單片機(jī)技術(shù)在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用

王孜

摘 要：單片機(jī)技術(shù)隨著技術(shù)不斷革新不斷優(yōu)化，在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中發(fā)揮出技術(shù)優(yōu)勢。應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)在電氣自動(dòng)化中，作為一種新穎的技術(shù)類型，其單應(yīng)用能夠改變傳統(tǒng)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)整體運(yùn)作效率，提升電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行效果。從目前我國的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行中運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)后得到的優(yōu)化效果看，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用為我國的電氣自動(dòng)化智能化帶來了巨大的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)技術(shù);電氣系統(tǒng);系統(tǒng)應(yīng)用

將單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，在我國電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛。雖然從電氣運(yùn)行技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展進(jìn)程來看與國外先進(jìn)技術(shù)相比處于初次初級(jí)階段，需要進(jìn)行技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化，但是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，為真正實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化起到了促進(jìn)作用。

一、單片機(jī)技術(shù)概述

發(fā)達(dá)國家的技術(shù)產(chǎn)品和文化。在20世紀(jì)八九十年代逐漸進(jìn)入我國之后，引起了我國技術(shù)變革，尤其是單片機(jī)技術(shù)的引用，其具有功能豐富，體積較小、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)電氣自動(dòng)化、制造業(yè)、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域引起了技術(shù)革新。目前廣泛使用的單片機(jī)能夠滿足一些性能要求強(qiáng)大且復(fù)雜的系統(tǒng)構(gòu)架，尤其是在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中采用技術(shù)先進(jìn)型的墊片機(jī)技術(shù)，逐漸得到了很好的市場效益。單片機(jī)技術(shù)最早是由英特爾公司推出，其具有體積小巧、功能強(qiáng)大，性能高度穩(wěn)定以及成本低廉的功能，使其呈現(xiàn)為微縮版中央控制器，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展之后的一種先進(jìn)性產(chǎn)品。目前各行各業(yè)都運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的電氣設(shè)備，不能進(jìn)行可靠線路運(yùn)行，電路接觸控制弱等弊端，實(shí)現(xiàn)了線路集成化、線路連接復(fù)雜多元化的目標(biāo)。單片機(jī)的使用使得電氣傳動(dòng)設(shè)備的體積也逐步縮小，因此給電氣設(shè)備帶來的是生產(chǎn)制造方面的里程碑發(fā)展意義。

二、單片機(jī)技術(shù)在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

以直流伺服控制系統(tǒng)為例，在系統(tǒng)中運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)系統(tǒng)，包含了接口電路電路控制電路等控制電路，包含了單面機(jī)系統(tǒng)電路顯示器鍵盤，主電路包含了濾波器整流器模塊組成等接口，電路負(fù)責(zé)信號(hào)傳遞和控制電路，鍵盤組成上位機(jī)單獨(dú)對(duì)顯示部分進(jìn)行控制，通過串行總線來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換?？刂撇糠值膬?nèi)容經(jīng)過單獨(dú)控制，在系統(tǒng)中采用16位系統(tǒng)總線，提高了系統(tǒng)的吞吐能力。地址分配采用的是16位地質(zhì)組數(shù)據(jù)總線的方式，進(jìn)行兩片存儲(chǔ)器的共同使用。

軟件系統(tǒng)的組成，使用匯編程序和C程序語言，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，匯編語言能夠進(jìn)行干凈度的浮點(diǎn)運(yùn)算。在開發(fā)中用于算法的高精度，實(shí)現(xiàn)了浮點(diǎn)運(yùn)算，直接支持通過算法將雙精度加以擴(kuò)展，模塊中應(yīng)用單片機(jī)，對(duì)大量的C程序進(jìn)行選擇，完成編譯連接之后的代碼生成。這些代碼能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)場合，在執(zhí)行速度上提升，在具體的單片機(jī)執(zhí)行項(xiàng)目中，可以對(duì)C模塊和匯編模塊之間的相互調(diào)用進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。例如如果沒有涉及到具體參數(shù)傳遞的，在全部程序編譯連接之后，由ASM為指令實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。涉及到參數(shù)傳遞時(shí)，采用相互調(diào)用的方式，對(duì)生成的文件進(jìn)行仔細(xì)查看，可以設(shè)置為浮動(dòng)定位和絕對(duì)定位的代碼段和參數(shù)段，在編程程序中進(jìn)行協(xié)調(diào)對(duì)調(diào)，對(duì)代碼數(shù)據(jù)段進(jìn)行確定，以解決沖突。在算法的改進(jìn)上，使用計(jì)算器的方式，單片機(jī)取得規(guī)定時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)速，輸出的周期方面，用時(shí)間作為速度，還控制回路，在一定周期內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)速的跟蹤以及精度的提升，控制器輸入和輸出的在整數(shù)范圍內(nèi)發(fā)生變化，將參數(shù)進(jìn)行調(diào)整就可以了。系統(tǒng)頭文件的應(yīng)用包含多種型號(hào)，單片機(jī)技術(shù)可以對(duì)應(yīng)不同的功能事項(xiàng)，運(yùn)行包含的頭文件主要包括各種功能的寄存器和端口，還包括了各種特殊功能的函數(shù)和有關(guān)特殊結(jié)構(gòu)。

單片機(jī)技術(shù)使得電氣傳動(dòng)系統(tǒng)擁有了智能化和自動(dòng)化的發(fā)展方向。在增項(xiàng)操作系統(tǒng)上，工作人員只需進(jìn)行自動(dòng)控制，就可以實(shí)現(xiàn)電傳系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造的運(yùn)行。無論是多么復(fù)雜的操作系統(tǒng)，單片機(jī)的運(yùn)行可以為操作提供便利性，防止操作失誤發(fā)生。例如從微控制技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提高工作效率。

在完善電氣旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)過程中，增加了運(yùn)行控制系統(tǒng)，防止系統(tǒng)操作人員出現(xiàn)失誤，以及芯片燒壞導(dǎo)致的微控制器發(fā)生的問題。通過單片機(jī)的工作狀態(tài)運(yùn)行，微控制器能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，以確保電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正確使用芯片技術(shù)。

三、單片機(jī)在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用案例

以汽車制造傳統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)為例，傳動(dòng)系統(tǒng)是動(dòng)力系統(tǒng)的核心，二氧化碳減排的挑戰(zhàn)正在推動(dòng)更多電氣化的車輛，混合動(dòng)力、插電式以及純電動(dòng)將進(jìn)入市場，預(yù)期到2020年電氣化車輛會(huì)占到總量的10%。傳動(dòng)系統(tǒng)需要多源扭矩的融合，同時(shí)加入了新的驅(qū)動(dòng)模式，如：慣性滑行，滑動(dòng)，順坡下滑等，車輛制動(dòng)時(shí)需要恢復(fù)能量，另外傳動(dòng)系統(tǒng)需要支持坡道制動(dòng)和停車制動(dòng)功能，提供扭矩向量，與車輛穩(wěn)定系統(tǒng)無縫連接在一起。這些需求不斷推進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)演變?yōu)殡娮泳€性控制，加速了向更高級(jí)別ASIL的腳步。在未來，單一的故障安全系統(tǒng)是不夠的，故障可運(yùn)行功能可能成為自動(dòng)駕駛汽車上必不可缺的功能。自適應(yīng)巡航控制、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛上的新功能在傳動(dòng)系統(tǒng)中逐漸成為主流，經(jīng)常使用的電機(jī)控制，如油泵（潤滑、離合器運(yùn)動(dòng)）、換檔和停車鎖。這些電機(jī)大多數(shù)是永磁同步電機(jī)。國際傳動(dòng)領(lǐng)域?qū)＜艺搲咸岢觯梅謮K變換或矢量控制來控制它們。新的硅傳感器技術(shù)在成本和空間方面非常有效，可以很容易地更換昂貴的電機(jī)位置傳感器如解析器。

單片機(jī)技術(shù)使得內(nèi)部電路上可以防止干擾，在抑制電路線上布置卻有電容，大大降低了系統(tǒng)噪聲，使得整個(gè)芯片的電流降低。傳動(dòng)電機(jī)經(jīng)常被用于重要的安全控制回路，由于傳動(dòng)系統(tǒng)是使用多種線控子系統(tǒng)，這樣不僅故障安全而且故障可運(yùn)行，電機(jī)兩邊各一個(gè)三相繞組，由單獨(dú)的電子和電池供電。如果一邊失敗，另一邊可以接管總功率50%的控制權(quán)，動(dòng)態(tài)性能將會(huì)降低，但系統(tǒng)能在故障以后繼續(xù)運(yùn)行。離合器的控制系統(tǒng)包含可變力電磁閥、短管閥和液壓離合器，是非常復(fù)雜和非線性的，受到許多參數(shù)的變化影響，如電池電壓、油溫、制造工藝和老化程度。在大多數(shù)傳動(dòng)系統(tǒng)中，在生產(chǎn)線的末端會(huì)執(zhí)行一個(gè)非常昂貴的標(biāo)定，這些標(biāo)定可以選用不同的控制方法、自校準(zhǔn)、系統(tǒng)學(xué)習(xí)和適應(yīng)。是利用抖動(dòng)電流控制來避免可變力電磁閥非線性曲線，如滯環(huán)非線性行為?？刂破饕残枰焖夙憫?yīng)電池電壓的細(xì)微變化。單片技術(shù)的應(yīng)用，在邏輯電平控制下處于“采樣”或“保持”兩種工作狀態(tài)的電路，在采樣狀態(tài)下，電路的輸出跟蹤輸入模擬信號(hào)，在保持狀態(tài)下，電路的輸出保持著前一次采樣結(jié)束時(shí)刻的瞬時(shí)輸入模擬信號(hào)，直到進(jìn)入下一次采樣狀態(tài)為止。如果是低速的模擬量（變化小一點(diǎn)的），就可以不需要采集保護(hù)電路。

再以膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)為例。國內(nèi)的帶式輸送機(jī)有著長距離、高帶速、大運(yùn)量、大傾角、大功率的特點(diǎn)。由于采用大功率的高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)，啟動(dòng)電流較大。傳統(tǒng)的直接啟動(dòng)方法不僅浪費(fèi)電能，而且給電網(wǎng)造成沖擊，縮短機(jī)械設(shè)備的使用壽命，甚至損壞生產(chǎn)設(shè)備?？蓪?shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟停車功能，體積小，易維護(hù)。因此，大功率膠帶輸送機(jī)的必須采用軟啟動(dòng)。晶閘管調(diào)壓軟啟動(dòng)的啟動(dòng)特性曲線好，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)恒定斜率上升，對(duì)電網(wǎng)沖擊很小;在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中采用單片機(jī)的PLCC封裝形式。單片機(jī)振蕩電路采用16MHz的晶振，EA端口為存儲(chǔ)器選擇信號(hào)，系統(tǒng)擴(kuò)展了ROM和RAM存儲(chǔ)器。主程序主要用來協(xié)調(diào)系統(tǒng)子程序間的時(shí)序，合理的調(diào)度各個(gè)子程序，避免程序同的沖突，為它們提供了一個(gè)優(yōu)異的運(yùn)行框架。因此，主程序的設(shè)計(jì)好壞直接影響到系統(tǒng)整體運(yùn)行性能的優(yōu)劣。設(shè)計(jì)中主程序主要完成系統(tǒng)的上電初始化、故障自檢測、運(yùn)行中的狀態(tài)參數(shù)顯示、突發(fā)故障處理和既定規(guī)律實(shí)現(xiàn)電機(jī)的起停等功能。系統(tǒng)上電初始化主要包括：對(duì)80C196KC單片機(jī)的寄存器、功能外設(shè)、堆棧、中斷系統(tǒng)和各子程序模塊的參數(shù)進(jìn)行初始化，為以后的電機(jī)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算做準(zhǔn)備。對(duì)電故障檢測是確保系統(tǒng)處于正常狀態(tài)，為之后的系統(tǒng)運(yùn)行做準(zhǔn)備。倘若此時(shí)有膠帶跑偏等故障發(fā)生，可及時(shí)進(jìn)行故障處理，避免因疏忽而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的器件損壞。系統(tǒng)運(yùn)行過程中的電壓、電流等參數(shù)會(huì)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示，以供操作人員參考;對(duì)運(yùn)行中的突發(fā)故障（如器件損壞、外部突發(fā)干擾等），故障檢測程序會(huì)及時(shí)做出處理并報(bào)警顯示。

四、單片機(jī)技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展前景

單片機(jī)技術(shù)是一種擁有技術(shù)的抗干擾性能的技術(shù)，交替使用施密特電路和濾波，使得正當(dāng)電路的正確信號(hào)不會(huì)受到外界干擾，在波形上疊加各種毛刺信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)正常工作提供保證。單片機(jī)的技術(shù)避免出現(xiàn)毛刺信號(hào)消除產(chǎn)生的干擾問題。在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，定時(shí)器比較器A/D轉(zhuǎn)換器，串行通信接口組成的單面汽內(nèi)部構(gòu)建，包含了局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊，設(shè)置專門的脈寬調(diào)制控制電路，具有經(jīng)濟(jì)效益單面構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)采用嵌入式的方式，建立在系統(tǒng)級(jí)芯片概念基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)微控制器DSP和程序存儲(chǔ)和等專用集成電路的運(yùn)行。通過微控制器和DSP的結(jié)合，單片機(jī)的功能大大提升。單面機(jī)技術(shù)還擁有低噪聲不先進(jìn)技術(shù)，把電源和地線引腳放在相鄰的引腳上，集成電路外殼的對(duì)稱引腳的電源和電線，通過芯片降低噪聲。

結(jié)束語：

單面機(jī)技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用，使用中抗干擾能夠通過振蕩電路對(duì)外界產(chǎn)生正確信號(hào)，對(duì)毛刺的波形疊加進(jìn)行干擾。塑料施密特電路保證了正常系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)不受外界干擾，對(duì)正常的時(shí)鐘信號(hào)不會(huì)進(jìn)行破壞，提高系統(tǒng)信號(hào)的穩(wěn)定性。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化更加完善。，單面機(jī)基于結(jié)構(gòu)理念進(jìn)行各個(gè)組成部分的協(xié)作。例如A/D變換器單片機(jī)內(nèi)置定時(shí)器、串行通信接口、液晶控制器等，其程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)以及外設(shè)AS/A等在同一時(shí)間上可以進(jìn)行一個(gè)芯片的運(yùn)行，大幅度提高DSP和微控制器的特性。單片機(jī)自發(fā)明以來推出市場之后，就成了電器傳統(tǒng)系統(tǒng)的重要組成部分。在20世紀(jì)80年代，單片機(jī)技術(shù)引入我國，帶來了我國電子技術(shù)發(fā)展的重要變革，經(jīng)歷了數(shù)次變革和創(chuàng)新之后，單面機(jī)的功能更加強(qiáng)大和靈活。

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