《測控儀器設(shè)計(jì)》第八章 智能儀器設(shè)計(jì)

第八章

智能儀器設(shè)計(jì)技術(shù)1第一節(jié)智能儀器概述一、智能儀器的原理與組成2二、智能儀器特點(diǎn)（1）自動(dòng)化程度更高；（2）測控功能更強(qiáng)大；（3）測控精度更高；（4）測量范圍更寬；（5）通信功能更強(qiáng)；（6）可靠性更高；（7）集成度更高；（8）具有可控編程操作能力；（9）友好的人機(jī)對(duì)話功能。3三、智能儀器發(fā)展歷程與趨勢（1）智能儀器的微型化；（2）智能儀器多功能化；（3）智能儀器AI化；（4）智能儀器網(wǎng)絡(luò)化；（5）智能儀器虛擬化；4第二節(jié)智能儀器硬件設(shè)計(jì)一、測量電路的設(shè)計(jì)1、測量電路的作用及組成5智能采樣電路自動(dòng)量程切換電路智能調(diào)理技術(shù)組成二、智能儀器的中央處理電路6（1）基于單片機(jī)的中央處理器電路設(shè)計(jì)；（2）基于DSP的中央處理器電路設(shè)計(jì)；（3）基于PLC的中央處理器電路設(shè)計(jì)；（4）基于ARM的中央處理器電路設(shè)計(jì)；1、基于微處理器的中央電路的設(shè)計(jì)7微處理器單片機(jī)DSPPLCARM性質(zhì)芯片芯片設(shè)備芯片內(nèi)存容量較小較大最大較大運(yùn)行速度較低最快較快較快體積小小大小功耗較低較低較高一般抗干擾最差中等最高一般可靠性較低一般最高一般穩(wěn)定性最差一般最高較好可擴(kuò)展性較好較差好一般可維護(hù)性較差較好最好較好通訊能力較弱強(qiáng)強(qiáng)較強(qiáng)開發(fā)周期短長較短較短應(yīng)用領(lǐng)域各種領(lǐng)域運(yùn)算控制各種領(lǐng)域價(jià)格較低較高高一般表8.2不同微處理器的性能對(duì)比基于單片機(jī)的中央處理系統(tǒng)的特點(diǎn)8①可靠性高：其工業(yè)抗干擾能力強(qiáng)，不易破壞；硬件集成度高。②易擴(kuò)展：管腳豐富，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。③控制功能強(qiáng)：滿足工業(yè)控制要求，邏輯操作以及位處理功能。

④存儲(chǔ)器容量?。阂话鉘OM為幾k字節(jié)，RAM僅有幾百字節(jié)。⑤體積小

特別適用于小型測控儀器和便攜式測控儀器。常用的單片機(jī)DSP，PLC，ARM，F(xiàn)PGA等.9

2、基于計(jì)算機(jī)的中央處理系統(tǒng)外接式測控儀器構(gòu)成10組合式測控儀器構(gòu)成11第三節(jié)、儀器軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、軟件系統(tǒng)的作用與特點(diǎn)：1）實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件控制和管理2）擴(kuò)展了功能：提高分辨率和精度、信號(hào)分離、多功能數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)交換、智能化控制等復(fù)雜的功能3）界面友好：操作簡單、使用方便、人機(jī)性好。4）完成特定的信息處理任務(wù)：曲線擬合、圖像處理、目標(biāo)識(shí)別12軟件系統(tǒng)大大提高了儀器的設(shè)計(jì)水平！二、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則1、實(shí)用性：滿足儀器的功能要求2、先進(jìn)性：先進(jìn)成熟的技術(shù)手段3、可擴(kuò)充性：架構(gòu)易于升級(jí)4、靈活性：模塊化設(shè)計(jì)5、規(guī)范性：遵守軟件編寫規(guī)范6、系統(tǒng)性：在儀器總體下考慮，“以軟代硬”13三、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和過程1、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法：結(jié)構(gòu)化分析、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)化編程2、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)：抽象（對(duì)象-類）、封裝性、共享性（繼承、多態(tài)）14四、常用的軟件1、開發(fā)工具軟件：VisualStudio,Labview,QT,JAVA,Phython2、數(shù)據(jù)庫軟件:Access、FoxPro、Paradox、SQLServer、Informix、Oracale等。3、數(shù)據(jù)處理分析軟件:Excel，Phython,matlab等4、工程設(shè)計(jì)軟件：機(jī)械（UG,CERO,SOLIDWORK等），電氣（PROTEL，CADENCE,MENTOR）,光學(xué)（CODEV,ZEMAX,OSLO）15五、常用的算法1、數(shù)字濾波技術(shù)2、非線性校正技術(shù)3、智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)16六、故障診斷技術(shù)1、故障診斷檢測性能指標(biāo)；2、故障診斷診斷性能指標(biāo)；3、故障診斷綜合性能指標(biāo)；4、故障診斷的主要方法有。17補(bǔ)充內(nèi)容：軟件系統(tǒng)引入的誤差分析和處理1）圖像處理算法的誤差：用多次測量的標(biāo)準(zhǔn)差來表示。

改進(jìn)措施：通過算法的優(yōu)化和像素的細(xì)分算法2）圖像數(shù)據(jù)的標(biāo)定引入的誤差：像素當(dāng)量的計(jì)算

改進(jìn)措施：提高標(biāo)定器件精度和標(biāo)定方法精度3）圖像像素分辨率計(jì)算:軟件顯示的有效位數(shù)

改進(jìn)措施：盡量選用小尺寸像元的成像器件182.圖像處理的誤差：1.數(shù)據(jù)處理的誤差：保證計(jì)算公式正確，減少原理誤差；采用誤

差補(bǔ)償方法；處理結(jié)果要顯示有效位數(shù)。第四節(jié)、典型