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仪器智能化技术 河北联合大学电气工程学院 孙洁 TELE-mail139.com 本课程的性质、目的和任务： 随着微电子学和计算机的飞速发展，传统的电子测量及仪器受到了巨大的冲击，目前生产实际应用中，传统的仪表测控已不多见，更多的是采用智能化仪表或者大型的计算机控制系统来实现不同的控制要求。 作为自动化仪表专业的本科学生，我们不仅要将传统的仪表测控搞清，更要将先进的微电子和计算机技术与传统仪表测控融合起来，这样才能真正掌握现代控制技术。 选用教材： 赵茂泰编著.智能仪器原理及应用.电子工业出版社.1999.3. 主要参考书目： [1]杨吉祥.智能仪器.南京工学院出版社，1986。 [2]张乃国.新型电子示波器.中国计量出版社， 1990。 [3]贾伯年，俞朴主.传感器技术.东南大学出版社，1992.2。 [4]谢剑英.微型计算机控制技术.国防工业出版社，1992.3。 一、自动化的概念 自动化就是在工业生产的设备上配备自动化装置以代替工人的直接劳动，从而使生产在不同程度上自动地进行。那么，这些用自动化装置来管理和控制生产过程的方法则称为自动化。而用相应的自动化装置来管理和控制化工生产过程的则称为化工自动化。 二、自动化的主要内容 1. 自动检测系统 2. 自动信号报警和联锁保护系统 3. 自动操纵及自动开停车系统 4. 自动控制系统 三、 自动控制系统的基本组成 自动控制系统的组成 方块图中， x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差信号；p 指发出信号；q 指出料流量信号；y 指被控变量；f 指扰动作用。当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正反馈。 第一讲：智能仪器的典型结构 【教学目标和要求】 本课程是测控专业类等专业的主要专业课之一、选修课。通过这门课程的学习，使学生进一步掌握仪器智能化技术方面的基础知识及相关电工、电子学的一些基础知识。 【重点与难点】 智能仪器的组成、特点、设计要点，智能仪器的现状和发展。 1.1 智能仪器的组成 ： 一.硬件 1.主机电路（CPU 程序存储器 数据存储器） 2.模拟量输入输出通道（A/D、D/A转换、模拟信号处理电路） 3.人机联系部件与接口电路（键盘、显示器） 4.标准通讯接口（RS-232C）GP-IB 二.软件 1.监控程序（系统软件）键盘分配、操作方式、工作参数设置等 2.接口管理程序（用户程序、应用程序） 1.2 智能仪器通用结构框图：图1-1 1.3 智能仪器的主要特点: 与传统的测控仪表相比较 1、智能仪器使用键盘代替传统仪器中的旋转式开关对仪器实现控制，有利于面板布置的功能部件的设置。 2、智能仪器采用微处理器进行运算和逻辑判断，它按照一定的算法可以很方便地清除由于漂移、增益的变化和干扰的因素所引起的误差（如单片机温度、根数检测的信号误差），从而可以大大地提高仪器的测量精度。 3、具有自诊断功能。 4、人-机对话功能强。 5、能方便地与其它仪器或计算机联用，构成多功能测控系统。 1.4 智能仪器的设计特点: 智能仪器是以微处理器为核心的电子仪器，因此要求设计者不仅要熟悉电子仪器的工作原理，也就是要具备电子、电路的基本知识，而且要掌握微型计算机硬件软件的原理，因而其设计不能完全沿用传统电子仪器的设计方法和手段。 设计、研制智能仪器的一般过程 1.确定设计任务： 根据仪器最终要实现的设计目标，编写设计任务书、明确仪器应具备的功能和应达到的技术指标； 2.制定总体设计方案，选择微处理器芯片： 该阶段，设计者应首先根据设计的要求和一些约束条件，提出几种可能的方案，每个方案应包括仪器的工作原理、采用的技术、关键元器件的性能等。同时要对各方案进行可行性论证，最后确定总体设计方案。 注意：微处理器是核心部件，它的选择非常关键。 3.确定仪器工作总框图： 总体方案和微处理器确定之后，采用自上而下的方法，将仪器划分成若干个便于实现的功能模块，并分别绘制出相应的硬件和软件工作框图。 4.硬件与软件的设计、调试： 一旦仪器工作总框图确定以后，硬件电路和软件电路的设计工作就可以齐头并进。 硬件设计：按模块分别对各单元电路进行电路设计，然后再进行硬件合成，绘制印刷电路板，装配与调试。 软件设计：先分析仪器系统对软件的要求，然后在此基础上进行软件总体设计、模块化设计、流程图及编程语言的选择，最后是软件的分模块调试、整体调试以及与硬件联调。