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万物互联的时代,控制技术很关键,嵌入式技术带来了新的解决方案

2021-06-24 11:08 来源:百家号作者 作者:科学氛春

导语:嵌入式技术自出现以来,就以其灵巧的形式,功能强大,逐渐在各种电子产品中应用开来。随着物联网时代的到来,嵌入式技术已经在各种应用领域大显身手。无论是智能家居还是移动终端,都有嵌入式系统的身影。嵌入式技术的发展,为智能化生活提供了一种新的可能。在工业控制方面,嵌入式微处理器可以完成很多人类无法完成的精确任务。比如,IGBT芯片,这个小小的芯片是高铁的心脏,它的刻录必须要达到百分之百地精确。这项任务,只能交给嵌入式系统来完成。


万物互联的时代,控制技术很关键,嵌入式技术带来了新的解决方案


01嵌入式技术的发展

1、早期

英特尔公司是最早发展嵌入式技术的公司,1965年,英特尔公司出品了世界上第一款单片机。这款单片机是嵌入式技术的开端,虽然,这款单片机只有4位数据处理能力,但是,正是从这里开始,嵌入式技术正式出现。此后的几十年间,各种嵌入式处理器如雨后春笋一般,不断出现。这些处理器的性能越来越优良,功耗越来越低,功能越来越强大。


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2、中期

随着信息技术的不断发展,原有的4位处理器已经无法满足新的数据处理需求了。于是,各类新型的单片机开始问世,并且数据处理位数也越来越大,性能也愈来愈优良。深圳宏晶公司生产的8位单片机、还有爱特梅尔公司的51系列单片机,就是这一时期的典型代表。尤其是51系列单片机,这个16位的微处理器,功能非常强大,在很多低端的微型电子产品中都有51单片机的身影。


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3、现在

ARM公司是英国的一家致力于发展基础架构专利的公司,上世纪九十年代,ARM公司推出了自己的基础架构方案。ARM架构,以精简指令集指令作为机器指令,ARM架构指令简洁,使用非常方便,很快就得到了大规模的应用。不久,ARM公司就推出了自己的第一款微处理器,ARM7系列处理器。紧接着又推出了ARM8、ARM11等,从ARM11开始,ARM处理器更名为Cotex ﻪ系列。Cotex系列性能更优良,不仅能处理32位数据,而且还可以处理64位、128位数据。


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02嵌入式系统的组成

1、嵌入式处理器

嵌入式处理器,又称为嵌入式微处理器,英文简写为MCU。与CPU不同,嵌入式处理器不仅仅集成了CPU,还有大量的外设。它的主要结构包括CPU、寄存器、输入输出接口。嵌入式处理器更像是一个没有输入输出设备和显示器的超微型电脑,可以进行大量的读写、擦除操作。它的输入输出接口,就像是一个与外界接交互的通道,可以用各种指令对其进行大量复杂而有趣的操作。


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2、硬件电路

嵌入式处理器是一个微型大脑,它必须要有外部电路才能发挥作用。硬件电路相当于嵌入式系统的身体,它可以在处理器的控制下进行数据处理,实现很多功能。硬件电路是可裁剪的,非常灵活。在嵌入式行业中,没有做不到,只有想不到。只要电路设计合理,最终的嵌入式系统可以处理任何事情。从各种家用电器的控制,到航天设备上的各种仪表,控制系统等,都少不了嵌入式系统的身影。


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3、嵌入式软件

与电脑一样,嵌入式系统也需要软件。嵌入式系统的软件可分为应用软件和操作系统,它们负责为用户提供服务和数据处理等功能。我们常用的手机,就是一种非常典型的嵌入式系统。它内部的软件,也都是按照嵌入式技术开发出来的。比如流行的安卓系统、IOS系统,都是典型的嵌入式软件,只不过我们把这类软件叫做嵌入式操作系统而已。


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03嵌入式技术的应用领域

1、智能家居

你能想象吗?在你的冰箱和电饭煲里按上一块嵌入式系统,它就可以自动控制冰箱温度,自动煮饭。通过蓝牙或者无线传输系统,将冰箱和电饭煲的运行状态传输到主人的手机上。它甚至可以根据主人每天买的菜的多少和煮饭的量,来为主人的饮食提供合理化建议。这看起来不可思议,但是,这是真的,并且正在实现。不单单是饮食,家中的很多事物都可以交给嵌入式系统来处理。主人只需要一部手机,就可实现一键家庭管理。


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2、传感器技术

传感器肩负着数据采集和发送的使命,但是,传感器只负责数据传输。面对源源不断地数据,用嵌入式系统来处理是最理想不过地了。比如,炼钢厂的熔炉的温度控制,如果只靠人的经验来控制,则无法做到精确。而交给嵌入式系统则不用担心这个问题,它能够实时监控熔炉变化,并根据环境变化自动调节。而且调节的数据可以达到非常精确的程度,从而达到提升钢铁质量的目的。现在的车载驾驶系统,甚至可以监测驾驶人员是否饮酒。通过面部识别,还可以根据驾驶员的表情变化,判断驾驶员是否疲劳及驾驶。


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3、自动控制

在工程中,有很多人类无法直接接触的控制机构。比如,变电站的电闸,它的电压可以达到几十万伏,这样的电压,远远超出了人类的承受极限。在这种情况下,可以用嵌入式系统控制继电器,实现电闸的开合。这时,人就不需要直接接触电闸,只需要一个按键,就可以做到了。既保证了人身安全,又减少了系统故障的发生。

结语:嵌入式技术的出现不过几十年的时间,其应用范围却几乎覆盖了人类生活的方方面面。因为嵌入式技术的发展,使得智能生活成为了一种可能。曾将只存在于科幻小说中的情节,如今正在逐步变为现实。科技对人类生活的影响力,正在变得越来越大。尽管目前的嵌入式技术还做不到万物互联,而且操作起来也比较麻烦。可是,随着技术的进步,更加简洁而性能优良的嵌入式微处理器,将会逐渐地走进我们的生活,为我们的生活提供更优质的服务。


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