數(shù)據(jù)采集和智能儀器PPT

任課教師：辦公地點(diǎn)：電話：電郵：數(shù)據(jù)采集與智能儀器課程簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)采集與智能儀器參考教材：智能儀器程德福林君機(jī)械工業(yè)出版社2.智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

趙新民哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社3.智能儀器原理與設(shè)計(jì)

周航慈等北京航天航空大學(xué)出版社

第一章概述第二章數(shù)據(jù)采集技術(shù)第三章人機(jī)對(duì)話與數(shù)據(jù)通信第四章基本數(shù)據(jù)處理算法第五章基于電壓測(cè)量、時(shí)間測(cè)量、波形測(cè)量的智能儀器的設(shè)計(jì)實(shí)例第六章虛擬儀器簡(jiǎn)介課程內(nèi)容課程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一電子時(shí)鐘

LCD驅(qū)動(dòng)，按鍵處理等人機(jī)對(duì)話

實(shí)驗(yàn)二心電波形數(shù)據(jù)采集以51單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)調(diào)試放大電路、濾波電路及AD轉(zhuǎn)換電路，掌握基于單片機(jī)的智能儀器設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)四基于labview的虛擬儀器通過(guò)設(shè)計(jì)任意波形發(fā)生器，掌握基于PC機(jī)的智能儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)五基于labview的虛擬儀器通過(guò)設(shè)計(jì)溫度測(cè)量?jī)x器，掌握基于PC機(jī)的智能儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)三等精度法數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)考核方法：

1.平時(shí)的課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告50%

2.期終測(cè)試50%第一章緒論一.儀器儀表定義、作用、行業(yè)分類(lèi)測(cè)量?jī)x器，分析儀器，生物醫(yī)療儀器，地球探測(cè)儀器，天文儀器，航空航天航海儀表，汽車(chē)儀表，電力，石油，化工儀表等，遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)，深入到人民生活的各個(gè)角落。

第一章緒論最基本的作用：是延伸擴(kuò)展補(bǔ)充或代替人的聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等器官的功能儀器儀表是信息獲取的手段、是認(rèn)識(shí)世界的工具，是一個(gè)系統(tǒng)或裝置。從測(cè)量對(duì)象分為八類(lèi)測(cè)試計(jì)量?jī)x器■幾何量：長(zhǎng)度、角度、形貌、相互位置、位移、距離測(cè)量?jī)x器等■機(jī)械量：各種測(cè)力儀、硬度儀、加速度與速度測(cè)量?jī)x、力矩測(cè)量?jī)x、振動(dòng)測(cè)量?jī)x等■熱工量：溫度、濕度、流量測(cè)量?jī)x器等■光學(xué)參數(shù)：如光度計(jì)、光譜儀、色度計(jì)、激光參數(shù)測(cè)量?jī)x、光學(xué)傳遞函數(shù)測(cè)量?jī)x等。■電離輻射：各種放射性、核素計(jì)量，X、γ射線及中子計(jì)量?jī)x器等?！鰰r(shí)間頻率：各種計(jì)時(shí)儀器與鐘表、銫原子鐘、時(shí)間頻率測(cè)量?jī)x等■電磁量：交、直流電流表、電壓表、功率表、RLC測(cè)量?jī)x、靜電儀、磁參數(shù)測(cè)量?jī)x等■無(wú)線電參數(shù)測(cè)量?jī)x器：如示波器、信號(hào)發(fā)生器、相位測(cè)量?jī)x、頻譜分析儀、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀等。

1.三代儀器儀表：●第一代為指針式（或模擬式）儀器儀表●第二代為數(shù)字式儀器儀表●第三代就是智能式儀器儀表二、從傳統(tǒng)儀器儀表到智能儀器智能儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量?jī)x器相結(jié)合的產(chǎn)物，是含有微計(jì)算機(jī)或微處理器的測(cè)量(或檢測(cè))儀器，它擁有對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷及自動(dòng)化操作等功能，具有一定智能的作用(表現(xiàn)為智能的延伸或加強(qiáng)等)。智能儀器的概念與歷史近年來(lái)，智能儀器已開(kāi)始從較為成熟的數(shù)據(jù)處理向知識(shí)處理發(fā)展。模糊判斷、故障診斷、容錯(cuò)技術(shù)、傳感器融合、機(jī)件壽命預(yù)測(cè)等，使智能儀器的功能向更高的層次發(fā)展。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，是儀器設(shè)計(jì)的里程碑。

三.智能儀器的基本結(jié)構(gòu)

1.其結(jié)構(gòu)可有兩種基本類(lèi)型:

●微機(jī)內(nèi)嵌式

●微機(jī)擴(kuò)展式將單片或多片的微處理器與傳統(tǒng)儀器有機(jī)地結(jié)合在一起形成的單機(jī)，其形態(tài)是儀器。以個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)為核心的應(yīng)用擴(kuò)展型測(cè)量?jī)x器。個(gè)人計(jì)算機(jī)儀器(PCI)或稱(chēng)微機(jī)卡式儀器。其形態(tài)可以是計(jì)算機(jī)。MCURAM、EPROMI/O接口D/AA/D外部通信RS232USB打印機(jī)板（鍵盤(pán)、開(kāi)關(guān)、顯示器傳感器電量非電量?jī)?nèi)嵌微處理器智能儀器的基本結(jié)構(gòu)輸入通道輸出通道鐵礦石分析儀

爐溫測(cè)試儀心電信號(hào)采集個(gè)人儀器結(jié)構(gòu)圖個(gè)人計(jì)算機(jī)總線擴(kuò)展槽軟件儀器插件通用接口儀器插件儀器插件電源PC總線GPIB總線擴(kuò)展底板或外部插件箱…12nPC機(jī)USB設(shè)備新型個(gè)人儀器結(jié)構(gòu)圖

個(gè)人儀器結(jié)構(gòu)圖

普通臺(tái)式PCI工控機(jī)PCI筆記本PCI微機(jī)擴(kuò)展式視頻采集卡邏輯分析儀虛擬示波器◆測(cè)量過(guò)程的軟件控制：

CPU→軟件控制測(cè)量過(guò)程

“以軟代硬”→靈活性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)◆很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力：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→提供更多高質(zhì)量的信息◆多功能化：一機(jī)多用(多功能數(shù)字庫(kù)侖計(jì))

2.智能儀器的特點(diǎn)四、推動(dòng)智能儀器發(fā)展的主要技術(shù)

傳感器技術(shù)

A/D等新器件的發(fā)展將顯著增強(qiáng)儀器的性能與測(cè)量范圍

單片機(jī)與DSP的廣泛應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)ARM與片上系統(tǒng)(SOC)

ASIC、FPGA／CPLD技術(shù)

LabVlEW等圖形化軟件技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)

汽車(chē)導(dǎo)航儀

便攜式心電監(jiān)護(hù)儀

1、傳感器技術(shù)為適應(yīng)智能儀器發(fā)展的需要，各種新型傳感器不斷涌現(xiàn)。聾啞傳感器(DumbSensor)智能傳感器(SmartSensor)網(wǎng)絡(luò)化傳感器(NetworkedSensor)

傳統(tǒng)的傳感器是模擬儀器儀表時(shí)代的產(chǎn)物。它的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想是把外部信息變換成模擬電壓或電流信號(hào)。這類(lèi)傳感器的輸出幅值小，靈敏度低，而且功能單一，因而被稱(chēng)為“聾啞傳感器”。聾啞傳感器微電子技術(shù)、光電子技術(shù)獲得了迅猛的發(fā)展，加工工藝逐步成熟，新型敏感材料不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)。在高新技術(shù)的滲透下，尤其是計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的滲入，使微處理器和傳感器得以結(jié)合，產(chǎn)生了具有存儲(chǔ)、判斷和信息處理的功能——智能傳感器。智能傳感器的出現(xiàn)是傳感技術(shù)的一次革命，對(duì)傳感器的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

智能傳感器智能傳感器的典型簡(jiǎn)介

目前已投人使用的微電腦型智能傳感器---多路光譜分析傳感器。這種傳感器采用硅CCD（電荷耦合器件）二元陣列作攝像儀，結(jié)合光學(xué)系統(tǒng)和微處理器共同構(gòu)成一個(gè)不可分割的整體，其結(jié)構(gòu)如圖12－9所示。它可以裝在人造衛(wèi)星上對(duì)地面進(jìn)行多路光譜分析。測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)直接由CPU進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)處理，然后輸送出有關(guān)地質(zhì)、氣象等各種情報(bào)。

應(yīng)用微電腦控制技術(shù)，可即時(shí)檢測(cè)出當(dāng)前騎行速度，并根據(jù)騎行速度不斷發(fā)出調(diào)整控制指令，最大限度節(jié)約電池能量，提高一次充電續(xù)行里程。

電動(dòng)自行車(chē)鏈輪智能傳感器

網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)逐步走向成熟并滲透到各行各業(yè)，各種高可靠、低功耗、低成本、微體積的網(wǎng)絡(luò)接口芯片被開(kāi)發(fā)出來(lái)，微電子機(jī)械加工技術(shù),將網(wǎng)絡(luò)接口芯片與智能傳感器集成起來(lái)并使通信協(xié)議固化到智能傳感器的ROM中時(shí)，就產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)傳感器；為解決現(xiàn)場(chǎng)總線的多樣性問(wèn)題，IEEEl451．2工作組建立了智能傳感器接口模塊(STIM)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)描述了傳感器網(wǎng)絡(luò)適配器或微處理器之間的硬件和軟件接口，是IEEEl451網(wǎng)絡(luò)傳感器標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分，為使傳感器能與各種網(wǎng)絡(luò)連接提供了條件和方便。網(wǎng)絡(luò)傳感器智能傳感器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器的飛速發(fā)展可大大提高信號(hào)檢測(cè)能力，進(jìn)而推動(dòng)智能儀器總體性能的提高。

美國(guó)Z-World公司RCM2200微控制器核心模塊Ambient

ID發(fā)布了超高頻UFH

Gen

2

RFID系統(tǒng)的解決方案，這個(gè)方案用來(lái)跟蹤那些從醫(yī)院到化驗(yàn)室里進(jìn)行診斷測(cè)試的標(biāo)本瓶，標(biāo)本瓶里盛有人體組織或血液，這個(gè)方案可以實(shí)時(shí)地提供標(biāo)本瓶的位置。

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)例結(jié)構(gòu)圖一個(gè)典型的系統(tǒng)通常由環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、基站、通信系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)以及監(jiān)控軟硬件系統(tǒng)構(gòu)成。如圖所示，根據(jù)需要，人們可以在待測(cè)區(qū)域安放不同功能的傳感器并組成網(wǎng)絡(luò)，長(zhǎng)期大面積地監(jiān)測(cè)微小的氣候變化，包括溫度、濕度、風(fēng)力、大氣、降雨量，收集有關(guān)土地的濕度、氮濃縮量和土壤PH值等2002年，英特爾公司率先在俄勒岡建立了世界上第一個(gè)無(wú)線葡萄園

ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

Zigbee風(fēng)能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

Zigbee智能居室無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

A／D芯片是現(xiàn)代科學(xué)儀器不可缺少的核心部件之一，它的速度的提高是實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)采集的關(guān)鍵。在向高速，低功耗、高分辨率、高性能的方向發(fā)展。A／D等電路與微處理器集成在一塊(稱(chēng)為混合電路)傳感器與控制電路都集成在一塊芯片上，這將縮小體積，增強(qiáng)可靠性，從而實(shí)現(xiàn)智能儀器的多功能化。2、A/D等新器件增強(qiáng)儀器的功能與測(cè)量范圍高速器件為用于高效、多載波無(wú)線基站收發(fā)器應(yīng)用而優(yōu)化，高采樣率允許設(shè)計(jì)師捕獲更寬的通道帶寬，從而將一般以65Msps速率采樣的現(xiàn)有系統(tǒng)容量提高了一倍。

MSP430內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：運(yùn)放、A／D、比較器等電路與微處理器集成在一塊3.單片機(jī)、DSP處理器廣泛應(yīng)用單片機(jī):8031、8051、89C51、MSP430、AVRTMS—320系列等高速單片數(shù)字信號(hào)處理器(DSP‘DigitalSignalProcessor)是通過(guò)硬件來(lái)完成乘法和加法運(yùn)算的，極大地增強(qiáng)了智能儀器的數(shù)字濾波、FFF、相關(guān)、卷積等信號(hào)處理能力。新型DSP芯片接口功能大大加強(qiáng)，甚至集成了DSP與ARM雙核。利用msp430研制的心電信號(hào)記錄儀，特點(diǎn)：極低功耗，具有硬件乘法累加器，可對(duì)信號(hào)做濾波、統(tǒng)計(jì)分析運(yùn)動(dòng)控制卡的電路設(shè)計(jì)TMS320F2812

許多公司還采用了數(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。51系列單片機(jī)的時(shí)鐘頻率目前可以提高至80MHz，提升到40MIPS。集成片上Flash存儲(chǔ)器高達(dá)64K，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)。4、嵌入式系統(tǒng)（ARM）與片上系統(tǒng)(SOC)將使智能儀器的設(shè)計(jì)提升到一個(gè)新階段

計(jì)算機(jī)可以分成通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)嵌入式系統(tǒng))。而嵌入式系統(tǒng)則是指把微處理器、單片機(jī)(微控制器)、DSP芯片等作為“控制與處理部件”，雖然嵌入式系統(tǒng)的核心是計(jì)算機(jī)，但它是以某種設(shè)備的形式出現(xiàn)的，其外觀不再具備計(jì)算機(jī)的形態(tài)。很顯然，智能儀器屬于嵌入式系統(tǒng)，它雖然以微型計(jì)算機(jī)為核心，但它不以計(jì)算機(jī)的形態(tài)出現(xiàn)；而是作為宿主設(shè)備的控制器智能地體現(xiàn)儀器設(shè)備的功能。

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嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展曾出現(xiàn)過(guò)兩次高潮。1976年8048微控制器的問(wèn)世和1980年MCS-5l微控制器的問(wèn)世，推動(dòng)了第一次嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的浪潮。

●經(jīng)過(guò)20世紀(jì)90年代PC機(jī)技術(shù)大發(fā)展的孕育，又迅速掀起了第二次嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的浪潮。這次嵌入式系統(tǒng)的明顯特點(diǎn)是移植了PC機(jī)最新兩項(xiàng)成熟技術(shù)：互聯(lián)網(wǎng)和多媒體。為了滿足互聯(lián)網(wǎng)和多媒體嵌入式設(shè)備的高速性和實(shí)時(shí)編解碼的復(fù)雜技術(shù)需要，支持嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、移動(dòng)通信設(shè)備、多媒體設(shè)備的開(kāi)發(fā)，第二次嵌入式系統(tǒng)的主力器件已讓位于32位的DSP-RISC雙核結(jié)構(gòu)的微處理器。很顯然，這類(lèi)微處理器也為智能儀器網(wǎng)絡(luò)化和智能化的進(jìn)一步擴(kuò)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。嵌入式系統(tǒng)的深入發(fā)展將使智能儀器的設(shè)計(jì)提升到一個(gè)新的階段，尤其是能運(yùn)行操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，由于它具備多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口、文件和目標(biāo)管理等功能，并具有大量的應(yīng)用程序接口(API)，將會(huì)使研制復(fù)雜智能儀器變得容易。ARM（AdvancedRISCMachines）

高級(jí)RISC微處理器

ARM既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類(lèi)微處理器的通稱(chēng)，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。

1991年ARM公司成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用ARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）核的微處理器，即我們通常所說(shuō)的ARM微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)，基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75％以上的市場(chǎng)份額。

ARM公司是專(zhuān)門(mén)從事基于RISC技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的公司，作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARM公司購(gòu)買(mǎi)其設(shè)計(jì)的ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的ARM微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。

此外，ARM芯片還獲得了許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RealTimeOperatingSystem）供應(yīng)商的支持，比較知名的有：WindowsCE、Linux、pSOS、VxWorks、Nucleus、EPOC、uCOS、BeOS等

新發(fā)布的iPhone3GS手機(jī)中所用的處理器是采用了65納米工藝的ARMContexA8單核處理器

采用了三星公司生產(chǎn)的S3C2440M這款A(yù)RM9核心的處理器

索尼公司計(jì)劃在其下一代PSP2游戲機(jī)中采用雙核ARMCortex處理器

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片上系統(tǒng)(SOC)的發(fā)展更是為智能儀器的開(kāi)發(fā)及性能的提高開(kāi)辟了更加廣闊的前景。

SOC的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)。

Broadcom公司的BCM7405是高性能高清晰度（HD）衛(wèi)星電視、有線電視和IP機(jī)頂盒（STB）DVR片上系統(tǒng)解決方案。它包括有快速1000-DMIPSIPS32/MIPS16e級(jí)的CPU，高速圖像處理，一個(gè)非常靈活的數(shù)據(jù)傳輸處理器，一個(gè)和MPEG-4/VC-1/MPEG-2兼容的視頻譯碼器，一個(gè)可編程音頻譯碼器，六個(gè)視頻DAC以及立體聲高保真音頻DAC，兩個(gè)快速以太網(wǎng)端口，一個(gè)集成的PHY，三個(gè)USB2.0，一個(gè)PCI2.3/Expansion總線，高速400MHzDDR2存儲(chǔ)器控制器以及能提供各種STB控制功能的外設(shè)控制器

DM500HD衛(wèi)星電視接收機(jī)

5、ASIC、FPGA／CPLD技術(shù)ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuits，專(zhuān)用集成電路)無(wú)論在價(jià)格、集成度，還是在產(chǎn)量、產(chǎn)值方面均取得了飛速發(fā)展。因此，對(duì)儀器設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，很有意義的一項(xiàng)工作是把一些性能要求很高的線路單元設(shè)計(jì)成專(zhuān)用集成電路而使智能儀器的結(jié)構(gòu)更緊湊，性能更優(yōu)良，保密性更強(qiáng)。FPGA(FieldProgrammableGatesArray，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，復(fù)雜可編程邏輯器件)FPGA／CPLD的規(guī)模比較大，適合于時(shí)序、組合等邏輯電路應(yīng)用場(chǎng)合，它可以替代幾十甚至上百塊通用IC芯片。這種芯片具有可編程性和實(shí)現(xiàn)方案容易改動(dòng)的特點(diǎn)。電路保持不動(dòng)的情況下，改變內(nèi)部硬件連接關(guān)系的描述，就能實(shí)現(xiàn)一種新的功能。比較典型的有Xilinx公司的FPGA器件系列Altera公司的CPLD器件系列。

FPGA

（1）FPGA／CPLD芯片的規(guī)模也越來(lái)越大，其單片邏輯門(mén)數(shù)已達(dá)到上百萬(wàn)門(mén)，它所能實(shí)現(xiàn)的功能也越來(lái)越強(qiáng)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。應(yīng)用FPGA／CPLD的優(yōu)點(diǎn)

（2）FPGA／CPLD芯片在出廠之前都做過(guò)百分之百的測(cè)試，不需要設(shè)計(jì)人員承擔(dān)投片風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用，設(shè)計(jì)人員只需在自己的實(shí)驗(yàn)室里就可以通過(guò)相關(guān)的軟硬件環(huán)境來(lái)完成芯片的功能設(shè)定。研制開(kāi)發(fā)費(fèi)用相對(duì)較低。

（3）FPGA／CPLD芯片和EPROM(Flash存儲(chǔ)器)配合使用時(shí)，用戶可以反復(fù)地編程、擦除、使用或者在外圍電路不動(dòng)的情況下用不同的EPROM(Flash存儲(chǔ)器)就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。

（4）FPGA／CPLD芯片的電路設(shè)計(jì)周期很短。軟件包中不但有各種輸入工具和仿真工具，而且還有版圖設(shè)計(jì)工具和編程器等全線產(chǎn)品，電路設(shè)計(jì)人員在很短的時(shí)間內(nèi)就可完成電路的輸入、編譯、優(yōu)化、仿真，直至最后芯片的制作(物理版圖映射)。當(dāng)電路有少量改動(dòng)時(shí)，更能顯示出FPGA／CPLD的優(yōu)勢(shì)。它大大加快了新產(chǎn)品的試制速度，減少了庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)與設(shè)計(jì)錯(cuò)誤所帶來(lái)的危險(xiǎn)，從而提高了企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力和應(yīng)變能力。

（5）電路設(shè)計(jì)人員使用FPGA／CPLD進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，不需要具備專(zhuān)門(mén)的IC(集成電路)深層次的知識(shí)，F(xiàn)PGA／CPLD軟件易學(xué)易用，可以使設(shè)計(jì)人員更能集中精力進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。FPGA／CPLD適合于正向設(shè)計(jì)(從電路原理圖到芯片級(jí)的設(shè)計(jì))，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)也非常有利。

在計(jì)算機(jī)和必要的儀器硬件確定之后，軟件就是PCI儀器發(fā)展的關(guān)鍵。軟件就是儀器成為流行的說(shuō)法。

NI（NationalInstruments）公司1986年設(shè)計(jì)的LabVlEWl．0，2003年發(fā)展到Labview7．0，推動(dòng)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展（最新版labview2009）。圖形化編程語(yǔ)言建立的虛擬儀器面板，完成對(duì)儀器的控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示功能。

LabVlEW就是利用通用的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集硬件以及通用的計(jì)算機(jī)軟件，組成各種滿足實(shí)際需要的虛擬儀器。

6、LabVlEW等圖形化軟件技術(shù)→虛擬儀器利用太陽(yáng)能供電的一個(gè)氣象站智能儀器

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的高速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù)受到廣泛關(guān)注，這必將對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的測(cè)試儀器和測(cè)試技術(shù)產(chǎn)生革命性變化。表現(xiàn)在兩個(gè)方面：

★智能儀器要上網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制與故障診斷等；

★構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)，將分散的各種不同測(cè)試設(shè)備掛接在網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)資源、信息共享，協(xié)調(diào)工作，共同完成大型復(fù)雜系統(tǒng)的測(cè)試任務(wù)。7、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)主要由兩大部分組成：◆組成系統(tǒng)的基本功能單元(PC儀器、網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量?jī)x器、網(wǎng)絡(luò)化傳感器、網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量模塊)；◆連接各基本功能單元的通信網(wǎng)絡(luò)。用于測(cè)試和控制的網(wǎng)絡(luò)與以信息共享為目的的信息網(wǎng)不同，前者采用工業(yè)Ethernet，后者采用快速Ethernet。

構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)需考慮的問(wèn)題：

系統(tǒng)要具有開(kāi)放性和互操作性；

系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和時(shí)間的確定性；

系統(tǒng)的成本盡可能低，通用性好；

基本功能單元必須是智能化的，帶有本地微理器和存儲(chǔ)器，具有網(wǎng)絡(luò)化接口。

思考題1．你在學(xué)習(xí)和生活中，接觸、使用或了解哪些儀器儀表？屬于哪種類(lèi)型？指出它們的共同之處、主要區(qū)別。選擇一種儀器，針對(duì)其存在的問(wèn)題或不足，提出改進(jìn)設(shè)想。

2．結(jié)合你對(duì)智能儀器概念的理解，討論“智能化”的層次。

3．儀器儀表的重要性體現(xiàn)在哪些方面？

4．簡(jiǎn)述推動(dòng)智能儀器發(fā)展的主要技術(shù)。

5．學(xué)過(guò)的哪些課程為智能儀器設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，回顧主要內(nèi)容。

6．智能儀器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？對(duì)其作簡(jiǎn)要描述。

7．智能儀器設(shè)計(jì)時(shí)采用FPGA／CPLD有哪些優(yōu)點(diǎn)？

8.為什么說(shuō)嵌入式系統(tǒng)、SOC將智能儀器設(shè)計(jì)提升到一個(gè)新階段？第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和自動(dòng)控制第三節(jié)活塞式空壓機(jī)的管理復(fù)習(xí)思考題單擊此處輸入你的副標(biāo)題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請(qǐng)盡量言簡(jiǎn)意賅的闡述觀點(diǎn)。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應(yīng)用：

1.主機(jī)的啟動(dòng)、換向；

2.輔機(jī)的啟動(dòng)；

3.為氣動(dòng)裝置提供氣源；

4.為氣動(dòng)工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時(shí)間內(nèi)所排送的相當(dāng)?shù)谝患?jí)吸氣狀態(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor空壓機(jī)分類(lèi)：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理容積式壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)分為兩大類(lèi)：往復(fù)式與旋轉(zhuǎn)式兩級(jí)活塞式壓縮機(jī)單級(jí)活塞壓縮機(jī)活塞式壓縮機(jī)膜片式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機(jī)最長(zhǎng)的使用壽命-

----低轉(zhuǎn)速（1460RPM），動(dòng)件少（軸承與滑片），潤(rùn)滑油在機(jī)件間形成保護(hù)膜，防止磨損及泄漏，使空壓機(jī)能夠安靜有效運(yùn)作；平時(shí)有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機(jī)，至今使用十萬(wàn)小時(shí)以上，依然完好如初，按十萬(wàn)小時(shí)相當(dāng)于每日以十小時(shí)運(yùn)作計(jì)算，可長(zhǎng)達(dá)33年之久。因此，將滑片式空壓機(jī)比喻為一部終身機(jī)器實(shí)不為過(guò)。滑(葉)片式空壓機(jī)可以365天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并保證60000小時(shí)以上安全運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣壓縮機(jī)1.進(jìn)氣2.開(kāi)始?jí)嚎s3.壓縮中4.排氣1.轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時(shí)停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。1.進(jìn)氣2.開(kāi)始?jí)嚎s3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時(shí)停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機(jī)是世界上最先進(jìn)、緊湊型、堅(jiān)實(shí)、運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴的氣體壓縮機(jī)。螺桿式壓縮機(jī)氣路系統(tǒng)：

A

進(jìn)氣過(guò)濾器

B

空氣進(jìn)氣閥

C

壓縮機(jī)主機(jī)

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動(dòng)疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過(guò)濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機(jī)

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過(guò)濾器螺桿式壓縮機(jī)渦旋式壓縮機(jī)

渦旋式壓縮機(jī)是20世紀(jì)90年代末期開(kāi)發(fā)并問(wèn)世的高科技?jí)嚎s機(jī)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長(zhǎng)壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機(jī)，已經(jīng)得到壓縮機(jī)行業(yè)的關(guān)注和公認(rèn)。被譽(yù)為“環(huán)保型壓縮機(jī)”。由于渦旋式壓縮機(jī)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使其成為當(dāng)今世界最節(jié)能壓縮機(jī)。渦旋式壓縮機(jī)主要運(yùn)動(dòng)件渦卷付，只有磨合沒(méi)有磨損，因而壽命更長(zhǎng)，被譽(yù)為免維修壓縮機(jī)。

由于渦旋式壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)小、工作環(huán)境安靜，又被譽(yù)為“超靜壓縮機(jī)”。

渦旋式壓縮機(jī)零部件少，只有四個(gè)運(yùn)動(dòng)部件,壓縮機(jī)工作腔由相運(yùn)動(dòng)渦卷付形成多個(gè)相互封閉的鐮形工作腔，當(dāng)動(dòng)渦卷作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使鐮形工作腔由大變小而達(dá)到壓縮和排出壓縮空氣的目的?；钊娇諝鈮嚎s機(jī)的外形第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過(guò)程

1—2壓縮過(guò)程

2—3排氣過(guò)程第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）

壓縮分類(lèi)：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強(qiáng)對(duì)氣缸的冷卻，省功、對(duì)氣缸潤(rùn)滑有益。二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）1.不存在假設(shè)條件2.與理論循環(huán)不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—?dú)埓娴臍怏w在活塞回行時(shí)，發(fā)生膨脹，使實(shí)際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結(jié)露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動(dòng)發(fā)生相撞。第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理表征Vc的參數(shù)—相對(duì)容積C、容積系數(shù)λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見(jiàn)表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣過(guò)程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數(shù)λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理3）吸氣預(yù)熱的影響由于壓縮過(guò)程中機(jī)件吸熱，所以在吸氣過(guò)程中，機(jī)件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預(yù)熱損失用溫度系數(shù)λt來(lái)衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強(qiáng)對(duì)氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論