智能儀器設(shè)計(jì)實(shí)例

第八章智能儀器設(shè)計(jì)實(shí)例

第一節(jié)智能儀器的設(shè)計(jì)原則及研制第二節(jié)固體密度測(cè)試儀的研制第三節(jié)基于DSP處理器的地下管道漏水檢測(cè)儀設(shè)計(jì)第一節(jié)智能儀器的設(shè)計(jì)原則及研制步驟

智能儀器的研制開(kāi)發(fā)是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程。為完成儀器的功能，實(shí)現(xiàn)儀器的指標(biāo)，提高研制效率，并能取得一定的研制效益，應(yīng)遵循正確的設(shè)計(jì)原則、按照科學(xué)的研制步驟來(lái)開(kāi)發(fā)智能儀器。一、基本要求

二、設(shè)計(jì)原則

三、研制步驟

智能儀器設(shè)計(jì)一、智能儀器設(shè)計(jì)的基本要求

無(wú)論儀器的規(guī)模多大，其基本設(shè)計(jì)要求大體上是相同的，在設(shè)計(jì)和研制智能儀器時(shí)必須予以認(rèn)真考慮。

1.技術(shù)(經(jīng)濟(jì))指標(biāo)及功能2.可靠性3.便于操作和維護(hù)4.工藝結(jié)構(gòu)與造型設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：

精度、分辨能力、測(cè)量范圍、工作環(huán)境條件、穩(wěn)定性。經(jīng)濟(jì)指標(biāo):研制投入\市場(chǎng)價(jià)格\需求量\利稅\節(jié)能\應(yīng)具備的功能：

輸出、人機(jī)對(duì)話、通信、報(bào)警提示、儀器狀態(tài)的自動(dòng)調(diào)整等。1.技術(shù)指標(biāo)及功能應(yīng)滿足要求2．可靠性要求儀器可靠性是最突出也是最重要的性能。

直接影響測(cè)量結(jié)果的正確與否將影響工作效率儀器信譽(yù)在線檢測(cè)與控制類(lèi)儀器更是如此，由于儀器的故障造成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的混亂，甚至引起嚴(yán)重后果。應(yīng)采取各種措施提高儀器的可靠性，從而保證儀器能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作?？煽啃栽O(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)：

硬件可靠性設(shè)計(jì)

軟件可靠性設(shè)計(jì)

EMC設(shè)計(jì)

在儀器設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)考慮操作方便，盡量降低對(duì)操作人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)的要求，以便產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。儀器的控制開(kāi)關(guān)或按鈕不能太多、太復(fù)雜，操作程序應(yīng)簡(jiǎn)單明了，從而使操作者無(wú)需專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練，便能掌握儀器的使用方法。

3．便于操作和維護(hù)

智能儀器還應(yīng)有很好的可維護(hù)性，為此，儀器結(jié)構(gòu)要規(guī)范化、模塊化，并配有現(xiàn)場(chǎng)故障診斷程序，一旦發(fā)生故障，能保證有效地對(duì)故障進(jìn)行定位，以便更換相應(yīng)的模塊，使儀器盡快地恢復(fù)正常運(yùn)行?？删S護(hù)性故障診斷、可測(cè)試性4．儀器工藝結(jié)構(gòu)與造型設(shè)計(jì)要求

儀器結(jié)構(gòu)工藝:是影響可靠性的重要因素，首先要依據(jù)儀器工作環(huán)境條件，是否需要防水、防塵、防爆密封，是否需要抗沖擊、抗振動(dòng)、抗腐蝕等要求，設(shè)計(jì)工藝結(jié)構(gòu)；

儀器的造型設(shè)計(jì):總體結(jié)構(gòu)的安排、部件間的連接關(guān)系、面板的美化等都必須認(rèn)真考慮，最好由結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)人員設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品造型優(yōu)美、色澤柔和、外廓整齊、美觀大方。二、智能儀器設(shè)計(jì)3原則

1.從整體到局部(自頂向下)的設(shè)計(jì)原則2.較高的性能價(jià)格比原則3.組合(集成)化與開(kāi)放式設(shè)計(jì)原則

在硬件或軟件設(shè)計(jì)時(shí)，把復(fù)雜的、難處理的問(wèn)題，分為若干個(gè)較簡(jiǎn)單的、容易處理的問(wèn)題，然后再一個(gè)個(gè)地加以解決。

1.從整體到局部設(shè)計(jì)原則儀器功能和要求提出總?cè)蝿?wù)繪制硬件和軟件總功能框圖分解成可獨(dú)立表征的一批子任務(wù)：?jiǎn)为?dú)的實(shí)體進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試子任務(wù)分解：足夠簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)低級(jí)子任務(wù)：采用通用模塊最低的難度最高的可靠性2.較高的性能價(jià)格比原則儀器的造價(jià)：研制成本、生產(chǎn)成本、使用成本。設(shè)計(jì)時(shí)不盲目追求復(fù)雜、高級(jí)的方案。在滿足性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)盡可能采用簡(jiǎn)單成熟的方案，意味著元器件少，開(kāi)發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)方便，可靠性高。樣機(jī)研制成本：系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試和軟件開(kāi)發(fā)，硬件成本不是考慮的主要因素。生產(chǎn)成本：生產(chǎn)數(shù)量越大，每臺(tái)產(chǎn)品的平均研制費(fèi)就越低，儀器硬件成本對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本有很大影響。使用成本：維護(hù)費(fèi)、備件費(fèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)、管理費(fèi)、培訓(xùn)費(fèi)等。必須綜合分析后做出選用方案的正確決策。

3．組合(集成)化與開(kāi)放式設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)智能儀器系統(tǒng)面臨三個(gè)突出的問(wèn)題：

★

產(chǎn)品更新?lián)Q代太快；★市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈；★滿足用戶不同層次和不斷變化的要求。

在電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)工業(yè)中推行一種不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的所謂“開(kāi)放系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)思想?！伴_(kāi)放系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)思想在技術(shù)上兼顧今天和明天，既從當(dāng)前實(shí)際可能出發(fā)，又留下容納未來(lái)新技術(shù)機(jī)會(huì)的余地；向系統(tǒng)的不同配套檔次開(kāi)放，兼顧設(shè)計(jì)周期和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并著眼于社會(huì)的公共參與，為發(fā)揮各方面廠商的積極性創(chuàng)造條件；向用戶不斷變化的特殊要求開(kāi)放，兼顧通用的基本設(shè)計(jì)和用戶的專(zhuān)用要求。開(kāi)放式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體方法基于國(guó)際上流行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)總線結(jié)構(gòu)，針對(duì)不同的用戶系統(tǒng)要求，選用相應(yīng)的有關(guān)功能模塊組合成最終用戶的應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者將主要精力放在分析設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定總體結(jié)構(gòu)，選擇系統(tǒng)配件等方面，而不是放在部件模塊設(shè)計(jì)及用于解決通用軟件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)上。組合化（集成化）設(shè)計(jì)方法開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)和總線系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，導(dǎo)致了工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)采用組合化設(shè)計(jì)方法的流行，即針對(duì)不同的應(yīng)用系統(tǒng)要求，選用成熟的現(xiàn)成硬件模板和軟件進(jìn)行組合。組合化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是模塊化(又稱(chēng)積木化)，硬、軟件功能模塊化是實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?，F(xiàn)成的功能模塊，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并縮短設(shè)計(jì)周期。結(jié)構(gòu)靈活，便于擴(kuò)充和更新，使系統(tǒng)的適應(yīng)性強(qiáng)。維修方便快捷。功能模板可以組織批量生產(chǎn)，使質(zhì)量穩(wěn)定并降低成本。組合化設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)三、智能儀器的研制步驟

確定設(shè)計(jì)任務(wù)并擬定設(shè)計(jì)方案硬件和軟件研制

軟硬件綜合調(diào)試整機(jī)性能測(cè)試和評(píng)估

三個(gè)階段

1.確定設(shè)計(jì)任務(wù)、擬定設(shè)計(jì)方案項(xiàng)目調(diào)研,了解現(xiàn)狀和動(dòng)向，明確任務(wù)、確定指標(biāo)功能

寫(xiě)出設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

擬定設(shè)計(jì)方案

《儀器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)》

●主要作用：

a.研制單位設(shè)計(jì)儀器的立項(xiàng)基礎(chǔ)；b.反映儀器的結(jié)構(gòu)、規(guī)定儀器的功能指標(biāo)，明確研制人員的設(shè)計(jì)目標(biāo)；c.作為研制完畢進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收的依據(jù)?！秲x器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)》主要內(nèi)容儀器名稱(chēng)、用途；特點(diǎn)及簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)思想;c.主要技術(shù)指標(biāo);d.儀器應(yīng)具備的功能；e.儀器的設(shè)備規(guī)模；f.系統(tǒng)的操作規(guī)范。擬定設(shè)計(jì)方案

《儀器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)》硬件與軟件的劃分、折衷確定微機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成

硬件設(shè)計(jì)方案軟件設(shè)計(jì)方案2．硬件、軟件研制階段

硬件研制：采用功能強(qiáng)的芯片以簡(jiǎn)化電路,修改和擴(kuò)展，硬件資源需留有足夠的余地.自診斷功能，需附加設(shè)計(jì)有關(guān)的監(jiān)測(cè)報(bào)警電路硬件抗于擾措施.線路板注意與機(jī)箱、面板的配合，接插件安排等問(wèn)題，必須考慮到安裝、調(diào)試和維修的方便。

軟件設(shè)計(jì)研制：軟件設(shè)計(jì)作一個(gè)總體規(guī)劃，選擇平臺(tái)程序功能塊劃分確定算法分配系統(tǒng)資源和設(shè)計(jì)流程圖編寫(xiě)代碼程序調(diào)試和糾錯(cuò)、各部分程序連接及系統(tǒng)總調(diào)3．儀器綜合調(diào)試及整機(jī)性能測(cè)試

系統(tǒng)調(diào)試，以排除硬件故障和糾正軟件錯(cuò)誤，并解決硬件和軟件之間的協(xié)調(diào)問(wèn)題。

硬件調(diào)試動(dòng)態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試測(cè)試軟件查板、電源、芯片軟件調(diào)試模塊程序調(diào)試初級(jí)子程序調(diào)試測(cè)試程序不需要調(diào)用其它子程序監(jiān)控程序調(diào)試性能測(cè)試按照設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)規(guī)定的設(shè)計(jì)要求擬定一個(gè)測(cè)試方案，對(duì)各項(xiàng)功能和指標(biāo)進(jìn)行逐項(xiàng)測(cè)試。如果某項(xiàng)指標(biāo)不符合要求，還得查明原因，作相應(yīng)調(diào)整；直至完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。關(guān)于課程考核問(wèn)題總成績(jī)＝作業(yè)與報(bào)告25分＋實(shí)驗(yàn)15分＋期末60分作業(yè)與報(bào)告：第四章作業(yè)一次（已留過(guò)）第八章作業(yè)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告實(shí)驗(yàn)：根據(jù)新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)展情況再安排考試：閉卷方式關(guān)于綜合設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào)告的格式及內(nèi)容如何高質(zhì)量的完成設(shè)計(jì)報(bào)