基于物聯(lián)網(wǎng)的電力監(jiān)控產(chǎn)品中單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用研究

周逞

摘 要：作為電網(wǎng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)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(mǎn)足電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求，更有效地實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)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(jī)基本概念的基礎(chǔ)上，對(duì)其工作原理和基礎(chǔ)支撐進(jìn)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(jī)技術(shù)；電子科技；原理及應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(jì)算機(jī)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?cè)谏願(yuàn)蕵?lè)、交流通訊、工業(yè)生產(chǎn)、自動(dòng)控制等方面的實(shí)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(chǎng)監(jiān)控產(chǎn)品發(fā)展過(guò)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(jī)的應(yīng)用合理，才能實(shí)現(xiàn)工程生產(chǎn)成本的合理控制，提高管理的效率和精度?；诖?，進(jìn)行基于物聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控產(chǎn)品的單片機(jī)技術(shù)研究已成為當(dāng)今社會(huì)信息化建設(shè)的重要研究領(lǐng)域，本文由此展開(kāi)分析。

1 單片機(jī)的基本概念

作為一種微型化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)在超大規(guī)模集成電路技術(shù)的支持下，實(shí)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(guò)程中所需的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定計(jì)時(shí)器等設(shè)備進(jìn)行微縮集成，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)材質(zhì)的節(jié)約和功能集中。在單片機(jī)應(yīng)用過(guò)程中，人們秩序通過(guò)指令的編輯和輸入，單片機(jī)即可在運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器及輸出器的作用下，實(shí)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(jī)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(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其有效提升了工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了人們生活質(zhì)量的改善，要進(jìn)一步提升單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用水平，須充分了解其工作過(guò)程中的原理和技術(shù)支撐。

2.1 單片機(jī)的工作原理

單片機(jī)的運(yùn)作是一個(gè)指令程序系統(tǒng)配合的實(shí)踐過(guò)程，其特定任務(wù)運(yùn)作的指令環(huán)環(huán)相扣。一般情況下，當(dāng)程序尚未編輯完成時(shí)，其前期編輯的指令會(huì)被存儲(chǔ)器按照最小存儲(chǔ)單位的形式進(jìn)行存儲(chǔ)；并且在存儲(chǔ)過(guò)程中，這些單獨(dú)的指令具有唯一的地址號(hào)；當(dāng)單片機(jī)程序執(zhí)行時(shí)，控制系統(tǒng)只需要根據(jù)存儲(chǔ)地址找到具體的單元格，即可實(shí)現(xiàn)指令的調(diào)取和執(zhí)行。

按照編輯順序進(jìn)行執(zhí)行時(shí)單片機(jī)程序運(yùn)作的基本規(guī)則。單片機(jī)運(yùn)作時(shí)，其在程序計(jì)數(shù)器PC的支持下，實(shí)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(jìn)行執(zhí)行，當(dāng)前一條指令執(zhí)行結(jié)束是，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)化的指向下一條指令的起始地址，從而實(shí)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(zhǎng)度進(jìn)行決定，長(zhǎng)度不一，其指令的條數(shù)勢(shì)必存在差異。

2.2 單片機(jī)的技術(shù)支撐

單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，要確保指令的準(zhǔn)確執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精確化、效率化運(yùn)作，就必須對(duì)其實(shí)現(xiàn)的過(guò)程進(jìn)行技術(shù)保障支撐，從實(shí)踐過(guò)程來(lái)看，單片機(jī)技術(shù)的高效化運(yùn)行離不開(kāi)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(jī)的硬件設(shè)施是其指令運(yùn)行的基礎(chǔ)載體[2]。實(shí)踐過(guò)程中，單片機(jī)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(yùn)作。具體而言，人們應(yīng)做好非正常復(fù)位的識(shí)別和復(fù)位后系統(tǒng)自恢復(fù)程序的設(shè)計(jì)保證。硬件設(shè)施的非正常復(fù)位識(shí)別是其抗干擾保證的前提[3]。實(shí)踐表明，其識(shí)別的過(guò)程主要集中在三個(gè)方面：其一，注重硬件復(fù)位與軟件復(fù)位的準(zhǔn)確識(shí)別。前者的復(fù)位對(duì)于寄存器具有深刻影響，而后者對(duì)SP、SPW沒(méi)有直接影響，工程人員只有實(shí)現(xiàn)這些內(nèi)容的準(zhǔn)確判斷，才能實(shí)現(xiàn)硬件復(fù)位與軟件復(fù)位的準(zhǔn)確識(shí)別。其二，做好開(kāi)機(jī)復(fù)位和看門(mén)狗服務(wù)的準(zhǔn)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(guò)一監(jiān)測(cè)單元對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)時(shí)間予以監(jiān)控，確保其正常開(kāi)機(jī)復(fù)位和非正常開(kāi)機(jī)復(fù)位的準(zhǔn)確識(shí)別。生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中，一旦確定單片機(jī)的復(fù)位為非常正常復(fù)位，則設(shè)備管理人員應(yīng)對(duì)其進(jìn)行復(fù)位后的系統(tǒng)自恢復(fù)運(yùn)行程序設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)包含了顯示模塊初始化、片外擴(kuò)展芯片初始化、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)的進(jìn)程值、當(dāng)前輸入、輸出值，當(dāng)前時(shí)鐘值、觀測(cè)單元值等內(nèi)容，只有確保這些內(nèi)容的復(fù)位設(shè)計(jì)合理，才能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)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(yùn)行。

2.2.2 軟件抗干擾技術(shù)。作為計(jì)算機(jī)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(dá)到預(yù)期效果。在工程實(shí)踐過(guò)程中，模擬輸入信號(hào)的噪音及程序運(yùn)行混亂是軟件干擾的兩個(gè)主要表現(xiàn)方面。與前者相比，軟件程序運(yùn)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(guò)程中，單片機(jī)設(shè)計(jì)人員應(yīng)做好以下三個(gè)方面的保證：其一，對(duì)偏離軌道的指令進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)范，避免因指令冗長(zhǎng)而對(duì)設(shè)備運(yùn)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(shí)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(jìn)行執(zhí)行。其二，通過(guò)軟件陷阱設(shè)計(jì)、陷阱安排實(shí)現(xiàn)亂飛指令的系統(tǒng)攔截，確保單片機(jī)運(yùn)作過(guò)程中，攔截技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范合理。其三，單片機(jī)運(yùn)作過(guò)程中，其程序的執(zhí)行可能會(huì)受到部分因素的干擾陷入死循環(huán)，影響程序的運(yùn)行效率和成本?；诖?，進(jìn)行“看門(mén)狗“技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。通常，硬件技術(shù)和軟件技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“看門(mén)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(jī)程序死循環(huán)現(xiàn)象的發(fā)生，提高單片機(jī)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(jī)技術(shù)的具體應(yīng)用

作為電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控產(chǎn)品的控制中樞，單片機(jī)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(yùn)行維護(hù)監(jiān)控領(lǐng)域上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛；就物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控產(chǎn)品而言，單片機(jī)技術(shù)在其產(chǎn)品的監(jiān)控、測(cè)量、控制及通訊方面具有較為廣泛的應(yīng)用。

3.1 電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品監(jiān)控管理

電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品及新型技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)較大影響。就物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控產(chǎn)品的應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)電力一線技術(shù)人員對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品及相關(guān)事務(wù)的高質(zhì)量監(jiān)控管理，從而實(shí)現(xiàn)管理者基本需求的滿(mǎn)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(chē)輛的監(jiān)控管理系統(tǒng)就充分應(yīng)用了單片機(jī)技術(shù)，在該技術(shù)支撐下，其使得車(chē)輛信息、全球定位、通訊技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)合，不僅實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛信息的全面把握，更對(duì)車(chē)輛的運(yùn)行軌跡、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化跟蹤管理，實(shí)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(cè)儀表測(cè)量

變電站監(jiān)測(cè)儀表測(cè)量是單片機(jī)技術(shù)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。實(shí)踐過(guò)程中，單片機(jī)本身具有體積小、運(yùn)行準(zhǔn)確，操作可靠的明顯優(yōu)勢(shì)。作為一種高集成的微型化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其可以有效提高電子產(chǎn)品的精確度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其合理控制。目前而言，單片機(jī)技術(shù)在航空領(lǐng)域的電子產(chǎn)品儀表測(cè)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(cè)儀表測(cè)量的有效性確保了后續(xù)決策制定的準(zhǔn)確性，另一方面，這種高效化的測(cè)量過(guò)程使得電子儀表測(cè)量的過(guò)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(cè)應(yīng)用所需要的造價(jià)支出，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)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(shì)。目前而言，單片機(jī)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(jī)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力配電網(wǎng)維護(hù)活動(dòng)的全面控制。第二，通過(guò)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)合，使得配網(wǎng)自動(dòng)化程度不斷提升，其不僅提升了單片機(jī)技術(shù)的利用效率，更實(shí)現(xiàn)了電力配電網(wǎng)領(lǐng)域監(jiān)測(cè)產(chǎn)品各自功能的良好發(fā)揮，保證了電力配電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)總體效益的充分獲得。第三，在以邊遠(yuǎn)地區(qū)配電網(wǎng)為代表的生產(chǎn)領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)的成熟與應(yīng)用使得生產(chǎn)過(guò)程中的機(jī)械化、自動(dòng)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(shí)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(dāng)前環(huán)境下，信息化、網(wǎng)絡(luò)化、科學(xué)化是時(shí)代發(fā)展的重要趨勢(shì)?？茖W(xué)技術(shù)產(chǎn)品在社會(huì)生產(chǎn)生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是電力通信領(lǐng)域中各類(lèi)監(jiān)測(cè)工具的出現(xiàn)，更是對(duì)電力生產(chǎn)運(yùn)維產(chǎn)生具大影響。從應(yīng)用過(guò)程來(lái)看，這些電力通信領(lǐng)域中各類(lèi)監(jiān)測(cè)工具通訊功能的開(kāi)發(fā)與單片機(jī)技術(shù)有著密切聯(lián)系。具體而言，電力通信領(lǐng)域中各類(lèi)監(jiān)測(cè)工具在單片機(jī)通信接口的支持下，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品與計(jì)算機(jī)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(shí)效性和穩(wěn)定性，保證了現(xiàn)代通訊的高效實(shí)現(xiàn)。另一方面，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使得電力通信領(lǐng)域中各類(lèi)監(jiān)測(cè)工具在保證基本通訊功能的基礎(chǔ)上，實(shí)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(jī)技術(shù)在電子通訊中的應(yīng)用是持續(xù)性的發(fā)展過(guò)程，隨著電子信息技術(shù)及單片機(jī)技術(shù)的不斷成熟，其在通訊領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)進(jìn)一步深入，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化物聯(lián)網(wǎng)的電力監(jiān)測(cè)工具通訊功能的不斷優(yōu)化與完善。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前而言，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的電力領(lǐng)域各類(lèi)監(jiān)測(cè)是其技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域；人們只有充分認(rèn)識(shí)到單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)所在，并在實(shí)踐過(guò)程中做好其應(yīng)用原理和技術(shù)把控，然后將單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用與具體的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品融合實(shí)踐，才能確保單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用水平的提升，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。

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