单片机理论在电气设备中的应用
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作者: 吕献明
随着上世纪计算机与超大规模集成电路的发明与应用，计算机技术在各产业中均取得了突飞猛进的发展。单片机就是计算机微型化发展的最新成果，于硅片上集成了计算机的主要部件，包括CPU、RAM、ROM 等等。单片机算术运算与逻辑运算的基本功能，且将其应用于工业领域电气化设备，运行更显安全可靠，操作便捷，维护工作量小。所以，为了使得控制更加高效、便捷、精确，有着交互性能好的单片机在电气设备中已开始崭露头角，得到了大规模的应用和推广的同时，逐渐受到了业界的青睐和重视。
本文就单片机在电气设备各个方面的应用和发展趋势等几个方面进行探讨分析，希望能够为单片机在电气设备中的应用提出一些有用的建议。
一、单片机在电气设备各个方面的应用
1、单片机在智能化仪器仪表中的应用
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。
使用单片机改造仪器仪表，可使得仪器仪表智能化、数字化、多功能化、多功能化和柔性化，从而使得仪器仪表可以修正误差，解决线性化处理。智能化仪表相对于传统的仪器仪表，可以多种形式输出，可以与打印记录仪、发光管显示器等相匹配，灵活多变的优点是传统仪器仪表所不能比拟的。较为常见的智能化仪器仪表有智能万用表、智能毫伏表、温度测控仪和逻辑分析仪。
2、单片机在煤矿电气设备中的应用
单片机因其良好的抗干扰性和可靠性成为工业控制中不可缺少的部件。伴随单片机的发展，出现了很多高级语言的开发工具，通过这些系统，单片机在工业中得到了广泛的应用，很大程度上提高了工业设备的智能化，也提高了工业设备的处理能力与效率，并且相对于传统省去大量的空间和复杂的设备。用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。
特别是在在煤矿电气自动化发展的过程中．单片机由于其逻辑运算和算术运算等功能，在煤矿电气设备的技术改适中发挥了无法替代的作用。单片机在矿井自动抄表系统．钢丝绳张力无线监测系统与漏电保护装置中的应用情况，更是很好地阐释了单片机为煤矿电气设备的可靠性．安全性提高发挥的突出作用。
3、单片机在断路器快速脱扣技术中的应用
随着用电系统规模和等级的不断扩大，传统的脱扣器越来越难以满足系统的可靠性、准确性和实时性的要求。传统断路器采用热继电器构成过载保护，电磁快速脱扣器作为短路保护，构成长延时、瞬动两段特性，不易实现保护功能一体化。近年来，随着微电子技术、控制技术、通信和电力电子技术的发展，出现了智能化脱扣器，可方便地实现过电流三段保护，断相、欠压、过压、接地保护、剩余电流保护等集于一身，并可做到一种保护功能多种动作特性，具有传统脱扣器无法比拟的优点，控制信号准确、可靠，实时设定动作电流和动作时间，满足通信组网的“四遥”要求。
作为塑壳断路器的关键部件，智能控制器利用高性能单片机，对断路器中的负载电流进行实时采样、计算处理、判断并发出故障脱扣命令，具有过载长延时、短路短延时、短路瞬时、接地故障等多种保护功能。
4、单片机在电气控制线路中的应用
传统的电机起动、制动等控制线路在生产中广泛应用。但因其触点较多，电气设备可靠性差，使用寿命短等原因，致使线路在使用过程中容易出现故障。若采用单片机进行控制,对控制线路特别是较复杂的控制线路进行改造，将使线路变得更简洁、更安全。
5、单片机在发电机领域中的应用
伴随着生活质量的提高，汽车逐渐融入到每个人的家庭中来，单片机技术渗透到汽车行业的方方面面，汽车发动机控制器中的单片机可以对汽车起到保护、控制的作用，汽车性能检测设备中的单片机可以精确的对汽车的性能和技术状态进行检测。此外，在汽车的GPS导航系统、制动系统、防抱死系统中都有用到单片机技术。
单片机在发电机的调速系统中的应用同样广泛，利用单片机制成的转速监控装置应用在中小型水轮发电机的保护回路中，作为监测水轮发电机的转速变化并发出相应控制信号，即当发电机的转速达到额定转速的80%时，投入灭磁开关； 达到额定转速的95% 时，发电机起励；如转速达到额定转速的140% 时，机组紧急停机并与电网解裂；停机过程中发电机转速低于额定转速的35%时， 制动器方可投入。
二、单片机在电气设备中的发展趋势和前景
现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。
从单片机的发展历程看，未来单片机技术将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、外围电路内装化及片内储存器容量增加的方向发展。
单片机以其结构简单，使用方便，处理能力强，速度快的优点广泛应用于电气设备的各个方面，对发电机的调速系统，断路器的保护接地，电气设备的检修、防火和安全各个方面都发挥着至关重要的作用。
三、结论
总之，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了，是传统控制技术的一次革命。单片机理论在电气设备上的应用一定走向更好的明天。
参考文献：
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