單片機在工業設備自動化領域中的應用

摘 要：隨著科學技術的快速進步，以及電子技術在工業自動化領域的運用，大大加速了我國的工業化發展進程。使用單片機作為工業自動化控制的核心來進行工業自動化的控制能夠有效的提高工業生產的效率，達到提高生產效率、降低生產成本的目的。單片機作為一種工業用控制設備，在很多的工業領域都得到了大范圍的使用。尤其是以MCS-51系列的單片機更是在工業自動化設備中方面得到了極大的應用。如何更好的將單片機與工業自動化結合起來是現今乃至今后一段時間內都需要研究的問題。

關鍵詞：單片機；工業自動化；屏蔽保護

前言

隨著科學技術的進步尤其是計算機技術以及自動化技術的快速發展，極大的推動著工業自動化系統的發展。在這當中，單片機作為工業自動化系統中的一個發展方向有著巨大的應用，通過將單片機應用在工業自動化系統中，有效的提升了工作效率，降低了生產成本，特別是現今的自動化領域經過多年的發展，現今已經演變成了通過與計算機技術相結合來達到自動控制對硬件、軟件兩方面的需求，從而滿足系統設計時所需要的快速、精確和穩定的要求。

1 單片機應用簡介

單片機是單片微型計算機的簡稱，其是一種簡化的計算機，通過采用超大規模集成電路技術所形成的集成電路芯片，其結構與計算機完全類似，是一種面向工業應用領域的控制設備，自上世紀60-70年代單片機問世以來，其在工業自動化領域以蓬勃發展之勢得以應用，同時世界各地的電子半導體廠家也紛紛推出了各式各樣的單片機以滿足各種不同的需求，從單片機的發展歷程上分析其經歷了電子管、晶體管、中小型集成電路到現今的大規模集成電路這一發展歷程，尤其是隨著電子技術的發展，各種電子元件的體積也越來越小，使得單片機的結構越越來越復雜，能夠實現的功能、動作也越來越復雜、全面。單片機具有體積小、重量輕等特點，且由于價格適中是自動控制設備中的應用較為廣泛的，且其能夠在各種復雜工況下進行工作，具有良好的適應性，同時隨著芯片制造工藝的上升，使得CPU的性能越來越優異，從而使得單片機控制的速度與復雜程度極大的提高。盡管單片機的存儲容量不高但可以通過外部擴展容量進行擴充，經過多年的發展，單片機在工業自動化控制領域已經形成了一整套的開發、應用的體系，便于大規模的應用。其中，在單片機的應用可以在多個方面及行業中使用，比如電力調度、測控系統、智能儀表等，其在民生行業中也可以得到良好的應用。

2 如何做好以單片機為基礎的設備自動化改造

在工業發展的過程中，尤其是自動化技術的發展尤為迅速，使得一些工業設備的控制變得落后但其機械部分仍然可以使用，通過對其進行自動化改造可以有效的增加設備的使用效率降低人力的使用，同時通過自動化改造減少了中間環節由于人為所帶來的誤差，可以有效的提高產品的成品率，提高企業的經濟效益。在使用單片機進行工業設備自動化改造的過程中，使用單片機作為其中的控制部分，并根據作用的不同將整個自動控制系統劃分為信號輸入、光隔、輸入擴展、MCS-51單片機信號處理、輸出擴展、光隔、放大電路、驅動電路等多個部分，使用單片機來對電路進行保護和控制能夠使得電路的控制與保護更為靈活、簡便。

2.1 應用單片機進行工業設備自動化改造中的軟件設計

在進行工業設備的自動化改造的過程中，軟件設計是設備改造過程中的重要一環，工業設備的自動化系統運行在軟件的基礎平臺上的，在進行軟件的設計時需要結合工業設備的動作需要，對所采集到的工業設備的動作數據進行處理后和相應的邏輯運算后發送至輸出接口進行輸出，對于元件的設計可以采用模塊化的設計方案，將整個軟件系統依照其功能劃分為控制系統、報警系統、輸入信號處理系統、輸出系統等不同的單元，各個不同的單元之間留有接口方便后期的組合，同時在不同單元設計的過程中可以將其進行局部的修改和調試，而不影響其他的模塊，且軟件留有標準接口可以方便后期的升級和改造。

2.2 工業設備自動改造中的控制總電路的設計

單片機雖然結構簡單但其內部包含豐富的資源，其內部的指令系統功能較為強大，可以使用單片機的硬件資源構成一個獨立的小型的應用系統并能夠依靠需要進行一定的擴展從而達到使用要求，其能夠對內部的ROM/EPROM、RAM、I/O接口以及定時器、中斷系統等進行擴展。在單片機內部的信號傳輸采用的是總線的模式，輸出電路的主要目的是將總線中的數據、地址以及I/O信號等分離出來后便于與外部的接口芯片進行連接，在對單片機信號中的ALE信號從高電平變為低電平時出現在Po端的信號為有效的地址信號，而輸出直接跟隨輸入信號來變化，當使能端的信號由高電平變化為低電平時，才能將輸入狀態進行鎖存，直到下一次的使能信號變化為高電平。

2.3 對于單片機輸入輸出信號接口的電路設計

在進行工業設備自動化改造的過程中，其外部的輸入輸出信號主要有模擬量、開關量以及數字量三種，其中所外接的外部開關元件主要是繼電器和效應管，進行開關量接口的處理過程中通常是將單片機的輸出接口與所需要控制的開關元件進行直接相連，但是由于單片機本身的幅值和負載能力都較為有限，為了降低單片機信號的驅動壓力，通常采用的是在單片機的輸出端添加放大驅動電路來起到緩沖隔離和放大驅動的作用。

3 做好單片機工業自動控制系統的屏蔽與保護工作

隨著單片機在工業自動控制領域的應用越來越廣泛，其所面臨的工況條件也越來越復雜，特別是在智能儀表控制、自動化生產過程控制以及軍事研究等領域，其對于單片機的穩定性與抗干擾能力具有較強的要求，杜絕因外部信號的干擾致使出現誤動作與誤顯示等的問題。為了達到這一目標需要在軟件和硬件兩方面都做好抗干擾的工作。

3.1 單片機的軟件抗干擾

單片機的軟件干擾主要是指在CPU運行的過程中的由于外部的干擾信號而導致的單片機的運行程序出現一定的混亂，從而引發事故。為了做好軟件抗干擾的防護可以采用“軟件陷阱”的形式來做好對于軟件干擾的防護，其可以采用將一條引導指令來將所捕獲的干擾程序強行的引向另外一個對程序運行影響較小的區域，并在此區域創建一些專門處理錯誤的程序。一般對于對于“軟件陷阱”主要設置在未使用的中斷向量區、未使用的大片EPROM空間以及數據表格和散轉表格和程序區等地方，減少軟件干擾對CPU運行程序的干擾。

3.2 單片機的硬件抗干擾

單片機的硬件抗干擾主要目的是對自動系統中的一些干擾電流信號等進行防護，避免這些虛假的電流、電壓信號等造成設備的誤動作，要做好防護工作主要是從干擾源上進行抑制從而達到對于外部干擾信號的防護工作，其主要的防護方式有：在繼電器的線圈增加續流二極管，用以消除繼電器動作時所產生的反電動勢干擾，在電機端加裝濾波電路，同時在電路板上并接一個高頻電容，用以降低Ic對于電源的影響。

4 結束語

單片機在自動控制領域有著極為重要的應用，通過其的使用使得自動控制從傳統的繼電器控制等向著數字化的方向邁進，使得控制系統更為簡單、高效，尤其是對于一些機械部分較為完好的工業設備通過對其進行自動化改造可以使其重新煥發青春，隨著單片機的不斷發展，其能夠完成的動作將會越來越復雜與完善，在工業自動控制領域的應用也會越來越廣。

參考文獻

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