焦作師范高等?？茖W(xué)校 安洋 李慧 元倩倩

單片機(jī)技術(shù)對(duì)于現(xiàn)代電子產(chǎn)品而言具有不可替代的重要作用，通過將其與智能化應(yīng)用目標(biāo)、方案相結(jié)合，能夠進(jìn)一步發(fā)揮其部署優(yōu)勢，有利于強(qiáng)化電子產(chǎn)品適用性，為未來社會(huì)發(fā)展提供重要發(fā)展支持。本文主要針對(duì)智能電子產(chǎn)品應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行深入研究，通過結(jié)合實(shí)際應(yīng)用案例進(jìn)行分析，能夠明確單片機(jī)在智能化電子產(chǎn)品方面的應(yīng)用方向，有利于為進(jìn)一步推廣提供重要參考。

1 單片機(jī)技術(shù)簡析

單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)獨(dú)立性較強(qiáng)，在實(shí)踐部署中，單片機(jī)首先需要結(jié)合指令信息進(jìn)行信號(hào)處理，通過CPU 對(duì)內(nèi)部組件協(xié)調(diào)，使復(fù)雜化任務(wù)能夠分解為較為單一的指令，并完成基礎(chǔ)分配[1]。運(yùn)行結(jié)束時(shí)，即可將相關(guān)信息存放至單片機(jī)內(nèi)部，并按照既定流程傳送基礎(chǔ)指令，實(shí)現(xiàn)外在任務(wù)目標(biāo)的接收與處理。單片機(jī)屬于易部署、可拓展性強(qiáng)的應(yīng)用方案，其具有多種基礎(chǔ)特征，能夠在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要支持作用。

2 智能化單片機(jī)應(yīng)用特征探索

2.1 拓展特征

單片機(jī)本身具有完備的基礎(chǔ)功能結(jié)構(gòu)，其能夠充分利用拓展性編寫方式，在多個(gè)目標(biāo)場景下有效執(zhí)行相關(guān)任務(wù)，同時(shí)整合數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行存儲(chǔ)或上傳。可以有效提高相關(guān)系統(tǒng)拓展性，實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的操作計(jì)算目標(biāo)。除此之外，單片機(jī)結(jié)合智能化需求，對(duì)內(nèi)部模塊運(yùn)作方式進(jìn)行針對(duì)性配置，實(shí)現(xiàn)多樣化功能目標(biāo)，具有重要的經(jīng)濟(jì)性意義。

2.2 集成特征

單片機(jī)與其他系統(tǒng)架構(gòu)相對(duì)比，屬于高度集成化功能框架。通過智能化設(shè)計(jì)能夠有效提高設(shè)備工作效率，有利于解決實(shí)踐應(yīng)用中存在的集成化任務(wù)需求，建立完整的智能化體系。除此之外，單片機(jī)允許將子系統(tǒng)整合至智能化架構(gòu)內(nèi)，能夠在一定程度上節(jié)約成本，并增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，為后續(xù)維護(hù)環(huán)節(jié)高效率展開提供重要支持[2]。

2.3 適用特征

單片機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡單，同時(shí)基礎(chǔ)功耗低，能夠以集中化架構(gòu)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性功能。在智能化框架中，通過部署單片機(jī)方案，能夠顯著提高設(shè)備適用性，使其在諸多惡劣條件下進(jìn)行應(yīng)用，如高溫、高濕度、強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境等。通過科學(xué)部署單片機(jī)方案，智能化電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)適用性能夠得到充分增強(qiáng)，進(jìn)而在社會(huì)層面得到廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)理想發(fā)展目標(biāo)。

3 單片機(jī)在智能電子產(chǎn)品中的應(yīng)用策略研究

3.1 家用條件智能化電器

單片機(jī)智能化方案針對(duì)特定場景應(yīng)用具有良好部署優(yōu)勢，如家用大型電子設(shè)備等。在實(shí)踐設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合模塊化框架，應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，使電子設(shè)備能夠擺脫傳統(tǒng)限制，相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，單片機(jī)家用電器能夠縮小應(yīng)用體系，簡化內(nèi)部電路，使復(fù)雜設(shè)計(jì)功能可以在集中電路內(nèi)完成相關(guān)操作，進(jìn)一步降低電器損壞可能性，實(shí)現(xiàn)理想應(yīng)用目標(biāo)。除此之外，單片機(jī)智能化架構(gòu)也可以為后續(xù)維護(hù)流程預(yù)留便捷條件，如快速更換組件、升級(jí)內(nèi)部功能等[3]。

3.2 車載環(huán)境智能化設(shè)備

汽車載具在現(xiàn)代社會(huì)中具有重要應(yīng)用意義，為進(jìn)一步強(qiáng)化智能化部署適用性，應(yīng)當(dāng)明確單片機(jī)智能電子設(shè)備在汽車載具中的應(yīng)用方向。通過采用單片機(jī)設(shè)計(jì)汽車智能化設(shè)備，能夠提供多樣化基礎(chǔ)功能，包括全球定位導(dǎo)航、低級(jí)別輔助駕駛、主動(dòng)安全監(jiān)測等。單片機(jī)可以利用車載傳感器裝置，收集周邊信息情況，并將其匯總至ECU 車載電腦或內(nèi)部CPU[4]。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案相對(duì)比，單片機(jī)對(duì)于惡劣環(huán)境條件的適應(yīng)能力較強(qiáng)，同時(shí)可以在低功耗條件下維持完整運(yùn)行功能，因此其在汽車智能化應(yīng)用方面具有顯著優(yōu)勢。

3.3 醫(yī)療場景智能化配置

單片機(jī)所具有的高穩(wěn)定性與可拓展性能夠在多種智能化方案中應(yīng)用，如醫(yī)療電子設(shè)備方面等。醫(yī)療設(shè)備需要保證部署階段具有良好的運(yùn)行穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)將單片機(jī)技術(shù)與設(shè)備部署目標(biāo)相結(jié)合，按照功能需求進(jìn)行程序編寫。例如，醫(yī)療智能化消毒與生命體征設(shè)備檢測等，單片機(jī)方案需要結(jié)合環(huán)境條件，設(shè)計(jì)相關(guān)電路與程序功能，確保運(yùn)行任務(wù)能夠正常完成，實(shí)現(xiàn)理想部署目標(biāo)。通過科學(xué)設(shè)計(jì)相關(guān)智能化應(yīng)用，能夠充分利用單片機(jī)所具有的穩(wěn)定拓展特性，實(shí)現(xiàn)理想部署目標(biāo)。

3.4 通信網(wǎng)絡(luò)智能化管理

現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)在智能化部署方面仍然存在一定程度的缺陷，為盡可能提高適用性與可靠性，科學(xué)融合兩者設(shè)備架構(gòu)，通過智能化設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測內(nèi)部組件情況，并變更通信應(yīng)對(duì)方式，有效提高信息傳輸效率與質(zhì)量，同時(shí)降低了維護(hù)難度，具有良好的經(jīng)濟(jì)部署意義。單片機(jī)智能化設(shè)計(jì)可以與通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，使通信設(shè)備能夠積極利用傳感器，監(jiān)測環(huán)境與內(nèi)部條件情況，有效提高運(yùn)行穩(wěn)定性[5]。同時(shí)，單片機(jī)還能夠整合部分信號(hào)傳輸子系統(tǒng)，在一定程度上分擔(dān)通信設(shè)備壓力，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，甚至在緊急情況下作為后備系統(tǒng)啟用，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信效果。

3.5 語音識(shí)別智能化操作

智能化應(yīng)用場景中，語音控制屬于較為常見的發(fā)展趨勢之一。通過采用語音部署，能夠有效節(jié)省手動(dòng)操作所需時(shí)間，同時(shí)提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，為智能化場景構(gòu)建提供重要支持，同時(shí)還可以提高響應(yīng)速率，僅需付出部分可拓展性代價(jià)即可。因此，在基礎(chǔ)功能需求較為簡易的場景下，應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行智能化語音部署，能夠有效節(jié)約資金并提高設(shè)備響應(yīng)效率，實(shí)現(xiàn)理想設(shè)計(jì)目標(biāo)。單片機(jī)能夠利用波形編碼等基礎(chǔ)方案，實(shí)現(xiàn)采集語音、整合信息、識(shí)別內(nèi)容等多個(gè)基礎(chǔ)目標(biāo)[6]。內(nèi)部設(shè)備在接收相關(guān)信號(hào)后，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行壓縮與固化處理，隨后根據(jù)預(yù)先編制的程序代碼完成組合操作，調(diào)用不同的功能接口實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)。在這一過程中，單片機(jī)功耗級(jí)別較低，同時(shí)集成化程度高，因此可以有效減少設(shè)備芯片數(shù)量，并應(yīng)用中斷等技術(shù)措施減少信息調(diào)用，實(shí)現(xiàn)最佳部署效果，有效提高智能化語音識(shí)別場景的應(yīng)用價(jià)值。

4 智能化電子產(chǎn)品單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)踐案例分析

4.1 案例概述

智能化電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有多種應(yīng)用場景與基礎(chǔ)功能，本次案例選擇室內(nèi)燈光智能控制框架設(shè)計(jì)作為主題，采用單片機(jī)方案完成相關(guān)體系部署，確保其整體應(yīng)用效果能夠達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)過程中，需要首先明確基礎(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)，隨后探索硬件設(shè)計(jì)方式并明確軟件部署策略，綜合分析應(yīng)用部署效果，以證明單片機(jī)方案在智能化電子產(chǎn)品中的設(shè)計(jì)價(jià)值。

4.2 系統(tǒng)架構(gòu)

本次智能化電子產(chǎn)品架構(gòu)主要包括單片機(jī)、傳感檢測模塊與其他基礎(chǔ)模塊，基礎(chǔ)框架如圖1所示，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)注重其基礎(chǔ)關(guān)聯(lián)性與設(shè)備可執(zhí)行性。例如，設(shè)備正常運(yùn)行階段需要根據(jù)相應(yīng)傳感標(biāo)志執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作，各個(gè)標(biāo)志信息應(yīng)當(dāng)與場景內(nèi)的光照產(chǎn)品或其他類型模塊相關(guān)聯(lián)。單片機(jī)核心在讀取基礎(chǔ)標(biāo)志數(shù)據(jù)后，通過內(nèi)部軟件編寫信息制定后續(xù)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)繼電器自動(dòng)化開關(guān)與其他操作目標(biāo)，有效完成智能場景動(dòng)作任務(wù)。本次電子設(shè)備選擇面向大學(xué)自習(xí)室等內(nèi)部場景進(jìn)行設(shè)計(jì)，其需要根據(jù)人員分布情況或經(jīng)過情況進(jìn)行自動(dòng)開關(guān)，并利用熱釋電人體探測模塊檢查室內(nèi)是否存在自習(xí)人員。數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)BISS 芯片處理后返回相應(yīng)模塊進(jìn)行識(shí)別與判斷，完成時(shí)通過光敏電阻轉(zhuǎn)換開展信息比較，實(shí)現(xiàn)智能綜合處理目標(biāo)[7]。除此之外，單片機(jī)還需要負(fù)責(zé)讀取室內(nèi)光照強(qiáng)度狀態(tài)，避免在白晝開啟不必要的燈光，導(dǎo)致電力無端浪費(fèi)情況出現(xiàn)。

圖1 系統(tǒng)框架示意Fig.1 Schematic diagram of the system framework

4.3 硬件設(shè)計(jì)

4.3.1 熱釋電人體探測

在本次案例中，人體探測相關(guān)硬件實(shí)現(xiàn)主要建立在熱釋電模塊基礎(chǔ)上。通過采用單片機(jī)處理器BISS 系列，結(jié)合熱釋電RE200B 應(yīng)用傳感器，能夠顯著提高檢測效率并降低誤識(shí)別可能性。RE200B 屬于被動(dòng)傳感類型，其能夠在單片機(jī)處理支持下實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)動(dòng)檢測目標(biāo)[8]。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)通過軟件編程方式提高元件基礎(chǔ)靈敏度，使其能夠在大學(xué)自習(xí)室環(huán)境下得以充分應(yīng)用，積極探測學(xué)生頭部、手部動(dòng)作。單片機(jī)處理器應(yīng)當(dāng)針對(duì)負(fù)載切換干擾展開抑制處理，并將采集信號(hào)傳輸至熱釋電傳感器。通過輸出人體檢測數(shù)值，實(shí)現(xiàn)理想工作目標(biāo)，有效提高基礎(chǔ)硬件穩(wěn)定性。

4.3.2 光照強(qiáng)度檢測

光照強(qiáng)度檢測屬于本次智能化電子設(shè)備的重要功能之一，在單片機(jī)電路中，光敏電阻白日約為2K2、夜間約為2M2。在光照強(qiáng)度由明亮過渡至陰暗的過程中，光敏電阻會(huì)隨著基礎(chǔ)強(qiáng)度變化而產(chǎn)生信號(hào)改變，同時(shí)兩端電壓也會(huì)在0 ～5V 之間波動(dòng)。因此，在硬件設(shè)計(jì)階段應(yīng)當(dāng)采用增益強(qiáng)度較高、頻率補(bǔ)償運(yùn)算穩(wěn)定的放大模塊，使其能夠在電壓跟隨條件下運(yùn)行，減少負(fù)載波動(dòng)帶來的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)智能化光電轉(zhuǎn)換目標(biāo)。通過將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)電壓數(shù)據(jù)，傳輸至單片機(jī)輸入端口進(jìn)行采樣，即可獲得當(dāng)前環(huán)境光照預(yù)設(shè)電壓信息。

4.3.3 溫度檢測

大學(xué)自習(xí)室環(huán)境相對(duì)于傳統(tǒng)場景而言，對(duì)智能化功能提出了多樣化需求。為滿足學(xué)生自習(xí)標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)備在環(huán)境燈光檢測基礎(chǔ)上進(jìn)一步追加了溫度智能化控制功能，使自習(xí)條件能夠得到有效控制。硬件層面，單片機(jī)與溫度檢測模塊的連接通常采用兩種方式，即VCC 外部電源GND 接地、I/O 直接與單片機(jī)I/O 連接，另一種為寄生電源供電、I/O 連接上拉電阻[9]。本次案例主要應(yīng)用外部電源方案，單片機(jī)CPU 需要首先進(jìn)行初始化操作，隨后進(jìn)行ROM 調(diào)用與處理命令。完成后，應(yīng)當(dāng)針對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行直接訪問，使相關(guān)信息能夠得到有效整合與分析。

4.4 軟件層面設(shè)計(jì)

本次案例的軟件設(shè)計(jì)目標(biāo)為強(qiáng)化智能特性，充分發(fā)揮單片機(jī)的應(yīng)用價(jià)值。實(shí)踐過程中，需要將自習(xí)室劃分為多個(gè)基礎(chǔ)區(qū)域，同時(shí)在區(qū)域內(nèi)安裝光照與溫度控制設(shè)備。由于自習(xí)室環(huán)境的溫度與光照強(qiáng)度一致性通常較為良好，因此可以在軟件編寫過程中將其視為相同狀態(tài)，使溫度與光照檢測能夠集中在單片機(jī)系統(tǒng)層面。軟件設(shè)計(jì)體系中，應(yīng)當(dāng)保證燈光標(biāo)志變量與風(fēng)扇標(biāo)志變量得到充分明確，同時(shí)按照相應(yīng)區(qū)域的信息變動(dòng)情況，決定是否開關(guān)燈光、風(fēng)扇設(shè)備[10]。在軟件智能化模式下，單片機(jī)應(yīng)當(dāng)定期針對(duì)區(qū)域內(nèi)人員情況進(jìn)行檢查。如果人員數(shù)量為0，則自動(dòng)切斷燈光與溫度控制設(shè)備。如果檢測到人員活動(dòng)，則根據(jù)光照與溫度情況接通相應(yīng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能化管理目標(biāo)。

4.5 設(shè)計(jì)應(yīng)用效果

通過實(shí)踐設(shè)計(jì)與部署，能夠證明該單片機(jī)智能化電子設(shè)備具有檢測人員活動(dòng)與光照情況的功能，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際條件，對(duì)設(shè)備進(jìn)行高效率控制，有利于節(jié)約能耗投入，提高自習(xí)室環(huán)境舒適性。同時(shí)，本系統(tǒng)將相關(guān)模塊與單片機(jī)進(jìn)行高度集中設(shè)計(jì)，僅預(yù)留繼電器開關(guān)接口，安裝便捷程度高、制作投入成本低，具有良好的部署經(jīng)濟(jì)性，能夠在大學(xué)自習(xí)室等類似場景下進(jìn)行應(yīng)用。通過此類實(shí)踐設(shè)計(jì)方式能夠證明，單片機(jī)在智能化電子設(shè)備中具有良好部署價(jià)值，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)秀的拓展性與穩(wěn)定性，有利于相關(guān)功能順利實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)論

綜上所述，通過將單片機(jī)技術(shù)方案應(yīng)用至智能化電子產(chǎn)品中，能夠充分發(fā)揮其應(yīng)用特性，使電子產(chǎn)品基礎(chǔ)穩(wěn)定性、適用性得到顯著提升。同時(shí)，單片機(jī)技術(shù)還可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件，設(shè)置針對(duì)功能電路，具有完善智能化框架、提高電子產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性的重要作用，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行應(yīng)用與推廣。