單片機(jī)在電動機(jī)節(jié)能控制中的應(yīng)用

張楊 劉丹 渤海理工職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程系

在電動機(jī)節(jié)能控制中，單片機(jī)的應(yīng)用具備高效性、便捷性、控制效果明顯等優(yōu)勢。在社會大力踐行“節(jié)能減排”理念的背景下，絕大多數(shù)使用者比較注重能耗問題。針對缺乏必要節(jié)能控制系統(tǒng)的電動機(jī)而言，考慮到其抗干擾能力、可靠性能表現(xiàn)不佳。在以前研究過程中，單片機(jī)電動機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)存在較多的應(yīng)用問題?；诖?，本文將重點(diǎn)討論節(jié)單片機(jī)在電動機(jī)節(jié)能控制中的應(yīng)用。在研究討論中可知，雖然，應(yīng)用單片機(jī)可以起到一定節(jié)能控制作用，但是電動機(jī)整體穩(wěn)定性仍然沒有提高。為了從根本上避免發(fā)生上述問題，應(yīng)當(dāng)以建設(shè)新型節(jié)能控制系統(tǒng)為目的，著重進(jìn)行電動機(jī)抗干擾能力、可靠性的提升，充分利用單片機(jī)的巨大優(yōu)勢。利用節(jié)能控制模塊，可以對電動機(jī)，展開節(jié)能化的控制與操作。而單片機(jī)監(jiān)控模塊，可以提供數(shù)據(jù)顯示功能，對電動機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)化監(jiān)控與控制，促使電動機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)提高抗干擾性能、可靠性能。

一、單片機(jī)技術(shù)定義

由于單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)具備明顯地高效、便捷的優(yōu)勢，具有控制效果明顯、獨(dú)立性較強(qiáng)的特點(diǎn)，所以在實(shí)踐部署環(huán)節(jié)，具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢和普適性。首先，單片機(jī)需要結(jié)合具體指令信息，進(jìn)行信號處理工作；其次，利用CPU 對內(nèi)部組件進(jìn)行協(xié)調(diào)，最大限度使復(fù)雜化任務(wù)，逐一分解為較為單一的指令，然后以此為基礎(chǔ)完成分配；再次，在系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束時(shí)，需要將相關(guān)信息存放至單片機(jī)內(nèi)部，然后根據(jù)既定流程完成基礎(chǔ)指令的傳送工作，實(shí)現(xiàn)接收與處理外在任務(wù)目標(biāo)。考慮到單片機(jī)屬于易部署、可拓展性強(qiáng)的應(yīng)用技術(shù)，其具有多元化發(fā)展的基礎(chǔ)性特征，可以將其應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。

二、單片機(jī)應(yīng)用特征和優(yōu)勢

（一）單片機(jī)應(yīng)用特征

1.拓展特征

首先，單片機(jī)本質(zhì)上具有完備的基礎(chǔ)功能結(jié)構(gòu)，是可以實(shí)現(xiàn)利用拓展性編寫方式方法，在多個(gè)目標(biāo)場景下，高質(zhì)量完成和執(zhí)行相關(guān)任務(wù)的目的。

其次，進(jìn)一步整合數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行存儲或上傳，充分借助單片機(jī)可以有效提高相關(guān)系統(tǒng)拓展性的作用，實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量操作的目標(biāo)。

最后，利用單片機(jī)可以結(jié)合智能化的現(xiàn)實(shí)需求，對電動機(jī)內(nèi)部模塊運(yùn)作方式，展開針對性配置工作，促使其實(shí)現(xiàn)多樣化功能目標(biāo)，具有明顯提高電動機(jī)經(jīng)濟(jì)效益的作用。

2.集成特征

第一，與其他系統(tǒng)架構(gòu)相對比，單片機(jī)屬于高度集成化功能框架。所以，應(yīng)用單片機(jī)，可以有效提高電動機(jī)設(shè)備工作效率，能夠高質(zhì)量解決電動機(jī)在實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，現(xiàn)存的集成化任務(wù)需求問題，進(jìn)而構(gòu)建完整的智能化電動機(jī)體系。

第二，單片機(jī)可以將子系統(tǒng)整合至電動機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)內(nèi)，能夠最大限度實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用，進(jìn)而為后續(xù)維護(hù)環(huán)節(jié)，提供比較高效率的支持和保證。

3.適用特征

其一，單片機(jī)整體結(jié)構(gòu)相對簡單，同時(shí)具有基礎(chǔ)功耗低的優(yōu)勢，能夠以相對比較集中化的架構(gòu)，加快實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性功能需求。因此，在電動機(jī)系統(tǒng)框架中，利用單片機(jī)技術(shù)方案，具有顯著提高電動機(jī)設(shè)備適用性的效果，能夠保證其能夠應(yīng)用于諸多惡劣條件。比如：高溫、高濕度、強(qiáng)振動環(huán)境等。

其二，通過科學(xué)部署單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用方案，電動機(jī)基礎(chǔ)適用性能夠得到明顯增強(qiáng)，有助于社會層面得到廣泛應(yīng)用和普及，有助于實(shí)現(xiàn)電動機(jī)理想的節(jié)能控制目標(biāo)。

（二）單片機(jī)應(yīng)用優(yōu)勢

1.適應(yīng)性廣

現(xiàn)階段，隨著單片機(jī)發(fā)展速度的加快，以及智能化水平的提高，單片機(jī)的品牌和種類正逐漸增多。與此同時(shí)，社會市場已經(jīng)認(rèn)可了單片機(jī)，其應(yīng)用范圍已經(jīng)普及、影響了日常生活、生產(chǎn)多個(gè)領(lǐng)域。比如：航空航天領(lǐng)域、玩具設(shè)施等，單片機(jī)的應(yīng)用身影隨處可見。再比如：通過分析德州儀器的單片機(jī)可知，其被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。并且，不同類型的單片機(jī)對于自身應(yīng)用環(huán)境存在差異性適用特點(diǎn)，所以具有適應(yīng)性非常廣的優(yōu)勢。

2.單片機(jī)使用周期長

在科學(xué)技術(shù)水平飛速發(fā)展的時(shí)期，MPU 的更新速度逐漸加快，正以每半年或一年多速度推出新產(chǎn)品。與此同時(shí)，在一定程度上延長了單片機(jī)的使用壽命。比如：至今，老式單片機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)了20 年左右，但是它的身影仍然可以見到。而現(xiàn)如今，芯片技術(shù)的持續(xù)性進(jìn)步，單片機(jī)還可以利用科技手段完成升級換代的需求，并能夠在各個(gè)領(lǐng)域得到更好的利用。這就表明，單片機(jī)技術(shù)具有更加穩(wěn)定，使用壽命更長的應(yīng)用優(yōu)勢。

3.運(yùn)算速度快

從本質(zhì)上說，單片機(jī)屬于可以用來編程的一種微型處理器，因此，單片機(jī)具有運(yùn)算速度快點(diǎn)特點(diǎn)。另外，為了發(fā)揮單片機(jī)的最大化作用，在保證單片機(jī)基礎(chǔ)性能的同時(shí)，還需要在單片機(jī)運(yùn)行過程中不斷降低其噪聲水平以及時(shí)鐘頻率。比如：80MCS-51 系列AT89C51 芯片類型的單片機(jī)，就很好地滿足了時(shí)鐘頻率有效降低，減少對其正常工作需求的影響，并且顯著促使單片機(jī)工作速度的提升。

4.低噪音和高可靠性

由單片機(jī)組成的電動機(jī)系統(tǒng)中，由于幾乎為零的工作噪聲是單片機(jī)系統(tǒng)的核心。在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的期間，新的應(yīng)用方法不斷出現(xiàn)，同時(shí)又被廣泛使用。是可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)出低噪音、高可靠產(chǎn)品的條件，是提高電動機(jī)抗干擾能力的保證。

5.單片機(jī)集成多元控制模塊

以MCS-51 系列AT89C51 芯片的單片機(jī)為例，由于該單片機(jī)芯片，自身具有8 位CMOS 微處理器，能夠有效維持低壓高性能的趨勢。另外，集成了4KB 只讀閃存程序存儲器模塊、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊，通信端口模塊等是該單片機(jī)芯片的最大優(yōu)勢，可以明顯提高電動機(jī)節(jié)能控制水平。

三、電動機(jī)使用過程中關(guān)鍵問題

（一）配套的電動機(jī)功率大

第一，為了長時(shí)間維持大型機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)，在使用電動機(jī)期間，必須按照最大負(fù)載，多方位考慮其設(shè)備配置使用的功率。第二，機(jī)電設(shè)備在正常工作時(shí)，如果其配置電動機(jī)帶動負(fù)載比較小，對應(yīng)的會較少出現(xiàn)重載狀態(tài)情況。比如：在慣性負(fù)載影響下，電動機(jī)組啟動初期負(fù)載相對大，此時(shí)不配置較大功率的電動機(jī)，將無法進(jìn)行重載啟動工作。

（二）長時(shí)間輕載運(yùn)行

絕大多數(shù)機(jī)電設(shè)備大部分時(shí)間均處在準(zhǔn)備狀態(tài)、等待狀態(tài)、備料狀態(tài)。與此此時(shí)，范圍內(nèi)的電動機(jī)處于整個(gè)空載狀態(tài)。如果在空載時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)開、停機(jī)舉動，可能會給電動機(jī)正常使用及生產(chǎn)帶來負(fù)面影響。針對此種問題，為了有效提高電動機(jī)生產(chǎn)的安全、可靠，要求設(shè)備長時(shí)間處在空載運(yùn)行狀態(tài)。

（三）無規(guī)律變化電動機(jī)負(fù)載

由于生產(chǎn)工藝的影響，在實(shí)際布置的機(jī)電設(shè)備，可能因?yàn)榕渲玫碾妱訖C(jī)負(fù)載變化相對大、無規(guī)律、功率較低，所以無法滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要。所以，必須配置功率較大的電動機(jī)。同時(shí)，需要預(yù)留一定的余量，最大程度保證電動機(jī)超負(fù)載運(yùn)行需要得以滿足。

四、單片機(jī)在智能電子產(chǎn)品中的應(yīng)用基礎(chǔ)

各種電動機(jī)的使用和操作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量，在社會發(fā)展和進(jìn)步的過程中，處于繼續(xù)增長的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。因此，只有嚴(yán)格執(zhí)行復(fù)雜的計(jì)算程序后，才能有效保證電動機(jī)的操作合理。對此，加強(qiáng)和改善傳統(tǒng)的操作和管理電動機(jī)方式十分重要。其中，應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)，可以結(jié)合其收集，計(jì)算和存儲數(shù)據(jù)的功能。能夠在電動機(jī)集成電路芯片附著部分?jǐn)?shù)據(jù)，通過發(fā)布算術(shù)指令，確保電動機(jī)運(yùn)行期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)得到精準(zhǔn)計(jì)算，有助于實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的智能化、快速化的控制功能?？傮w而言，電動機(jī)的智能水平在單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用期間，得到了提高。而且，單片機(jī)技術(shù)不僅可以使電動機(jī)使用壽命和運(yùn)行效率得到提高，同時(shí)還具有延長電動機(jī)提高計(jì)算速度的優(yōu)勢。利用單片機(jī)技術(shù)，通常需要設(shè)置集成電路，以及其他高度集成的功能模塊，在電動機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其節(jié)能控制主要包括以下三種：其一，將單片機(jī)輸出電壓作為現(xiàn)階段電動機(jī)的基準(zhǔn)電壓；其二，單片機(jī)需要考慮結(jié)合專用芯片；其三，單片機(jī)直接控制型。在應(yīng)用過程中，必須做好電動機(jī)節(jié)能控制處理。需要注意的是，電動機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括節(jié)能控制，以及單片機(jī)監(jiān)控等方面。其中，利用節(jié)能控制模塊，控制與操作電動機(jī)；利用單片機(jī)監(jiān)控模塊，不僅可以實(shí)時(shí)化監(jiān)控與控制電動機(jī)，還可以有效顯示多種數(shù)據(jù)。

五、單片機(jī)在智能電子產(chǎn)品中的實(shí)際應(yīng)用

（一）節(jié)能控制模塊設(shè)計(jì)

由于模塊對單片機(jī)電動機(jī)在應(yīng)用期間，具有控制效果高的特點(diǎn)。所以，在電動機(jī)節(jié)能控制模塊，可以采用低能耗直流電的輸出方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)合實(shí)際可知，其模塊工作原理如下：確保節(jié)能控制模塊得到正?？刂?，為節(jié)能控制系統(tǒng)展開有效電動機(jī)管控提供便利，同時(shí)能夠輸出到電動機(jī)節(jié)能控制模塊。其中，電動機(jī)內(nèi)部脈沖寬度可以調(diào)制的功能，提高可靠性。對于脈沖寬度調(diào)制電路，能夠利用電動機(jī)促使其內(nèi)部直流電轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，針對直流電存在的故障電壓還可以進(jìn)行有效采集，避免發(fā)生電動機(jī)元件受損問題，長期維持正常、穩(wěn)定地電動機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。利用脈沖寬度，進(jìn)一步調(diào)制電動機(jī)電路，促使電流進(jìn)入到電動機(jī)節(jié)能控制模塊內(nèi)。利用控制模塊，可以實(shí)現(xiàn)檢測直流電控制的目的，具有自動化水平較高的特點(diǎn)。也可以最大限度檢測直流電誤差，進(jìn)而消除誤差。最后，為了將直流電轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，可以利用節(jié)能控制模塊、脈沖寬度調(diào)制電動機(jī)電路。在轉(zhuǎn)換操作環(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)嚴(yán)重的故障電壓問題，則會自動停止轉(zhuǎn)化操作。而為確保其恢復(fù)正常，需要針對故障電壓序列進(jìn)行采集工作。同時(shí)，為完成整個(gè)轉(zhuǎn)換操作，需要將恢復(fù)信息發(fā)送到節(jié)能控制模塊。而變壓器在運(yùn)行過程中，首先，借助物理簡諧振動，降低電動機(jī)能源消耗，進(jìn)而避免電動機(jī)受到高耗能影響。其次，由于變壓器較少會出現(xiàn)電磁干擾問題，在運(yùn)行過程中，能夠提高節(jié)能控制系統(tǒng)應(yīng)用效果。最后，做好檢測與檢查工作，同時(shí)通過脈沖寬度調(diào)制電路傳輸機(jī)械能，逐漸傳輸?shù)焦?jié)能控制監(jiān)控模塊中，利用低能耗方式，減少各種高耗能因素。

（二）單片機(jī)監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

在利用節(jié)能控制系統(tǒng)，有效控制單片機(jī)電動機(jī)的過程中，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)化控制電動機(jī)的目的。在電動機(jī)中，由于有多個(gè)異常狀態(tài)電路節(jié)點(diǎn)，所以會導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)控制難度整體性、持續(xù)性增加問題。然而通過電動機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)，能夠?qū)﹄妱訖C(jī)進(jìn)行擴(kuò)展處理，通過建立高效、高質(zhì)量的節(jié)能控制監(jiān)控模塊。該模塊包括以下幾個(gè)方面：顯示器、編譯器、存儲器。利用電動機(jī)節(jié)能控制模塊，能夠以相對直觀的數(shù)據(jù)信息方式，將電動機(jī)低能耗直流情況顯示于在節(jié)能控制監(jiān)控模塊顯示器中。節(jié)能控制工作人員在使用期間，需要利用顯示器的顯示數(shù)據(jù)，明確電動機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)實(shí)際的節(jié)能功效。通過電動機(jī)節(jié)能控制模塊，實(shí)現(xiàn)動態(tài)化監(jiān)控單片機(jī)電動機(jī)。而單片機(jī)節(jié)能控制監(jiān)控模塊存儲器在靜態(tài)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)直流電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，具有存儲效率非常高的特點(diǎn)。如果電動機(jī)工作效率整體偏低，可以減少至少90%的能量能耗，滿足應(yīng)用節(jié)能控制系統(tǒng)的需求。對于電動機(jī)來說，利用節(jié)能控制監(jiān)控模塊，可以在較短時(shí)間內(nèi)調(diào)用監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，有助于滿足節(jié)能控制便利性操作需求，進(jìn)而確保電動機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)提升工作效率。

（三）節(jié)能控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

首先，通過必要的軟件設(shè)施，有助于加強(qiáng)節(jié)能控制模塊在運(yùn)行過程中的規(guī)范性特征。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，符合標(biāo)準(zhǔn)條件要求時(shí)，可以保證電動機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)軟件控制流程的高質(zhì)量運(yùn)行。其中，該系統(tǒng)的控制流程如下：第一，利用系統(tǒng)軟件，準(zhǔn)確地計(jì)算出電動機(jī)節(jié)能控制節(jié)點(diǎn)數(shù)量以及最大承載。第二，通過顯示器，從根本上滿足各個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)載量實(shí)時(shí)顯示的需求。第三，在電動機(jī)節(jié)能控制環(huán)節(jié)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)由于具有備差異性的實(shí)時(shí)負(fù)載值。第四，在處理不同節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)能控制系統(tǒng)所耗用時(shí)間也略有差異，會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)效率的下降?；诖?，為了確保電動機(jī)系統(tǒng)提高實(shí)際處理效率，還需要進(jìn)一步應(yīng)用智能化軟件，限制不同節(jié)點(diǎn)的處理時(shí)間。另外，如果節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)負(fù)載量占比約50%，此時(shí)可以利用軟件實(shí)現(xiàn)隨意調(diào)取節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的需要。同時(shí)，針對節(jié)點(diǎn)負(fù)載用時(shí)的超標(biāo)問題，必須進(jìn)行全面、及時(shí)地分析和處理。如果超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)限制，則要保證電動機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)工作效率的穩(wěn)步提升。如果沒有超出規(guī)定地標(biāo)準(zhǔn)限制，可以考慮采取正常安裝流程進(jìn)行，進(jìn)而滿足節(jié)能控制操作需求。但還需注意，在節(jié)能控制系統(tǒng)實(shí)際開展前，還應(yīng)多角度考慮單片機(jī)的節(jié)能控制問題。

六、結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代社會持續(xù)性推進(jìn)“節(jié)能減排”理念的時(shí)候，單片機(jī)在電動機(jī)節(jié)能控制中的應(yīng)用具備高效性、便捷性、控制效果明顯等優(yōu)勢，能夠有效將其與智能化、先進(jìn)化應(yīng)用目標(biāo)、方案進(jìn)行結(jié)合，本文針對電動機(jī)節(jié)能控制技術(shù)應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行多角度研究，通過分析單片機(jī)技術(shù)定義、單片機(jī)應(yīng)用特征和優(yōu)勢、電動機(jī)使用過程中主要問題，提出單片機(jī)在電動機(jī)節(jié)能控制中的應(yīng)用對策，以期充分利用單片機(jī)的巨大優(yōu)勢，促使電動機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)提高抗干擾性能、可靠性能。