線路，便可擁有幾何倍數(shù)的探頭數(shù)量[10]。

4 結(jié)語

單片機(jī)憑借自身具有的多元化優(yōu)勢，不僅能夠在智能家電中得到廣泛應(yīng)用，同時在監(jiān)控和防火領(lǐng)域也能充分發(fā)揮作用。隨著人們生活水平的不斷提高，信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)趨于完善，以單片機(jī)為核心的無線通信技術(shù)能夠使不同家電之間實現(xiàn)信息共享。未來，研究人員應(yīng)該加強對單片機(jī)技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)的充分整合，不僅要對單片機(jī)的CPU 功能進(jìn)行不斷創(chuàng)新，而且還要對儲存器的發(fā)展環(huán)境與單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境進(jìn)行積極優(yōu)化，確保研制出的單片機(jī)能夠符合市場發(fā)展需求和社會進(jìn)步規(guī)律，利用人工智能具有的自主學(xué)習(xí)能力和自主判斷能力，為單片機(jī)的智能化發(fā)展指明方向，從而為進(jìn)一步提高我國科學(xué)技術(shù)能力提供源源不斷的技術(shù)支持。