一智能科技全面振兴
当今的智能科技分支林立，蓬勃兴旺，在国内外已获得了飞速发展，诸如模糊逻辑、遗传算法、神经网络、专家系统、仿人智能、粗糙集理论、物元可拓方法、知识工程、模式识别、定性控制、小波分析、分形几何、混沌控制、数据融合技术等等，真可谓是八仙过海，各显神通。其各有所长，分别组合，取长补短，相得益彰。
人工神经网络是当今智能科技中的基础技术，它的连接机制与人工智能的符号推理机制并列，成为智能科技的两大阵营。它模拟人脑的解剖生理学特征，用许多并行的简单神经元，以一定的拓扑结构连结成网，既接受外界信息，又相互刺激，更擅长于分布存储，联想记忆，反馈求精，黑箱映射，权值平衡，动态逼近，全息存录，容错防失，加之以神经元巨量互连，形成强大的自学习、自适应、自组织、自诊断、自修复能力，其网络节点间权值强度不断反馈，动态分析，与语言、视听人机接口的密切配合，可自动获取人类专家丰富的知识与经验，并模拟人脑的逻辑推理、形象思维以至灵感突现，恰如其分地处理各种不准确、不完善、不确定的信息，推理得出正确结论。
模糊逻辑模仿人脑的不确定性概念判断、推理思维方式，对于模型未知或不能确定的描述系统，以及强非线性、大滞后的控制对象，应用模糊集合和模糊规则进行推理，表达过渡性界限或定性知识经验，模拟人脑方式，实行模糊综合判断，推理解决常规方法难于对付的规则型模糊信息问题。模糊逻辑善于表达界限不清晰的定性知识与经验，它借助于隶属度函数概念，区分模糊集合，处理模糊关系，模拟人脑实施规则型推理，解决因“排中律”的逻辑破缺产生的种种不确定问题。
遗传算法是一种以“电子束搜索”特点抑制搜索空间的计算量爆炸的搜索方法，它能以
解空间的多点充分搜索，运用基因算法，反复交叉，以突变方式的操作，模拟事物内部多样性和对环境变化的高度适应性，其特点是操作性强，并能同时避免陷入局部极小点，使问题快速地全局收敛，是一类能将多个信息全局利用的自律分散系统。运用遗传算法(GA)等进化方法制成的可进化硬件(EHW)，可产生超出现有模型的技术综合及设计者能力的新颖电路，特别是GA独特的全局优化性能，使其自学习、自适应、自组织、自进化能力获得更充分的发挥，为在无人空间场所进行自动综合、扩展大规模并行处理(MPP)以及实时、灵活地配置、调用基于EPGA的函数级EHW，解决多维空间中不确定性的复杂问题开通了航向。
专家系统是收集应用人类专家的知识和经验，模仿专家处理知识和解决问题的方法，编制成计算机智能软件系统，在通过人机结合不断获得反馈信息的情况下，实时在线地对规则、事例和模型实行独立决策的一种问题求解或控制系统。这种计算机智能系统具有启发性、透明性和灵活性，在不受时间、空间和环境影响情况下，高效率、准确无误、周密全面、迅速不疲倦地完成工作，其解决问题能力和知识的广博性可超过人类专家，又克服了人类专家因疏忽、遗忘、紧张、疲倦等干扰因素造成的偏差和错误，因而其推广、应用具有巨大的经济和社会效益。
模式识别是模拟人脑形象思维，根据事物的特征、形象或关系，辨识、判定和处理事物的一种智能决策方法和技术，它广泛应用于科研生产中，是一种具有重大价值的技术方法。
粗糙集理论则是在离散归一化处理其在测量中所得的数据集合，通过基于集合元素的不可分辨关系的代数运算，利用条件与结果属性中的大量有用特征、有效数据发现知识，在决策规则的初步简化计算中取得核值，然后进一步简化规则并根据问题要求选取最小决策算法给予实际应用，去除大量信息中的多余属性，降低信息空间的维数和属性数量。它可大大简化网络结构和样本数量，缩短训练时间，是智能科技中一种具有根本意义的分析方法。这种方法是基于测量数据集而获取知识的，故对虚拟仪器的智能化发展具有重大意义。
混沌运动是确定性系统中局限于有限相空间的高度不稳定运动，是无序中的有序，它使事物在长时间的行为中显示出表面上的某种混乱。混沌现象的特征是“非周期背后隐藏的有序性”以及“对初始条件的敏感依赖性”，充分利用混沌特征，在智能信息处理中实施非线性决策和预测、非线性系统辨识、模式识别、图像数据压缩、高性能保密、多目标搜索，以及无限丰富、精彩绝伦的计算机绘画等种种神奇应用。
分形理论研究非线性系统产生的不光滑和不可微的几何形体及其内在结构的比例自相似性，为研究掌握自然界一切复杂事物的运动变化规律提供了强有力的工具和方法。
小波分析是现代分析数学这棵大树的主干和最完美的结晶。从形象直观上看，小波是指人们可以观察到的最短、最简单的正负相同、具有衰减性的振荡波；而从数学上说，小波函数f(t)是具有其中心三个条件的窗口函数，它既能刻划信号在时域和频域的局部化特性，又能完全保留信号的全部信息，而且具有变焦距性质，即对于只在瞬间出现的高频信号具有很窄的时间窗口，而在低频段又具有很宽的不同尺度的变换。小波分析的实质是反映事物世界的波粒二重性以及局部与整体多层次展现的辩证关系，其最吸引人的特点就在于时频定位和多尺度近似能力，在自适应控制、鲁棒控制、非线性控制、过程辨识、神经网络等众多领域都取得了丰硕的成果。
分形与混沌是本质上一致的两个方面。混沌事件在不同的时间表现出相似的变化模式，而分形则是在空间标度下表现的相似性。混沌所关注的是其复杂的不稳、发散、收敛的过程，而分形则是刻画混沌运动的直观的几何语言。混沌、分形和小波分析的有机结合有着极丰富的内涵和深刻的哲理，它必将为材料分子自动组装、高速基因测序及高效蛋白质结构预测等重大的精微科技难题的解决提供强有力的工具，也将为仪器仪表的虚拟化、网络化和智能化开拓出光辉前景。
物元可拓方法是在多种已知的一般决策的比较和优选的基础上，根据各层次、各阶段产生的不相容的矛盾问题的需要，进而突破常规地、拓展性地采取创造性决策技巧，抓住关键策略，最大限度地满足主系统、不相容的矛盾转化为相容关系，从而实现全局性最佳决策目标。它是在复杂系统中化解次要矛盾，解决主要矛盾和关键性难题的有力手段，也将会对仪器仪表的虚拟化、网络化和智能化的发展进程作出重大贡献。
数据融合技术是对多信息源测得的数据，根据其在整个系统的重要性和可信度分配以不同的权值比重，综合计算出该特征属性总体最优化表征值的一种技术方法。它是一种对复杂事物属性的优化测量和表征技术，对高技术开发研究具有极重要的意义。
总之，当今世界的智能科技正在飞速、全面地向前发展。
二智能科技在仪器仪表及测量中的应用
智能自动化技术的应用正在全面渗入到仪器仪表工业。
(1)在仪器仪表结构、性能改进中的应用
首先，智能自动化技术为仪器仪表与测量的相关领域的应用开辟了广阔的前景。运用智能化软硬件，使每台仪器或仪表能随时准确地分析、处理当前的和以前的数据信息，恰当地从低、中、高不同层次上对测量过程进行抽象，以提高现有测量系统的性能和效率，扩展传统测量系统的功能，如运用神经网络、遗传算法、进化计算、混沌控制等智能技术，使仪器仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能。
其次，也可在分散系统的不同仪器仪表中采用微处理器、微控制器等微型芯片技术，设计模糊控制程序，设置各种测量数据的临界值，运用模糊规则的模糊推理技术，对事物的各种模糊关系进行各种类型的模糊决策。其优势在于不必建立被控对象的数学模型，也不需大量的测试数据，只需根据经验，总结合适的控制规则，应用芯片的离线计算、现场调试，按我们的需要和精确度产生准确的分析和准时的控制动作。
特别是在传感器测量中，智能自动化技术的应用更为广泛。用软件实现信号滤波，如快速傅立叶变换、短时傅立叶变换、小波变换等技术，是简化硬件，提高信噪比，改善传感器动态特性的有效途径，但需要确定传感器的动态数学模型，而且高阶滤波器的实时性较差。运用神经网络技术，可实现高性能的自相关滤波和自适应滤波。充分利用人工神经网络技术强有力的自学习、自适应、自组织能力，联想、记忆功能以及对非线性复杂关系的输入、输出间的黑箱映射特性，无论在适用性和快速实时性等各方面都将大大超过复杂函数式，可充分利用多传感器资源，综合获取更准确、更可信的结论。其中实时与非实时的、快变与缓变的、模糊和确定性的数据信息，可能相互支持，也可能相互矛盾，此时，对象特征的提取、融合，直至最终决策，作出正确的判断，将成为难点。于是神经网络或模糊逻辑将成为最值得选用的方法。例如，气体传感阵列用于混合气体识别，在信号处理方法上可采用自组织映射网络和BP网络相结合，先进行分类，再识别组分，将传统方法的全程拟合转化为分段拟合，以降低算法的复杂度，提高识别率。又如，食品味觉信号的检测和识别的难度，曾一度是研究与开发单位的主要障碍所在。如今可利用小波变换进行数据压缩和特征提取，然后将数据输入用遗传算法训练过的模糊神经网络，则大大提高了对简单复合味的识别率。再如，在布匹面料质量的评定，柔性操作手对触觉信号的处理，机器的故障诊断领域，智能自动化技术也都取得了大量的成功实例。
(2)在虚拟仪器结构设计中的应用
仪器与测量技术和计算机技术的结合，不但大大提高了测量精确度与智能自动化水平，特别是计算机的硬件软化和软件模块化的虚拟仪器的迅猛发展，以及其与网络化系统资源程序的统一和优化性能配置，为仪器仪表的智能化水平的迅速提高，创造了越来越优越的条件。
在仪器仪表结构设计中，仪器厂家过去都是以源代码形式向用户提供智能虚拟仪器即插
即用的仪器驱动器，为了简化最终用户的使用操作与开发过程，不断提高运行效率，以及编程质量和编程灵活性，相关仪器厂家在VXI即插即用的总线仪器驱动器标准的基础上作出了一套新的智能化仪器驱动软件规范，在虚拟仪器结构与性能上进行了下述多方面改进。
首先，考虑要兼顾用户的直观、易用与尽可能提高运行效率，并保持原来VXI总线即插即用标准的高层编程接口，以提供相同的功能函数调用格式。
其次，在最新Labwindows/CVI 5.0内建的开发工具基础上，运用智能化手段，使智能虚拟仪器(IVI)的仪器驱动器代码，可以在人机交互作用下自动生成，这样既简化了大量编程工作量，又统一了驱动器代码的编程结构和风格，还大大方便了不同水平用户的使用和维护。
再次，应用一系列智能手法，识别、跟踪和管理所有各种仪器状态和设置，使用户能直接进入所有低层设置，并通过智能状态管理，使用户可根据需要，在“测试开发”和“正常运行”两种模式之间随意切换。在“测试开发”模式下，驱动器可智能自动化地完成一系列状态检查，以帮助发现各种编程错误。当程序调试正常投入使用后，用户即可切换到“正常运行”模式，以使驱动软件高速运行。这样既保证了仪器的安全性和可靠性，又可使软件随时投入高速运行，尽可能提高其运行效率。
另外，也由于采用了各种智能化方法，使驱动器可实现多线程同时安全运行，进行多线程并行测试；同时，驱动器还具有强大的仿真功能，可以在不连接实际仪器的情况下，开发测试程序。
最后一个特点是驱动器运行只与测试功能相关，而与仪器采用的接口总线方式无关，只通过一个初始化函数In it with Options来区分仪器接口总线和地域的异用。
总之，由于虚拟仪器采用了一系列智能自动化手段，彻底改变了以往VXI总线即插即用标准仪器驱动器的运行效率低，编程的结构、风格不一致，编程困难，质量低，工作量大，
使用、维护麻烦等等一系列缺陷，从而在高效、高质量、安全可靠、使用方便、灵活的条件下实现全面地统一运行，显示出智能自动化技术对虚拟仪器以至整个仪器仪表工业高速发展的深远影响。
(3)仪器仪表网络化中的应用
由于仪器与计算机一旦组成网络，即可凭借智能化软硬件(诸如模式识别、神经网络的自学习、自适应、自组织和联想记忆功能)，充分发挥灵活调用和合理配置网上各种计算机和仪器仪表的各自资源特性和潜力，产生1+1>2的组合优势。例如，目前已可使用连接到Web 的数字万用表和示波器，通过因特网和模式识别软件区别不同的时空条件和仪器仪表的类别特征以及测出临界值，作出不同的特征响应；也可使用分布式数据采集系统代替过去单独使用的数据采集设备，以至可跨越以太网或其他网络，实施远程测量和采集数据，并进行分类的存储和应用。
网络化的智能测量环境将网上各种类型，不同任务的计算机和仪器仪表有机地联系在一起，完成各种形式的任务要求，如在某地采集数据后送往各种需要这些数据的地方，把相同数据按需拷贝多份，送往各需要部门；或者定期将测量结果送往远方数据库保存，供需要时随时调用。而多个用户可同时对同一过程进行监控，例如各部门工程技术人员、质量监控人员以及主管领导人员可同时分别在相距遥远的各地监测、控制同一生产运输过程，不必亲临现场而又能及时收集各方面数据，进行决策或建立数据库，分析现象规律。一旦发生问题，可立即展现眼前或重新配置，或即时商讨决策，立即采取相应措施。
另外，智能重构信息处理技术也将为仪器仪表创造更广阔的活动舞台。结合了计算机与专用集成电路(ASIC)优点的可重构计算机，不仅要根据不同的计算任务对大量的可编程逻辑单元阵列(FPGA)作出灵活的相应配置，其指令级、比特级、流水线级以至任务级的并行计算，使其运行速度达到通用计算机的数百倍以上。
综上所述，随着智能自动化技术应用的日益深入及应用范围与规模的不断扩大，我国的仪器仪表产业的发展水平必将快速迈向更高阶段。
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智能仪表的温度控制系统 摘要：随着总线智能仪表技术的不断发展，智能化数字仪表功能和应用日益广泛。本系统是基于CPLD和A T89S52单片机设计采用专家PID控制的总线型温度控制系统。系统具有稳定度高、精度高和抗干扰能力强的优点，并且可以在工业生产过程中进行实时监控，具有将监控数据远程传输给控制终端的能力。应用实践证明，系统各方面均较为完善，具有很好的应用意义和市场价值。 关键词：温度控制；CPLD；PID控制；智能模糊算法 1 温控系统现状 智能仪表中的微处理器具有一定的数据存储和处理能力,在软件的配合下,智能仪表功能可以大大增强,用于温度测量的温度传感器如热电偶、热电阻,因其温度与热电势(或电阻)的关系是非常复杂的曲线关系,因此寻求合适的温度与热电势(或电阻)的关系式,以应用于温度测量及计算,是决定智能仪表温度测量精度高低的关键。 随着现代科学技术的迅速发展及工业控制中自动化要求的提高，对现场检测控制仪表的智能化程度的要求也越来越高,并且要求仪表具备较强的远距离通信的功能,智能仪表逐渐向数字化、网络化和智能化方向发展。在现代工业生产作业中，温度控制是各种工业生产过程中的重要因素。尤其是在钢铁、食品、化工、冶炼等行业的生产过程中，更加需要严密的温度控制系统。而且在这样的系统中通常是需要监测和控制多个温度参数并且需要将数据远程传输到控制终端。在以往的温度控制系统中，通常有以下的不足和缺陷：系统精确度不够，只能检测单个温度参数；温度控制仪表中检测使用电压较低，不能直接应用于控制的对象系统。基于以上的考虑，在设计系统的过程中增加了相应的功能，以便提高系统对整体效率和性能。系统采用AT89S52为核心控制器，利用A\D转换器和模糊智能算法实现四路温度监测和控制功能，并能通过远程通信传输到控制终端。 2 系统设计 系统主要组成模块：AT89S52 单片机、CPLD、信号输入、信号输出以及串口通信，如图1 所示。单片机电路：采集键盘的输入信号、串行端口的传输信号、液晶屏幕的显示信号、过零检测信号处理。CPLD模块：产生PWM控制信号，利用PWM输出的控制信号来控制加热器件的工作状态。功率控制电路模块：采用可控硅输出光耦的耦合形式，利用关断与导通的时间比值作为参数调节器件的功率。芯片采用MOC3081，是零触发双向可控硅模式芯片。这种设计方式可以减少后续功能器件对前端器件模块稳定性的影响。
《智能仪器原理及应用》测试题 一、填空题（每空1分共25分） 1、模拟量输入通道包括、。 2、为了将A/D转换器中的运算放大器和比较器的漂移电压降低，常采用 技术。 3、克服键抖动常采用的措施、。 4、总线收发器的作用。 5、最基本的平均滤波程序是，改进型 有、、。 6、多斜式积分器有，其优点是，还有一种是，其作用是。 7、在通用计算机上添加几种带共性的基本仪器硬件模块，通过软件来组合成各种功能的仪器或系统的仪器称为 或。 8、ADC0809，假定REF+=+5V，VREF-接地，则模拟输入为1V时，转换成的数字量为，若REF+=+2.5V，VREF-接地则模拟输入为1V时，转换成的数字量为 9、数字存储示波器可预置四种触发方 式、、、。 10、智能仪器自检方式有三种、、。 二、简答（每题5分共35分） 1、简述自由轴法测量原理。 2、系统误差的处理方法。 3、简述三线挂钩过程及作用。 4、智能仪器的设计要点。 5、若示波器屏幕的坐标刻度为8×10div，采用10位A/D，2K 存储器，则该示波器的垂直与水平分辨率各为多少？
6、简述线路反转法原理。 7、简述D/A双极性输出电路原理 三、综合 1、（20分）在一自动控制系统中，有温度、压力、流量三个待测量，试设计一测量电路，要求使用8位A/D，4位LED及相关逻辑电路。 （1）画出硬件连接图 （2）写出器件型号（CPU、A/D） （3）根据连接图，写出三通道的地址。 （4）简述测量过程。 2、（20分）下图为某一通用计数器框图 (1) 要测量10Hz的信号，试计算应选用的时标及闸门时间。 (2) 简述测量过程 (3) 其最大计数误差是多少？ (4)为减小误差，应采用什么方法？ 《智能仪器设计基础》试题 一、判断题（每题 2 分，共 20 分） 1. 因中值滤波满足比例不变性，所以是线性的滤波器。（） 2. 基准电压Vr 的精度和稳定性影响零位误差、增益误差的校正效果。（） 3. 测量获得一组离散数据建立近似校正模型，非线性校正精度与离散数据精度无关，仅与建模方法有关。（）
西安理工大学 欧阳学文 研究生课程论文/研究报告 课程名称：智能仪器 课程代号：030416 任课教师：赵怀军 论文/研究报告题目：智能仪器的研究现状与发展趋势 完成日期：2016年7 月19日 学科：仪器仪表工程 学号： 姓名： 成绩： 目录 1.研究现状2 1.1智能仪器的历史沿革4 2.发展趋势5
2.1智能仪器的组成5 2.2智能仪器的发展趋势6 (1)微型化7 (2)多功能化7 (3)人工智能化8 (4)融合ISP和EMIT技术8 (5)网络化9 (6)虚拟仪器是智能仪器发展的新阶段9 2.3智能仪器与数据采集系统的发展趋势10 (1)独立式智能仪器及自动测试系统10 (2)个人仪器与VXI仪器系统11 3.总结12 4.主要参考文献13 1.研究现状
测试仪器是实现测试的基本工具。测试仪器发展至今，主要经历了四个阶段： （1）模拟仪器 早期的模拟仪器是基于物理定律产生的，如安培表、伏特表等。这种仪器的共同特征是带有表盘和机械表针，靠人读取被测量，因而误差大，精度低。到20世纪50年代，随着电子技术的兴起，出现了电子仪器仪表，如电子示波器、信号发生器等。 （2）数字仪器 数字仪器是将对模拟信号的测量转化为对数字信号的测量，并以数字形式显示和输出测量结果，如数字电压表、数字电流表等。 （3）智能仪器 智能仪器是将微处理器置入数字仪器中，实现数据存储、数据处理、逻辑判断、仪器自检等功能。[10]含有微计算机或微处理器的测量仪器，由于拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动操作等功能，有着一定的智能作用，因而被称为智能仪器。智能仪器是计算机技术向测量仪器移植的产物。近年来，随着迅猛发展的微计算机和微电子等技术渗透到测量和仪器领域，智能仪器已开始从数据处理向知识处理发展，其概念内涵日益延拓。 （4）虚拟仪器 现代科学技术的飞速发展，高度自动化的工业化大生产迫切需要功能更强大、成本更低廉、系统更灵活的新一代测试仪器。计算机总线技术、软件技术及相关技术的发展，使
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/a815230623.html, 浅谈智能仪表的前景和特点 作者：闫森 来源：《中国科技博览》2015年第24期 [摘要]智能仪器仪表技术是一门集电子技术、单片机技术、自动化仪表、自动控制技术、计算机应用等于一体的跨学科的专业技术。随着微电子和计算机技术的快速发展，智能测量与控制仪表的发展，在不同的总线和网络相关的产业前景和百老汇显示，越来越成为一个重要的问题，最关注的行业和专业人士。因此，知识和理解的智能仪表的特点、发展趋势和应用前景是非常重要和必要的。 [关键词]智能仪表；前景；特点；数控自动化 中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0301-01 微电子技术和计算机技术的发展，引发了仪器结构的根本改变以单片机为主体，将计算机与检测技术，形成了新一代“智能仪表在测量过程自动化，测量数据的处理，和功能的多样性与常规测量电路的传统方法相比，有了很大的进步。传统仪器不能轻易或智能电表不仅可以解决需要解决的问题，它还简化了硬件电路，提高了仪器的可靠性更容易实现高精度的目标，高性能和多功能。随着科学技术的发展，智能仪器的程度越高。智能仪表不仅能完成各种物理量显示在发送输出，继电器控制输出，如通信、数据的多功能。近年来，智能测量控制仪表的发展尤为迅速。国内市场上出现了各种各样的智能测量控制仪表，如智能化的自动压差补偿节流式流量计，开展智能温度控制仪表程序，对各种复杂的智能调节器的数字PID控制法，以及用于光谱分析和智能气相色谱数据处理。 一.智能仪表的特点 1.1 测量数据的存储和处理，是智能测试系统的主要优点。比较数据的分析和处理传统的测试系统，为实时处理和测量结果修正智能测试系统软件，不仅使人们从繁重的手工数据处理操作，大大提高了精度，而且信号数字滤波器的采集，时域和频域分析，以获取更多的信息。此外，由于采用单片机或微控制器的智能仪表，使许多原来的硬件逻辑难以解决或无法使用的软件解决方案，在一个非常灵活的方式解决问题。 1.2 对测量过程的控制和数据处理功能的软件的智能化仪器，这使得它可以一机多用。智能电力需求分析应用于电力系统，例如，不仅可以测量不同功率，功率，电源电压，电流，功率因数，频率，也可以预设电源计划，并结合自动测量，打印，警告和许多其他功能。 1.3 测量过程是在软件的控制下，系统CPU的指挥下，按照软件程序，常数值处理，各种转换，逻辑，驱动执行机构完成一个特定的动作，使系统工作按一定的顺序。例如：键盘扫描和测量范围的选择，开关闭合，数据采集，传输和处理，以及显示和打印或是单片微控制器控
第一章绪论 1、内含微型计算机并带有GP-IB等通信接口的电子仪器称为智能仪器。智能仪器实际上一个专用的微型计算机系统，它由硬件和软件组成。 2、硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入\输出通道、人-机接口电路、通信接口电路。 3、主机电路用来存储程序、数据并进行一系列的运算和处理，它通常由微处理器（MPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）以及输入\输出接口电路等组成。 4、模拟量输入/输出通道常用来输入/输出模拟信号，主要由A/D转换器、D/A转换器和有关的模拟信号处理电路等组成。 5、人-机接口电路的作用是沟通操作者和仪器之间的联系，主要由仪器面板中的键盘和显示器组成。 6、通信接口电路常用于实现仪器与计算机的联系，以便使仪器可以接受计算机的程控命令。 7、软件部分主要分为监控程序和接口管理程序程序两部分。 8、监控程序是面向仪器面板键盘和显示器的管理程序：通过键盘输入命令和数据，以对仪器的功能、操作方式与工作参数进行设置；根据仪器设置的功能和工作方式，控制I/O接口电路进行数据采集、存储；按照仪器设置参数，对采集的数据进行相关处理，以数字、字符、图形等形式显示测量结果、数据处理的结果及仪器的状态信息。 9、接口管理程序是面向通信接口的管理程序：接受并分析来自通信接口总线的远控命令；进行有关的数据采集与数据处理；通过通信接口送出仪器的测量结果、数据处理的结果及仪器的现行工作状态信息。 10、智能仪器的特点：a、智能仪器使用键盘代替传统仪器中的旋转式或琴键式切换开关来实施对仪器的控制，从而使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排不再相互限制和牵连； b、微处理器的运用极大地提高了仪器的性能； c、智能仪器运用微处理器的控制功能，可以方便地实现量程自动转换、自动调零、自动校准、自诊断等功能，有力改善了仪器的自动化测量水平； d、智能仪器具有友好的人-机对话的能力； e、智能仪器一般配有GB-IB或RS-232等通信接口，使智能仪器具有可程控操作的能力。 11、VIX总线系统一般由计算机、VIX仪器模块和VXI总线机箱构成。 12、虚拟仪器是通用计算机上添加几种带共性的基本仪器硬件模块，通过软件组合成各种功能的仪器或系统仪器设计思想。 13、微处理器的选择：数据处理能力；内部资源I/o口数量；使用环境的特殊要求；价格、订货、周边元件的选择；开发成本、维护成本。 第二章智能仪器的模拟量输入/输出通道 1、把A\D转换器及其接口称为模拟量输入通道，把D\A转换器及相应的接口称为模拟量输出通道。 2、A\D转换器是将模拟量转换为数字量的器件，这个模拟量泛指电压、电阻、电流、时间等参量，但一般情况下，模拟量指电压而言。 3、A\D转换器的评价指标 a、分辨率与量化误差 分辨率是衡量A\D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标。其分辨率取决于A\D转换器的位数。 量化误差是由于A\D转换器有限字长数字量对输入模拟量进行离散取样而引起的误差，提高分辨率可以减小量化误差。 b、转换精度 转换精度反映了一个实际A\D转换器与一个理想A\D转换器在量化值上的差值，用
《智能仪器原理及设计》报告 专业： 学号： 姓名：
目录 1.1 设计要求 (3) 1.2 设计过程 (3) 1.2.1 设计总体方案 (3) 1.2.2 器件的选择 (4) 1.2.3 电路设计 (7) 1.2.4 软件设计 (9) 1.3 总结 (12)
基于单片机的温度传感器设计 1.1 设计要求 实现室温测量，并使用液晶屏显示实时温度。 1.2 设计过程 1.2.1 设计总体方案 根据系统的设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89C52为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。 采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。便于单片机处理及控制，节省硬件电路。且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形性能好，在0～100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C52构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。这样一条总线上可挂接多个DS18B20传感器，实现多点温度测量，轻松的组建传感网络。 采用液晶显示器件，液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的工艺兼容性高，只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数。 该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C52单片机上，经过单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器液晶屏显示实现。检测范围-55摄氏度到125摄氏度。 按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。 数字温度计总体电路结构框图如图1所示 图1 数字温度计总体电路结构框图
智能仪表及其技术发展历程与优势特点 智能仪表建立在微电子技术发展的基础上，超大规模集成电路的嵌入，将CPU、存储器、A/D转换、输入/输出等功能集成在一块芯片上，甚至将PID控制组件也置入其中。加之现场总线的应用，智能仪表与控制系统之间的数字通讯将替代以往的模拟传递，大大提高了精度和可靠性，避免了模拟信号在传输过程中的衰减，长期难以解决的干扰问题得到解决。由于数字通讯，节省了大量电缆、安装材料和安装费用。 智能仪表及其技术的发展历程 历经以模拟技术为特征的电动单元组合仪表、以数模混合技术为特征的DDZ-S 系列仪表的开发后，1983年，美国霍尼韦尔公司向制造工业率先推出了新一代智能型压力变送器，这标志着模拟仪表向数字化智能仪表的转变。当时的这种智能变送器已具有高精度、远距离校验和灵活组态的特点，并告知用户：尽管初期购置费用较高，但会被较低的运行和维护费用所补偿。紧随其后的十年里，国外其他公司的智能压力变送器也陆续在一些生产线上被采用，它们包括：Rosemount、Foxboro、YOKOGAWA、Siemens、E&H、Bailey、Fuji和ABB等。但由于缺少高速的智能通讯标准、用户对于高精度监控要求并不突出、培训等服务机制相对薄弱，当时的智能应用并不乐观，只占到了约20%的市场。 随着微电子、计算机、网络和通讯技术的飞速发展以及综合自动化程度的不断提高，目前广泛应用于工业自动化领域的智能仪表，其技术也同样在过去的二十多年
里得到了迅猛的发展。目前国外智能仪表占据了国际应用市场的绝大比重，如何结合目前智能仪表的工业应用经验并快速跟踪国际智能前沿技术应用于我国智能仪表的开发研究成为振兴民族智能仪器仪表的一大突出问题。 智能仪表在工业自动化领域的广泛应用得益于其突出的技术优势和特点，诸如其高稳定性、高可靠性、高精度、易维护性。以智能变送器为例，智能仪表具备如下优点： （1）精度高智能变送器具有较高的精度。利用内装的微处理器，能够实时测量出静压、温度变化对检测元件的影响，通过数据处理，对非线性进行校正，对滞后及复现性进行补偿，使得输出信号更精确。一般情况，精度为最大量程的±0.1%，数字信号可达±0.075%。 （2）功能强 智能变送器具有多种复杂的运算功能，依赖内部微处理器和存储器，可以执行开方、温度压力补偿及各种复杂的运算。 （3）测量范围宽 普通变送器的量程比最大为10:1，而智能变送器可达40:1或100:1，迁移量可达1900%和-200%，减少变送器的规格，增强通用性和互换性，给用户带来诸多方便。 （4）通信功能强 智能变送器均可实现手操器进行操作，既可在现场将手操器插到变送器的相应插孔，也可以在控制室将手操器连接到变送器的信号线上，进行零点及量程的调校及
智能控制仪表课程设计 ----基于51单片机地智能控制仪表简单设计 学校：红河学院 专业：电气工程及其自动化 姓名：和红昌 学号：201005050354 班级：10级电气叁班 指导老师：牛林
第1章引言 仪器仪表是人类认识世界地工具,人们借助于各种仪器仪表对各种物理量进行度量,反映其大小与变化规律. 随着人类认识能力地提高与科学技术不断进步,仪器仪表技术得到了飞速发展.50 年代以前,仪器仪表多为指针式,其理论基础是机电学. 从50 年代起,电子技术特别是数字技术地发展,给仪表行业带来了生机,各种数字式仪表相继问世,许多传统地指针式仪表相继被淘汰,数字仪表使仪表外观耳目一新,数据表达能力与总体性能都大幅提高. 70 年代中期,随着微处理器地出现以及单片机地兴起与应用,设计者将计算机特有地许多优点引入仪表设计,随之产生了一代崭新地智能仪表,使仪表逐渐由数字型向智能化发展,其功能也由单一显示功能转变为具有信息处理、传输、存贮、显示、控制等功能,使仪表性能产生了质地飞跃.,品种繁多. 目前,我国仪器仪表有13 大类,1 300 多个产品. 其中自动化仪表及控制系统是和国民经济各产业部门关系最为密切地一类产品,其传感变送单元与主控装置及I/O接口均正朝智能化方向发展.在本设计中采用以单片机作为仪表核心控制器件,可以利用A/D转换芯片对标准信号进行采集、转换,将输入地模拟量转换成单片机能够检测地数字量进行分析和监测控制,同时可以利用键盘显示电路将相关数据进行显示.与此同时通过所查阅地资料我还了解到随着测量技术地发展和微处理器地广泛应用,单片机系统地电路越来越复杂,而系统地可靠性问题也越来越突出,一般地单片机系统在工业现场等恶劣地环境下容易死机,因此系统在这些场合要保证能够稳定地工作就必须外加监视电路,在设计中采用了美国集把关定时器、电压监控和串行EEPROM三项功能于一体地专用集成芯片 X5045.该芯片地应用将有利于简化单片机系统地结构,增强功能、降低系统地成本,尤其是大大地增加了系统地可靠性.X5045中地看门狗对系统提供了保护功能.当系统发生故障而超过设置时间时,电路中地看门狗将通过RESET信号向CPU作出反应.X5045提供了三个时间值供用户选择使用.它所具有地电压临控功能还可以保护系统免受低电压地影响,当电源电压降到允许范围以下时,系统将复位,直到电源电压返回到稳定值为止.本次毕业设计旨在掌握智能控制仪表地设计方法,同时掌握在开发系统下实现部分软件地仿真方法. 第2章控制系统地硬件设计 硬件组成智能仪表地硬件方框图如图2.1 图2.1 智能控制仪表地原理框图
《智能仪器原理与设计》课程教学大纲 课程编码：课程类型：专业课 总学时：54 学分：3 第一部分相关说明 一、课程的性质和任务 课程的性质：《智能仪器原理与设计》是电子工程本科专业必修的专业基础课程之一。智能仪器在通信、家电、自动控制、仪器仪表中得到了广泛的应用。通过本课程的学习，使学生掌握利用微处理器系统使电子仪器实现智能化的具体方法，包括硬件和软件两个方面。 课程的任务：使学生掌握智能仪器的基本工作原理，具备智能仪器的初步应用能力，为将来从事智能仪器的工作打下坚实的基础。智能仪器课程侧重讨论智能仪器实际设计过程中所涉及的具体方法与技巧。旨在使学生运用所学的微型计算机和电子技术等方面的基础知识，解决现代电子仪器开发过程中的实际问题，逐步具备能够设计以微型计算机为核心的电子系统的能力。 本课程中既有硬件的原理和组成，又有针对硬件的软件编程，软件与硬件必须同时兼顾。 二、课程的基本要求 本课程主要研究智能仪器的基本原理与基本分析方法，以单元电路的分析和设计为主。通过本课程的学习，学生应达到下列基本要求： 1、对智能仪器各组成单元的基本工作原理、性能指标以及它们在整机中的作用形成明确的认识。 2、掌握这些单元电路的分析、计算和设计方法，以及实验操作技能。 三、教学方法与重点、难点 教学方法：针对本课程学时少，内容多，技术发展快，实践性强等的特点，应采取探讨式和启发式教学；教学过程以课堂为主。 重点：人机接口电路、通信接口电路和软件编程。 难点：智能仪器的应用。
四、本课程与相关课程的联系 学习本课程主要涉及模拟电子技术、数字电子技术以及微机原理课程中有关接口和汇编程序、微机控制方法等方面的有关知识。因此，应当尽可能地在先修《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《微机原理》和《微机接口技术》，《单片机原理与应用》等课程，为有关智能仪器系统设计方面的课题打下必要的基础，是该专业学生的毕业前的综合性设计课程。 五、学时分配 总学时：54学时，其中理论教学时数为36学时， 1、考核方式：笔试（闭卷） 2、成绩评定：平时成绩（测验及作业等）占×30%，期末考试成绩占×70%。
单片机在智能仪器仪表中的应用与研究 作者：康之讷 来源：《时代汽车》2019年第16期 摘要：随着我国社会经济的不断发展和进步，如今各行各业的运作模式与过去相比也都有了非常大的变化，其中的智能仪器领域也不例外。单片机属于是一种结构简单、技术先进且功能多元化的“微型计算机”，其当前也被广泛的应用到各行各业中，整体的应用效果也非常理想。本文主要针对单片机在智能仪表中的应用来展开分析，然后结合各方面因素来提出相应的解决对策，希望能够为單片机的应用提供一定帮助。 关键词：单片机;仪表;应用;智能 1 前言 一直以来，我国所使用的单片机都具有系统结构简单、集成度高、体积小、处理功能强等优势，当然在产品自动化、智能化仪器仪表中的应用也变得越来越广泛。可以看到，如今使用单片机来改造原有的测量、控制仪器仪表等工作已经变得越来越常见，这不仅能解决传统仪器在应用时出现的各种问题，而且还能保证仪器仪表的智能化、数字化和综合化，解决仪器仪表中出现的各种误差问题。从另一个方面来看，由单片机构成的智能仪表集测量、控制、功能为一体，这也可以直接实现测量仪器的创新，且智能仪表也会比传统仪器更完善、更先进一些，即通过对比发现，传统仪表都是以动圈式仪表或电子电位差来作为主要的输出单元，且整体的方式也非常单一不容易改变。 2 单片机在智能仪器表中的应用分析 2.1 智能仪器仪表的功能 可以看到，智能化仪表的重点就在于其自身的智能，其自身也具有输出方式的多样化，应用过程非常灵活等特点，甚至仪表外也能直接连接各种各样的设备，记录仪器等，即可以实现多元化的传输方式。从另一个方面来看，智能化仪表不但具备测量功能，而且还能很好的对各种信息进行智能化处理，并实现处理、控制、测量的高效运作[1]。通过与传统的仪表进行对比发现，智能化仪表不仅能实现信号的复杂处理，同时也能实现对故障的自动诊断和检测，从而降低测量数据之间的误差，提高参数检测的准确性。 2.2 常见的智能仪器仪表 第一，智能毫伏表。智能毫伏表与传统毫伏表之间只有很大区别的，在于在毫伏表中添加了单片机，这就能进行更高频路的电压测试，甚至还能实现自动归零、故障诊断，自动报警、
附件一： 智能仪器教学大纲适用对象大学四年制本科 教研室主任时间 院（部）分管领导时间
智能仪器课程教学大纲 课程名称中文：智能仪器 英文：Intelligent Instruments 课程编号34612 开课学期第7学期总学时40 学分 2 教研室电子信息工程撰写人叶英植职称教授 一、 课程性质、教学目的与要求： 本课程为电子信息工程专业本科生专业课。通过本课程的学习，使学生了解智能仪器的工作原理，掌握智能型仪器仪表的硬件与软件的设计技术，为毕业设计及今后的工作打下较好的基础。 教学要求： 1．了解智能仪器硬、软件设计的特点及其发展方向； 2．掌握A/D、D/A、键盘、显示器等与微机的接口技术； 3．掌握测试数据的处理技术及提高智能仪器性能的有关技术； 4．掌握GP-IB接口管理程序及监控主程序的设计技术； 二、 教学内容： 第一章 绪 论 （一）概述 （二）智能仪器设计简介 本章基本要求：了解智能仪器的特点、组成、新发展及智能仪器设计要点和设计中 应注意的问题。（补充介绍智能仪器当前的科研动向） 本章的重点： 智能仪器设计要点及发展方向。 第二章 模拟放大器和ADC、DAC接口 （一） 概述 （二） 模拟信号放大电路 （三） DAC与微机的接口 （四） ADC与微机的接口 （五） 数据采集 本章基本要求：掌握放大电路、多路开关、采保器的设计及各种A/D、D/A与CPU的 接口技术及其软件编程。（补充介绍“虚拟仪器”设计） 本章的重点：各种A/D、D/A与CPU的接口技术及其软件编程。 本章的难点是：ICL7135 与单片机的接口及ICL7135与普通PC的ISA总线接口。 第三章测量算法与系统优化设计 （一）测量算法 （二）测量精确度的提高
引言 我国目前中小型企业在整个工业产业中占相当大的比例，这些企业的监控模式主要为模拟控制系统加以常规仪表为主的数据采集系统。这种监控模式存在着检修维护工作量大、没有可靠的历史记录等缺点。而且常规模拟仪表也进入老化淘汰期，设备可靠性明显降低，某些仪表的备品备件也得不到保障，因此中小型企业监控系统的技术改造工作已势在必行。 数据采集系统是从一个或多个信号获取对象信息的过程。随着微型计算机技术的飞速发展和普及，数据采集监测已成为日益重要的检测技术，广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。数据采集是工业控制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统。 数据采集系统可以采集的工业运行数据包括电气参数和非电气参数两类。其中电气参数主要有电流、电压、功率、频率等模拟量，断路器状态、隔离开关位置、继电保护动作信号等开关量以及表示电度的脉冲量等。而非电气参数种类较多，既可以是采集某些工业中的各种温度、压力、流量等热工信号，也可有水电厂中的水位、流速、流量等水工信号，还可以采集诸如绝缘介质状态、气象环境等其它信号。 本次设计中数据采集系统是基于单片机的测量软硬件来实现灵活的测量显示系统，它主要完成数据信息的采集、A/D转换、标度变换、数据显示及实现报警系统。随着计算机技术的飞快发展和普及，以数据采集系统为核心的设备也迅速在国内外得到了广泛的应用，现代工业生产和科学研究对数据采集的要求也越来越高。
第1章数据采集系统概述 1.1 数据采集系统发展概况 数据采集系统起始于20世纪50年代,1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统,目标是测试中不依靠相关的测试文件,由非熟练人员进行操作,并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性,可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。大约在60年代后期，国外就有成套的数据采集设备产品进入市场，此阶段的数据采集设备和系统多属于专用的系统。20世纪70年代中后期随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统，由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因此获得了惊人的发展。从70年代起，数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，另一类是工业现场数据采集系统。就使用的总线而言，实验室数据采集系统多采用并行总线，工业现场数据采集系统多采用串行数据总线。20世纪80年代，随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了极大的发展，开始出现了通用的数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两类，一类以仪器仪表和采集器、通用接口总线和计算机等构成，第二类以数据采集卡标准总线和计算机构成。20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已经在军事、航空电子设备及宇航技术工业等领域被广泛应用。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠性的单片数据采集系统。 1.2 数据采集系统的应用 数据采集系统的硬件设备又叫数据采集器，根据数据采集器的使用用途不同，数据采集器大体上可分为两类：在线式数据采集器和便携式数据采集器。在线式数据采集器又可分为台式和模块式，台式、便携式数据采集器大部分由交流电源供电，模块式数据采集器大部分由直流电源供电，一般是非独立使用的。在采集器与计算机之间由电缆联接构成数据采集传输系统，一般不脱机单独使用。数据采集器的应用涉及到众多的领域，下以介绍数据采集器及系统的几种典型应用。
《智能仪器》复习参考题及答案 一、填空题 1.在电子设备的抗干扰设计中，接地技术是一个重要环节，高频电路应选择 （多）点接地，低频电路应选择（单）点接地。 2.智能仪器的键盘常采用非编码式键盘结构，有独立式键盘和（矩阵） 式键盘，若系统需要4个按键，应采用（独立式）键盘结构。大于8个时采用矩阵式键盘 3.智能仪器的显示器件常用（ LED ）数码管或液晶显示器，其中（ LED 数码管）更适合用于电池供电的便携式智能仪器。 4.智能仪器的模拟量输入通道一般由多路模拟开关、（放大器）、滤波 器、（采样保持器）和A/D转换器等几个主要部分所组成。 5.对电子设备形成干扰，必须具备三个条件，即( 干扰源 )、（传输 或耦合的通道）和对干扰敏感的接收电路。 6.干扰侵入智能仪器的耦合方式一般可归纳为：（传导）耦合、公共阻 抗耦合、静电耦合和（电磁）耦合。 7.RS-232C标准串行接口总线的电气特性规定，驱动器的输出电平逻辑“0”为 （ +5 ～ +15 ）V, 逻辑“1”为（ -5 ～ -15 ）V。 8.智能仪器的随机误差越小，表明测量的（精确）度越高；系统误差越 小，表明测量的（准确）度越高。 9.智能仪器的故障自检方式主要有（开机）自检、（周期性）自 检和键控自检三种方式。 10.双积分型A/D转换器的技术特点是：转换速度（较慢），抗干扰能力 （强）。 11.智能仪器修正系统误差最常用的方法有3种：即利用（误差模型）、 （校正数据表）或通过曲线拟合来修正系统误差。 12.为防止从电源系统引入干扰，在智能仪器的供电系统中可设置交流稳压器、 （隔离变压器）、（低通滤波器）和高性能直流稳压电源。 13.为减小随机误差对测量结果的影响，软件上常采用（算数平均）滤波 法，当系统要求测量速度较高时，可采用（递推平均）滤波法。 14.随着现代科技和智能仪器技术的不断发展，出现了以个人计算机为核心构成 的（个人）仪器和（虚拟）仪器等新型智能仪器。 15.智能仪器的开机自检内容通常包括对存储器、（显示器和键盘）、（模 拟量I/O通道）、总线和接插件等的检查。 16.异步串行通信是以字符为单位进行传送的，每个字符都附加了（同步） 信息，降低了对时钟精度的要求，但传输效率（较低）。
智能仪表的发展趋势 智能仪表的出现，极大地扩充了传统仪表的应用范围。智能仪表凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。在新的技术革命的推动下，尤其是微电子技术和微型计算机技术的快速发展，使电子仪器的整体水平发生很大变化，出现了独立式智能仪器，GPIB自动测试系统，插卡式智能仪器（个人仪器），VXI总线仪器系统和虚拟仪器。智能仪表朝着智能化、自动化、小型化、模块化和开放式系统的方向发展。 独立式智能仪表（简称智能仪表）即自身带有微处理器和GPIB接口的能独立进行测试工作的电子仪表，独立式智能仪表在结构上自成一体，因而使用灵活方便，并且仪器的技术性能可以做得很高。个人仪器系统则是由不同功能的个人仪器和PC机有机结合而构成的自动测试系统。 由于个人仪表和个人仪表系统充分利用PC机的软硬件资源，因而相对传统智能仪器和由智能仪器构成的GPIB总线仪器系统来说，极大地降低了成本，大幅度地缩短了研制周期，有广阔的发展前景。 VAX总线是一个开放式结构，它对所有仪表生产厂家和用户是公开的，即不同生产厂家生产的卡式仪器可以在同一机箱中工作，从而使VAX总线很快成为测试系统的主导结构。 测量仪器的主要功能都是由数据采集、数据分析和数据显示等三大部分组成的。在虚拟现实系统中，数据分析和显示完全用PC机的软件来完成。因此，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与PC机组成测量仪器。这种基于PC机的测量仪器称为虚拟仪器。在虚拟仪器中，使用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程，就可得到功能完全不同的测量仪器。可见，软件系统是虚拟仪器的核心，“软件就是仪器”。 传统的智能仪器主要在仪器技术中用了某种计算机技术，而虚拟仪器则强调在通用的计算机技术中吸收仪器技术。作为虚拟仪器核心的软件系统具有通用性、通俗性、可视性、可扩展性和升级性，能为用户带来极大的利益，因此，具有传统的智能仪器所无法比拟的应用前景和市场。 智能化是计算机应用的一个崭新领域，利用计算机模拟人的智能，用于机器人、医疗诊断、专家系统、推理证明等各方面。 自动化是指计算机作为系统的控制者，通过执行测试软件，实现对测量全过程的控制及处理，各程控仪器设备完成采集，测量，处理等任务。 小型化智能仪器指微电子技术、微机械技术、信息技术等综合应用于仪器的生产中，从而使仪器成为体积小、功能齐全的智能仪器。它能够完成信号的采集、线性化处理、数字信号处理，控制信号的输出、放大、与其他仪器的接口、与人的交互等功能。微型智能仪器随着微电子机械技术的不断发展，其技术不断成熟，价格不断降低，因此其应用领域也将不断扩大。 智能仪表是计算机科学、电子学、数字信号处理、人工智能等新兴技术与传统的仪器仪表技术的结合。随着专用集成电路、个人仪器等相关技术的发展，智能仪表将会得到更加广泛的应用。
智能仪器考试题型：名词解释、简答、简述、综合 没有给重点，但是老师说考题都是由课后习题凝练出来的，所以我将大部分课后习题答案整理出来，仅供参考。难免有错误，望大家谅解并指出。 课后习题参考 第一章 1-1 你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。 解：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。 1-2 结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。 解：P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）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，具有一定智能的作用（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。 P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。 聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。 1-3 仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5
智能仪表AI708在自动控制 系统的应用 摘要：智能仪表技术日趋成熟，作为自动化控制的重要组成部分，其在现代工业发展中已经得到了广泛的应用，特别是带有PID闭环控制功能的智能仪表实现了良好的控制功能。本文主要介绍宇电 AI708智能仪表在温度、液位控制系统中的应用。 关键词：智能仪表自动化控制 PID闭环控制 引言 随着微电子技术的不断发展，以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪表。 在湿法炼锌过程中，很多工艺控制点可以采用自动控制方式进行。智能仪表凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，在驰宏公司曲靖分公司锌厂得到了广泛的应用。 1智能仪表概况 智能仪表经过多年的发展，其技术日趋成熟。80年代，微处理器被用到仪器中，仪器前面板开始朝键盘化方向发展，测量系统常通过IEEE—488总线连接。不同于传统独立仪器模式的个人仪器得到了发展等。 90年代，仪器仪表的智能化突出表现在以下几个方面：微电子技术的进步更深刻地影响仪器仪表的设计；DSP芯片的问世，使仪器仪表数字信号处理功能大大加强；微型机的发展，使仪器仪表具有更强的数据处理能力；图像处理功能的增加十分普遍；VXI总线得到广泛的应用。 近年来，智能化测量控制仪表的发展尤为迅速。国内市场上已经出现了多种多样智能化测量控制仪表，例如，能够自动进行差压补偿的智能节流式流量计，能够进行程序控温的智能多段温度控制仪，能够实现数字PID和各种复杂控制规律的智能式调节器，以及能够对各种谱图进行分析和数据处理的智能色谱仪等。 国际上智能测量仪表更是品种繁多，例如，美国HONEYWELL公司生产的DSTJ-3000系列智能变送器，能进行差压值状态的复合测量，可对变送器本体的温度、静压等实现自动补偿，其精度可达到±0.1%FS；美国RACA-DANA公司的9303型超高电平表，利用微处理器消除电流流经电阻所产生的热噪声，测量电平可低达-77dB；美国FLUKE公司生产的超级多功能校准器5520A，内部采用了3个微处理器，其短期稳定性达到1ppm，线性度可达到0.5ppm；美国FOXBORO公司生产的数字化自整定
摘要：简要介绍智能仪器的基本组成、特点和原理，对智能仪器的应用领域作简要概括，并对其今后的发展趋势作简要探讨。 关键字：智能仪器、自动控制系统 随着电子技术、半导体技术和计算机技术的不断发展和成熟，尤其是嵌入式处理器的应用，使测试过程中的每一个环节都可能用到各种现代化的新技术，使仪器科学与技术领域出现了完全突破传统概念的新一代仪器——智能仪器，从而开创了仪器、仪表的一个崭新的时代。智能仪器凭借其高性能、多功能、体积小、功耗低等优势，迅速地在家用电器、工业控制中得到了广泛的应用。 一、智能仪器的基本组成 智能仪器由硬件和软件两大部分组成。硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、通信接口电路。主机电路用来存储程序、数据并进行一系列的运算和处理，它通常由微处理器、程序存储器、数据存储器及输入/输出接口电路等组成，或者它本身就是一个单片微型计算机；模拟量输入/输出通道用来输入/输出模拟信号，主要由A/D转换器、D/A转换器和有关的模拟信号处理电路等组成；人机接口电路的作用是沟通操作者和仪器之间的联系，主要由仪器面板中的键盘和显示器组成；通信接口电路用于实现仪器与计算机的联系，以便使仪器可以接受计算机的程控命令，目前生产的智能仪器一般都配有GP–IB等通信接口。软件分为监控程序和接口管理程序两部分。监控程序是面向仪器面板键盘和显示器的管理程序；接口管理程序是面向通信接口的管理程序，接收并分析来自通信接口总线的远控命令。监控程序是面向仪器面板键盘和显示器的管理程序，其内容包括：通过键盘输入命令和数据，以对仪器的功能、操作方式与工作参数进行设置；根据仪器设置的功能和工作方式，控制I/O接口电路进行数据采集、存储；按照仪器设置的参数，对采集的数据进行相关的处理；以数字、字符、图形等形式显示测量结果、数据处理的结果及仪器的状态信息。 接口管理程序是面向通信接口的管理程序，其内容是接收并分析来自通信
《智能仪器技术及使用》B卷答案 一、简答题（每题4分，共20分） 1、叙述智能仪器的基本组成、工作原理及发展趋势？ 答：智能仪器由硬件和软件两大部分组成。硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、通信接口电路。软件分为监控程序和接口管理程序两部分。 如图为典型智能仪表结构，由三个层次构成 …………1’智能仪器的工作原理：传感器获取被测量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经a／d转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理（如非线性校正等）；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果和存储于片内flashrom（闪速存储器）或e2prom（电可擦除存贮器）内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号（如报警装置触发、继电器触点等）。此外，智能仪器还可以和pc机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种测量信号和数据，通过串行通信将信息传输给上位机——pc机，由pc机进行全局管理。…………2’智能仪器是计算机科学、电子学、数字信号处理、人工智能等新兴技术和传统的仪器仪表技术的结合，逐步实现微型化，多功能化，人工智能化，随着专用集成电路、个人仪器等相关技术的发展，智能仪器将会得到更加广泛的使用。可以预料，各种功能的智能仪器在不远的将来会广泛地使用在社会的各个领域。…………1’ 2、为什么智能仪器要具备自检功能？自检方式有几种？常见的自检内容有哪些？
答：所谓自检就是利用事先编制好的检测程序对仪器的主要部件进行自动检测，并对故障进行定位。自检功能给智能仪器的使用和维修带来很大的方便。…………1’智能仪器的自检方式有三种类型： （1）开机自检…………1’ （2）周期性自检…………1’ （3）键盘自检…………1’ 3、什么叫软测量？软测量建模可以用那些方法？ 答：对于难于测量或暂时不能用单独的仪表进行测量的被测变量（又称为主导变量），选择另外一些容易测量的变量（又称二次变量或辅助变量），想法构成这些辅助变量和被测变量之间的某种数学关系，就可以用数据处理软件代替单独的仪表这种硬件，通过计算、估计和推断确定被测变量。…………2’ 软测量建模的方法：(1)机理建模；(2)机理建模和经验建模相结合；(3)回归分析建模； (4)人工神经网络建模；(5)其它方法建模…………2’ 4、什么是模糊控制？它的特点是什么？ 答：模糊控制是基于模糊推理，模仿人的语言表达方式和思维方式，对难以建立精确数学模型的对象实施的一种智能控制技术。它是模糊技术和控制技术相结合的产物，是智能技术的一个重要分支。…………1’ 模糊控制的特点在于： （1）不要求知道被控对象的精确数学模型，只需要提供现场操作人员的经验及其操作数据；（2）控制系统的鲁棒性强，适合于解决常规控制难以解决的非线性、强耦合、时变和时滞系统； （3）以语言变量代替常规的数学变量，容易构成专家“知识”； （4）控制推理模仿人的思维过程，采用“不精确推理”，融入了人类的经验，因而能处理复杂乃至病态的系统。…………3’ 5、如何抑制来自电网和电源的干扰？系统的屏蔽和接地应注意哪些问题？ 答：智能仪表的供电线路是干扰的主要入侵途径, 而且微机系统对来自供电源的干扰又特别敏感, 所以设计一个抗干扰的直流稳压电源是智能仪表电磁兼容性设计的重要环节, 通常采取的措施有如下几种：(1)微机系统和产生干扰的设备分开供电(2)设计抗干扰稳压电源(3)选用高性能的电源(4)供电电路上的抗干扰措施(5)接地问题…………2' 系统的屏蔽和接地设计应注意如下几个方面:(1) 一点接地和多点接地的使用原则。(2) 屏蔽层和公共端的连接当一个接地的放大器和一个不接地的信号源连接时, 连接电缆的屏