电子系统设计精品教学（温州大学）第十一章智能仪器及其新发展.pptVIP

第11章 智能仪器 温州大学物理与电子信息工程学院 授课章节：第10章 智能仪器 【教学目标和要求】 1、了解智能仪器的发展过程、现状和未来发展的趋势。 2、掌握智能仪器的组成原理、基本结构和主要性能特点。 3、相关总线知识 4、智能仪器设计 1.仪器仪表定义、作用、行业分类 仪器仪表是信息获取的工具、是认识世界的工具，是一个系统或装置。 最基本的作用：是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。 第1节 从传统仪器仪表到智能仪器 2、八类测试计量仪器 ■几何量 ■机械量 ■热工量 ▲光学参数 ▲电离辐射 ★时间频率 ★电磁量 ★电子参数 三代仪器仪表： ●第一代为指针式（或模拟式）仪器仪表 ●第二代为数字式仪器仪表 ●第三代就是智能式仪器仪表 含有微计算机或微处理器的测量仪器，由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，有着智能仪器的作用，主要表现为智能的延伸或加强。 3、智能仪器的概念与历史 1984年：我国仪器学会成立“自动测试与智能仪器专业学组”； 1986年：IMEKO(国际测量联合会)以“智能仪器”为主题召开了专门的讨论会； 1988年：IFAC (国际自动控制联合会) 的理事会正式确定“智能元件及仪器”。 近年来，智能仪器已开始从较为成熟的数据处理向知识处理发展。 模糊判断、故障诊断、容错技术、传感器融合、机件寿命预测等，使智能仪器的功能向更高的层次发展。 第2节 智能仪器的分类、基本结构与特点 智能仪器四个层次 高级 智能 人工智能 趋势 模型化 系统辨识、模式识别 初级智能 计算机、信号处理 聪敏 电子、传感、测量 兼容 聪敏仪器类 初级智能仪器类 模型化智能仪器类 高级智能仪器类 1.分类 2、智能仪器的基本结构 其结构可有两种基本类型: 　　●微机内嵌式　　●微机扩展式 将单片或多片的微机芯片与仪器有机地结合在一起形成的单机。 以个人计算机(PC)为核心的应用扩展型测量仪器。个人计算机仪器(PCI)或称微机卡式仪器。 智能仪器的基本组成和结构 个人仪器结构图 普通台式PCI 工控机PCI 笔记本PCI 个人仪器结构图 个人计算机 总线扩展槽 软件 仪器插件 通用接口 仪器插件 仪器插件 电源 PC总线 GPIB总线 扩展底板或外部插件箱 … 1 2 n ◆测量过程的软件控制： CPU→ 软件控制测量过程 “以软代硬” →灵活性强、可靠性强 ◆数据处理 ： 随机误差、系统误差、非线性校准等处理→改善测量的精确度 数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、 相位谱、功率谱等信号分析 →提供更多高质量的信息量 ◆多功能化 ：一机多用 如智能化电力需求分析仪 3、智能仪器的特点 第3节 推动智能仪器发展的主要技术 传感器技术 A/D等新器件的发展将显著增强仪器的 功能与测量范围 单片机 DSP的广泛应用 ASIC、FPGA／CPLD技术 LabVlEW等图形化软件技术 网络与通信技术 1、传感器技术 为适应智能仪器发展的需要，各种新型传感器不断涌现。 聋哑传感器(Dumb Sensor) 智能传感器(Smart Sensor) 网络化传感器(Networked Sensor) 它的设计指导思想是把外部信息变换成模拟电压或电流信号。这类传感器的输出幅值小，灵敏度低，而且功能单一，因而被称为“聋哑传感器”。 聋哑传感器 微处理器和传感器得以结合，产生了具有一定数据处理能力，并能自检、自校、自补偿的新一代传感器——智能传感器。 智能传感器 将网络接口芯片与智能传感器集成起来并使通信协议固化到智能传感器的ROM中时，就产生子网络传感器。 网络传感器 A／D等电路与微处理器集成在一块(称为混合电路)，实现智能仪器的多功能化。 2、A/D等新器件增强仪器的功能与测量范围 3.单片机、DSP处理器广泛应用 单片机:8031、8051、89C51、MSP430 4、ASIC、FPGA／CPLD技术 ASIC(Application Specific Integrated Circuits，专用集成电路) FPGA(Field Programmable Gates Array，现场可编程门阵列) CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件) 比较典型的有Xilinx公司的FPGA器件系列 Altera公司的CPLD器件系列。 NI（National Instruments）公司19