智能儀表課件1-2節(jié)

智能儀表技術(shù)與應(yīng)用(1-2)緒論內(nèi)容：1，課程簡(jiǎn)介2，儀器儀表概念、歷史、展望3，智能儀表概念及特點(diǎn)4，智能儀表的硬件結(jié)構(gòu)綜述5，作業(yè)、考試等安排本節(jié)課目的：了解什么是智能儀表;

掌握智能儀表的硬件結(jié)構(gòu)；了解智能儀表的發(fā)展方向自動(dòng)化控制領(lǐng)域的一門重要應(yīng)用分支基礎(chǔ)課程：電路分析、模電、數(shù)電、單片機(jī)模電重點(diǎn)：包括放大電路，濾波電路，邏輯運(yùn)算電路（加法，減法，比較器等）單片機(jī)重點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)思想工程型課程，重應(yīng)用.

對(duì)于工作后從事儀表設(shè)計(jì)，測(cè)試等方面工作的同學(xué)，認(rèn)真學(xué)習(xí)；多講授實(shí)用的東西；對(duì)工作后要用的東西重點(diǎn)講解，書中沒(méi)有的補(bǔ)充講解。軟件方面：不要求寫代碼，但要求畫流程圖，掌握設(shè)計(jì)方法。

1.課程簡(jiǎn)介本課程的主要內(nèi)容：硬件結(jié)構(gòu)包括CPU、傳感器、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換、輸入信號(hào)的前置處理、人機(jī)接口等軟件部分包括模塊化設(shè)計(jì)原則智能儀表的自動(dòng)功能：自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)校準(zhǔn)等介紹控制功能及算法（PID）介紹常用的通信方式軟硬件的可靠性設(shè)計(jì)智能儀表設(shè)計(jì)實(shí)例講解集成設(shè)計(jì)基本型智能儀器人機(jī)接口與通信數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)方法可靠性與抗干擾技術(shù)可測(cè)試性技術(shù)設(shè)計(jì)原則步驟與實(shí)例數(shù)據(jù)采集技術(shù)課程框架2.儀器儀表概念、作用、分類2.1概念儀器儀表是對(duì)物質(zhì)世界進(jìn)行測(cè)量與控制的基礎(chǔ)手段和設(shè)備（非常哲學(xué)化的定義）。通俗理解：由不同的簡(jiǎn)單功能的硬件模塊組合起來(lái)，在軟件的控制下，各司其職并能協(xié)調(diào)統(tǒng)一完成規(guī)定的復(fù)雜功能的組合。是在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制、保護(hù)等功能的一套裝置。可以把人體看成一個(gè)超級(jí)復(fù)雜，高度智能化的儀器儀表系統(tǒng)。2.2作用替代了人力的作用（視覺(jué)，聽覺(jué)等），對(duì)物理量進(jìn)行量化分析的基本工具。解放了人力勞動(dòng)，并提高了一致性。

可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)與自動(dòng)控制?！鶓?yīng)用領(lǐng)域：

測(cè)量?jī)x器，醫(yī)療儀器，航天航海儀表，汽車儀表，電力，石油，化工儀表等，遍及各個(gè)行業(yè)，深入到人民生活的各個(gè)角落。2.3分類模擬量：溫度，壓力，聲音，光學(xué)，距離，振動(dòng)，電壓電流等。這些參數(shù)來(lái)源于傳感器，需要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字量：脈沖計(jì)數(shù)，編碼輸入等開關(guān)量：繼電器開關(guān)，空氣開關(guān)狀態(tài)等。獲取參數(shù)：發(fā)展階段（儀表隨著電子元器件的發(fā)展而發(fā)展）：第一代：模擬式，一般為機(jī)械式、指針式儀器儀表；電子管；體積大第二代：數(shù)字式，為數(shù)字式儀器儀表，晶體管構(gòu)成的門電路，少量集成電路第三代：智能式，集成電路；多功能，速度快例子1：萬(wàn)用表發(fā)展階段舉例模擬式數(shù)字式智能式（福祿克）例子2：血壓計(jì)發(fā)展階段舉例機(jī)械式數(shù)字式智能式家庭醫(yī)療終端2.4未來(lái)的儀表是什么樣子的？？高級(jí)人工智能系統(tǒng)辨識(shí)、模式識(shí)別初級(jí)智能計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理聰敏電子、傳感、測(cè)量智能化程度發(fā)展趨勢(shì)智能化程度更高處理速度更快集成化、體積更小(SOC)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化(RTOS)網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)線化可視化總體趨勢(shì)3智能儀表概念及特點(diǎn)智能儀表是計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量?jī)x表相結(jié)合的產(chǎn)物，是指：含有微計(jì)算機(jī)或微處理器的測(cè)量(或檢測(cè))儀器擁有對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，存儲(chǔ)、運(yùn)算，顯示功能對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，可以進(jìn)行自動(dòng)控制一般都有通信功能（專列一章，并補(bǔ)充I2C，485等）智能儀器對(duì)儀器儀表的發(fā)展以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響；大大解放的人力勞動(dòng)，提高了生產(chǎn)率，是自動(dòng)控制領(lǐng)域的里程碑；各行各業(yè)，都有智能儀表的身影；已成為科技發(fā)展水平的代表。3.1概念※生產(chǎn)力＝科學(xué)技術(shù)×(勞動(dòng)力＋勞動(dòng)工具＋勞動(dòng)對(duì)象＋生產(chǎn)管理)科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力科學(xué)技術(shù)是生產(chǎn)力有關(guān)專家馬克思鄧小平科技水平?jīng)Q定了國(guó)家的未來(lái)※測(cè)量過(guò)程的軟件控制

智能儀表之前：多采用硬件電路實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。“智能儀表以軟代硬”：靈活性強(qiáng)、電路簡(jiǎn)單，開發(fā)進(jìn)程快，可靠性高數(shù)據(jù)處理

數(shù)字濾波、隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、非線性校準(zhǔn)等處理→改善測(cè)量的精確度相關(guān)、卷積、反卷積、幅度譜、相位譜、功率譜等信號(hào)分析，這個(gè)過(guò)程相當(dāng)于人腦思考的過(guò)程多功能化

基于軟件的強(qiáng)大功能，可以在主要功能的基礎(chǔ)上附加很多額外的功能通信功能

一般都具有通信功能，便于上位機(jī)進(jìn)行集中控制，統(tǒng)一管理。常用的工業(yè)通信接口：HART（232，485）、CANBUS，無(wú)線局域網(wǎng)等3.2智能儀表的特點(diǎn)4智能儀表的結(jié)構(gòu)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，智能儀表由硬件和軟件兩大部分組成。傳感器前置處理A/D轉(zhuǎn)換開關(guān)量微處理器系統(tǒng)執(zhí)行器后置處理D/A轉(zhuǎn)換開關(guān)量通信接口按鍵顯示打印輸入輸出人機(jī)接口4.1硬件結(jié)構(gòu)圖4.1.1微處理器一般是單片機(jī)或微處理芯片，也可是SOC，DSP，計(jì)算機(jī)等是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理、調(diào)度舉例1：51系列單片機(jī)時(shí)鐘頻率目前可以提高至33-40MHz，提升到20MIPS。集成片上Flash存儲(chǔ)器，集成密度高并實(shí)現(xiàn)了ISP(在系統(tǒng)燒錄程序)和IAP(在應(yīng)用燒錄程序)，調(diào)試更加方便。Philips公司P89C51RC2／RD2、32KB／64KBFlash存儲(chǔ)器，8KB容量的RAM。瑞典Xemic公司生產(chǎn)的XE8301，其工作電壓的范圍為1.2—5.5V，1MIPS時(shí)電流為200μA，暫停模式僅需要1μA電流維持時(shí)鐘的運(yùn)行。舉例2：SOC（片上系統(tǒng)）核心思想就是要把整個(gè)應(yīng)用電子系統(tǒng)(除／無(wú)法集成的電路)全部集成在一個(gè)芯片中，避免了大量PCB板的設(shè)計(jì)及板級(jí)調(diào)試工作；SOC是以功能IP(IntellectualProperty)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)固件和電路綜合技術(shù)。在SOC設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者面對(duì)的不再是電路芯片，而是根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的固件特性和功能要求，選擇相應(yīng)的單片機(jī)CPU內(nèi)核和成熟優(yōu)化的IP內(nèi)核模塊，這樣就基本上消除了器件信息障礙，加快了設(shè)計(jì)速度，SOC將使系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)生革命性的變化，這標(biāo)志一個(gè)全新時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。舉例3：DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）DSP應(yīng)用在大量的數(shù)據(jù)處理的情況下，如語(yǔ)音、圖像處理，數(shù)字濾波，相關(guān)計(jì)算，卷積，F(xiàn)FT算法等。經(jīng)常與CPU搭配使用許多微處理器還采用了數(shù)字—模擬混合集成技術(shù)，將A／D、D／A、鎖相環(huán)以及USB、CAN總線接口等都集成到單片機(jī)中，大大地減少片外附加器件的數(shù)目，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性，節(jié)省了成本。本節(jié)回顧

1，儀器儀表的發(fā)展概念，分類，發(fā)展，前景

2，智能儀表的概念和特點(diǎn)

3，智能儀表的硬件結(jié)構(gòu)組成，介紹了處理器部分。下節(jié)內(nèi)容

1，詳述硬件的輸入輸出，人機(jī)接口，通信接口

2，智能儀表的軟件組成，模塊化設(shè)計(jì)理念

3，補(bǔ)充虛擬儀表的介紹。作業(yè)規(guī)劃及考試安排

1，作業(yè)規(guī)劃：每周/每?jī)芍芤淮?，周四上課上交；每次布置1-2個(gè)與以后應(yīng)用關(guān)系較大的題目，學(xué)生自由發(fā)揮，不懂的可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式查找，但對(duì)問(wèn)題的探討要深入。

2，考試安排：本