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第八章 智能仪器设计实例 第一节 智能仪器的设计原则及研制 第二节 固体密度测试仪的研制 第三节 基于DSP处理器的地下管道 漏水检测仪设计 第一节 智能仪器的设计原则及研制步骤 智能仪器的研制开发是一个较为复杂的过程。为完成仪器的功能，实现仪器的指标，提高研制效率，并能取得一定的研制效益，应遵循正确的设计原则、按照科学的研制步骤来开发智能仪器。 一、基本要求 二、设计原则 三、研制步骤 智能仪器设计 一、智能仪器设计的基本要求 无论仪器的规模多大，其基本设计要求大体上是相同的，在设计和研制智能仪器时必须予以认真考虑。 1. 技术(经济)指标及功能 2. 可靠性 3. 便于操作和维护 4. 工艺结构与造型设计 主要技术指标： 精度、分辨能力、测量范围、 工作环境条件、稳定性。 经济指标:研制投入\市场价格\需求量\利税\节能\ 应具备的功能： 输出、人机对话、通信、报警提示、 仪器状态的自动调整等。 1.技术指标及功能应满足要求 2．可靠性要求 仪器可靠性是最突出也是最重要的性能。 直接影响测量结果的正确与否 将影响工作效率 仪器信誉 在线检测与控制类仪器更是如此，由于仪 器的故障造成整个生产过程的混乱，甚至引起严重后果。 应采取各种措施提高仪器的可靠性，从而保证仪器能长时间稳定工作。 可靠性设计与实验： 硬件可靠性设计 软件可靠性设计 EMC设计 在仪器设计过程中，应考虑操作方便，尽量降低对操作人员的专业知识的要求，以便产品的推广应用。 仪器的控制开关或按钮不能太多、太复杂，操作程序应简单明了，从而使操作者无需专门训练，便能掌握仪器的使用方法。 3．便于操作和维护 智能仪器还应有很好的可维护性，为此，仪器结构要规范化、模块化，并配有现场故障诊断程序，一旦发生故障，能保证有效地对故障进行定位，以便更换相应的模块，使仪器尽快地恢复正常运行。 可维护性 故障诊断、可测试性 4．仪器工艺结构与造型设计要求 仪器结构工艺:是影响可靠性的重要因素，首先要依据仪器工作环境条件，是否需要防水、防尘、防爆密封，是否需要抗冲击、抗振动、抗腐蚀等要求，设计工艺结构； 仪器的造型设计:总体结构的安排、部件间的连接关系、面板的美化等都必须认真考虑，最好由结构专业人员设计，使产品造型优美、色泽柔和、外廓整齐、美观大方。 二、智能仪器设计3原则 1.从整体到局部(自顶向下)的设计原则 2.较高的性能价格比原则 3.组合(集成)化与开放式设计原则 在硬件或软件设计时，把复杂的、难处理的问题，分为若干个较简单的、容易处理的问题，然后再一个个地加以解决。 1.从整体到局部设计原则 仪器功能和要求 提出总任务 绘制硬件和软件总功能框图 分解成可独立表征的 一批子任务：单独的实体进行设计和调试 子任务分解： 足够简单容易实现 低级子任务： 采用通用模块 最低的难度 最高的可靠性 2.较高的性能价格比原则 仪器的造价：研制成本、生产成本、使用成本。 设计时不盲目追求复杂、高级的方案。 在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单成熟的方案，意味着元器件少，开发、调试、生产方便，可靠性高。 样机研制成本：系统设计、调试和软件开发，硬件成本不是考虑的主要因素。 生产成本：生产数量越大，每台产品的平均研制费就越低，仪器硬件成本对产品的生产成本有很大影响。 使用成本：维护费、备件费、运转费、管理费、培训费等。 必须综合分析后做出选用方案的正确决策。 3．组合(集成)化与开放式设计原则 设计智能仪器系统面临三个突出的问题： ★ 产品更新换代太快； ★ 市场竞争日趋激烈； ★ 满足用户不同层次和不断变化的要求。 在电子工业和计算机工业中推行一种不同于传统设计思想的所谓“开放系统”的设计思想。 “开放系统”的设计思想 在技术上兼顾今天和明天，既从当前实际可能出发，又留下容纳未来新技术机会的余地； 向系统的不同配套档次开放，兼顾设计周期和产品设计，并着眼于社会的公共参与，为发挥各方面厂商的积极性创造条件； 向用户不断变化的特殊要求开放，兼顾通用的基本设计和用户的专用要求。 开放式系统设计的具体方法 基于国际上流行的工业标准微机总线结构，针对不同的用户系统要求，选用相应的有关功能模块组合成最终用户的应用系统。 系统设计者将主要精力放在分析设计目标，确定总体结构，选择系统配件等方面，而不是放在部件模块设计及用于解决通用软件的开发设计上。