测控系统原理及设计1_概论

测控系统原理及设计测控系统原理及设计是一种将测量和控制过程结合起来的技术系统，它通过采集和处理数据，实时监测和控制被测对象的状态和参数，并根据设定的规则和算法，进行反馈控制，以实现预期的控制目标。

测控系统的原理主要包括传感器、信号采集、信号处理、控制器和执行机构等组成部分。

传感器是测控系统的感知器件，它能将被测对象的状态和参数转化为电信号，如温度、压力、流量等。

信号采集模块将传感器输出的模拟信号进行采样和量化转换，转化为数字信号，以便进行数字信号处理。

信号处理模块对采集到的数字信号进行滤波、增益和滤波等处理，提取出有效信息，并进行参数计算和特征提取。

控制器是测控系统的决策和执行器，根据信号处理模块提供的参数和目标值，生成控制规则和控制算法，并输出控制信号。

执行机构是测控系统的执行器，将控制信号转化为物理作用力，实现对被测对象的控制。

测控系统的设计需要考虑多个因素，包括被测对象的特性，控制目标的要求，系统的可靠性和稳定性等。

首先需要选择合适的传感器，根据被测对象的特性和参数要求，选择适当的传感器类型和规格。

其次，需要设计合理的信号采集和处理电路，确保信号的准确性和稳定性。

在控制器设计中，要根据控制目标的要求，选择合适的控制算法和调节策略，使系统能够快速响应和稳定控制。

此外，系统的可靠性和稳定性是设计中需要重点考虑的因素，需要做好故障检测和容错处理，确保系统在异常情况下能够保持正常工作。

总之，测控系统原理及设计是一门涉及多学科的综合性学科，需要了解传感器原理、信号处理技术和控制理论等方面的知识。

通过合理选取传感器、设计有效的信号采集和处理电路，以及选择合适的控制算法和策略，可以实现对被测对象的准确测量和精确控制，满足各种应用场景的需求。

测控系统原理与设计测控系统是指通过一定的传感器、执行器和控制器等设备，对被测对象进行监测和控制的系统。

它在工业生产、科学研究、环境监测等领域发挥着重要作用。

本文将从测控系统的基本原理、设计要点和发展趋势等方面进行探讨。

首先，测控系统的基本原理是通过传感器获取被测对象的信息，经过信号处理后，由控制器进行分析和判断，再通过执行器对被控对象进行调节。

传感器是测控系统的核心部件，它能够将被测对象的物理量、化学量等转换成电信号，为系统提供输入。

控制器则是系统的智能核心，它能够根据传感器获取的信息做出相应的控制决策。

执行器则是根据控制器的指令，对被控对象进行调节，实现系统的闭环控制。

其次，测控系统的设计要点包括传感器的选择、信号处理、控制算法和执行器的选型等。

在传感器的选择上，需要根据被测对象的特点和测量要求，选择合适的传感器类型和参数。

信号处理是保证系统准确性和稳定性的关键环节，它能够对传感器采集的信号进行放大、滤波、线性化等处理，以保证控制器能够得到准确的输入。

控制算法是控制器的核心，它能够根据传感器获取的信息，实时调整执行器的输出，以实现系统的自动控制。

执行器的选型需要考虑被控对象的特性和控制要求，选择合适的执行器类型和参数。

最后，测控系统的发展趋势主要体现在智能化、网络化和多功能化等方面。

随着人工智能、物联网等技术的发展，测控系统将更加智能化，能够实现自主学习和决策。

网络化是指测控系统将更加便于远程监测和控制，实现远程操作和数据共享。

多功能化则是指测控系统将具备更多的功能和应用场景，能够适应更多的复杂环境和控制要求。

综上所述，测控系统作为一种重要的技术手段，在工业生产、科学研究等领域发挥着重要作用。

它的原理和设计要点决定了系统的性能和稳定性，而发展趋势则决定了系统的未来发展方向。

因此，对测控系统的原理和设计进行深入理解和研究，对于提高系统的性能和应用水平具有重要意义。

测控系统原理与设计1. 引言测控系统是指用于测量和控制各种物理量和工艺过程的系统。

它在工业自动化、科学研究、医学诊断、环境监测等领域起着重要的作用。

本文将介绍测控系统的原理和设计过程，并探讨一些常用的技术和方法。

2. 测控系统的基本原理测控系统的基本原理可以概括为测量、采样、处理和控制四个过程。

2.1 测量测量是测控系统的核心过程，它用于获取被测量的物理量或工艺参数。

常用的测量方法包括传感器测量、光学测量、电磁测量等。

传感器是测控系统中最常见的测量设备，它能够将被测量的物理量转化为电信号，供后续的采样和处理。

2.2 采样采样是将连续的模拟信号转化为离散的数字信号的过程。

采样过程中需要确定采样频率和采样精度。

采样频率应根据被测量物理量的变化情况进行选择，采样精度则取决于采样器的分辨率和噪声水平。

2.3 处理采样得到的数字信号需要经过处理才能得到有用的信息。

处理过程可以包括滤波、放大、数字化等操作。

滤波可以去除噪声和杂散信号，放大可以增强信号的强度，数字化可以将模拟信号转化为数字形式，方便存储和处理。

2.4 控制控制是根据测量得到的信息对被控对象进行调节和控制的过程。

控制可以分为开环控制和闭环控制两种。

开环控制是在没有反馈信号的情况下进行的控制，而闭环控制则通过测量系统输出与期望值的差异进行调节。

3. 测控系统的设计过程测控系统的设计过程可以分为需求分析、系统设计、硬件设计、软件设计和系统测试等环节。

3.1 需求分析需求分析是测控系统设计的第一步，它需要明确系统的功能需求、性能要求和运行环境等。

在需求分析过程中，需要对被测量的物理量、测量范围、系统响应时间等进行详细的分析和规定。

3.2 系统设计在系统设计阶段，需要确定系统的整体架构和各个组件之间的关系。

系统设计需要综合考虑硬件和软件两方面的因素，选择合适的传感器、采样器、控制器等设备，并设计合理的数据传输和处理流程。

3.3 硬件设计硬件设计是测控系统设计的核心环节，它包括电路设计、布线设计和硬件模块的选型和搭建等。

电气工程学院《测控系统原理与设计》实验指导书王民慧，王武编写适用专业：测控技术与仪器贵州大学二O一六年八月前言本课程的基本内容介绍，通过学习学生需要掌握的基本知识。

“测控系统原理与设计”是测控技术及仪器专业的一门重要课程。

主要研究测控系统的组成原理、设计技术和应用方法。

课程涉及微机接口、标准总线、数据处理方法、测量控制算法、故障诊断以及测控系统的典型实例分析。

目的是让学生掌握测控系统的设计、开发方法，适应现代测控仪器发展的要求。

本课程的主意内容有：测控系统的构成、微机接口电路及其编程、标准总线、数据处理技术、监控程序设计方法、测控系统自检和故障诊断、测控系统总体设计和开发、以及智能化测量控制仪表的典型实例分析。

为使学生加深对测控系统原理基础理论的理解，掌握测控系统接口电路设计的基本方法，掌握基本的人—机接口软件编写方法，掌握用Proteus软件进行仿真试验的方法，为今后进行测控系统的设计打下坚实的基础。

本课程设置了如下实验：实验一 Proteus使用（验证性，2学时）通过实验熟悉Proteus的界面和使用，掌握用Proteus对模拟电路、数字电路和单片机进行仿真的方法。

实验二开关量输入通道实验（验证性，2学时）用一个按键模拟开关的接通和断开动作，将此开关信号送入51单片机，51单片机将收到的开关量信号用发光二极管显示。

实验三 ADC0809与MCS—51单片机接口实验（设计性，2学时）利用实验板上的ADC0809做A/D转换器，用电位器提供模拟量输入，编制程序，将模拟量转换成二进制数字量，用发光二极管显示。

实验四 DAC0832与MCS—51单片机接口实验（设计性，2学时）利用DAC0832，编制程序产生三角波，用示波器观看输出波形。

实验五按键控制液晶显示实验（综合性，2学时）利用按键和LCD1602进行电路设计，通过相应按键实现选择数字位的状态，并控制数字增加和减少的功能。

实验六键盘、LED显示实验（综合性，2学时）通过实验掌握键盘、显示器的接口方法；掌握键盘子程序调试方法，掌握按一个键并将其键值显示出来的方法。

测控系统设计及实践•课时：20 （10周）•理论+实践•参考教材：《测控仪器设计》第3版，浦昭邦，机械工业出版社《测量控制与仪器仪表现代系统集成技术》，丁天怀，李庆祥，清华大学出版社《新概念51单片机C语言教程》，郭天祥，电子工业出版社•主讲：胡衍雷（实践：倪旻昊）•办公室：西区力学三楼307•Tel：63602932•Email：huyl@背景知识•传感器及测试技术•模拟电路，数字电路，仪器电路•自动控制原理•单片机原理及应用第一节测控系统概论测控系统是即“测（检测/测量）”又“控（控制）”的系统依据被控对象被控参数的检测结果，按照人们预期的目标对被控对象实施控制。

传感检测部分：感知信息（传感技术、检测技术）信息处理部分：处理信息（人工智能、模式识别）信息传输部分：传输信息（有线/无线通信及网络）信息控制部分：控制信息（现代控制技术）蒸汽省煤器阀门给水汽包蒸汽省煤器阀门给水汽包LTLC锅炉汽包示意图锅炉汽包液位测控系统示意图当系统受到扰动作用后，被控变量（液位）发生变化，通过检测仪表（液位变送器LT ）得到测量值。

在自动控制装置（液位控制器LC ）中，将测量值与设定值比较，得到偏差，经过运算后发出控制信号，作用于执行器（控制阀），改变给水量，使控制装置执行器被控对象设定值偏差检测单元操纵变量被控变量扰动比较机构控制器-系统方框图被控对象：指被控制的装置和设备。

被控变量是影响系统安全性、经济型、稳定性等性能的变量。

检测单元：功能是感受并测量被控变量的大小。

变换成控制器所需要的信号形式。

一般检测单元为敏感元件、转换元件及信号处理电路组成的传感器。

控制器：包括比较机构和控制装置。

将检测单元的输出信号与被控变量的设定值进行比较得出偏差信号，根据这个偏差信号的正负、大小变化情况，按一定的运算规律计算出控制信号传送给执行机构。

执行器：接收控制器发出的控制信号，相应的去改变控制变量。

测量值检测系统•又称数据采集系统，用来对被测对象中的一些物理量进行测量并获得相应的测量数据被测对象传感器模拟输入通道微机/控制单元数据显示数据处理•控制系统以“控制”为目的，结构上分为开环控制和闭环控制。

测控系统原理与设计测控系统是指利用各种传感器和执行器对被测对象进行测量、控制和监视的系统。

它在工业生产、科学研究、军事领域等方面都有着广泛的应用。

本文将从测控系统的原理和设计两个方面进行探讨。

首先，我们来谈谈测控系统的原理。

测控系统的原理主要包括传感器、信号处理、控制器和执行器四个部分。

传感器负责将被测量的物理量转化为电信号，信号处理模块对传感器采集到的信号进行放大、滤波、模数转换等处理，控制器则根据信号处理模块输出的数据进行逻辑判断和控制指令的生成，最后由执行器将控制指令转化为相应的动作。

这四个部分相互配合，共同完成对被测对象的测量和控制任务。

其次，我们来讨论测控系统的设计。

在设计测控系统时，需要考虑被测对象的特性、测量精度、响应速度等因素。

首先，需要选择合适的传感器，不同的被测对象需要不同类型的传感器来进行测量。

其次，信号处理模块需要根据传感器输出的信号特点进行相应的处理，以确保测量数据的准确性。

控制器的设计需要考虑到系统的稳定性和实时性，能够根据实际情况做出及时的控制决策。

最后，执行器的选择需要考虑到执行动作的精确度和可靠性。

在实际应用中，测控系统的设计还需要考虑到系统的可靠性、安全性、成本等方面的因素。

为了提高系统的可靠性，可以采用冗余设计和故障诊断技术；为了确保系统的安全性，需要考虑到系统的防护和紧急控制措施；在控制成本方面，可以通过优化设计和选用合适的元器件来降低系统的成本。

总之，测控系统是一种将传感器、信号处理、控制器和执行器相互配合的系统，它在各个领域都有着广泛的应用。

在设计测控系统时，需要考虑到被测对象的特性、测量精度、响应速度等因素，同时还需要考虑到系统的可靠性、安全性、成本等方面的因素。

希望本文对测控系统的原理和设计有所帮助，谢谢阅读。

微机化检测系统框图：被测参数->[传感器]->[模拟输入通道]->[微型计算机]->测控通道分为：模拟量输入通道，模拟量输出通道，开关量输入通道，开关量输出通道模拟输入通道的基本组成图：（传感器->信号调理电路->数据采集电路）->至微型计算机传感器主要技术要求：1具有将被测量转换为后续电路可用电量的功能，转换范围与被测量实际变化范围（变化幅度范围、变化频率范围）相一致2转换精度符合整个测试系统系统根据总要求而分配给传感器的精度指标（一般应优于系统精度的10倍左右），转换速度应符合整机要求。

3能满足被测介质和使用环境的特殊要求,如耐高温、高压、防腐等，能满足用户对可靠性和可维护性的要求。

类型：1大信号输出传感器：省去小信号放大环节2数字式传感器：测量精度高抗干扰能力强，便于远距离传输。

3集成传感器：简化结构，减小体积；4光纤传感器：避免了电路系统的电磁干扰，本质上解决由现场通过传感器引入的干扰。

信号调理：在一般测量系统中信号调理的任务较复杂，除了小信号放大、滤波，还有零点校正，线性化处理，温度补偿，误差修正，量程切换等，这些操作统称为信号调理。

相应的执行电路称为信号调理电路。

典型调理电路的组成框图：传感器信号-> [前置放大器] -> [低通器] -> [陷波器] -> [高通器] -> 至采集电路数据采集电路:1集中采集式(分时采集型：时间偏斜误差，司步采集型信号有所褒减)2分散采集式(每一路信号都有S /H和A/D)。

折叠失真：由采样信号Xs(t)恢复出的信号Xo(t)与原来的被采样信号X(t)在频谱上的差别为Xo(w)一X(w)=Σn=-∞->+∞ n≠0 X(W一nWs），这种差别叫折叠失真，时域表达式为x0(t)=x(t)+N(t),该项误差N(t)称为折叠噪声或者折叠失真。

消除：1必须使被采样信号为带限信号，即它的最高频率为有限值，即fc=∞；2必须是采样频率大于被采样信号最高频率的俩倍。

《测控系统原理与设计》复习精华第1 章绪论微机化测控系统有哪几种类型？画出它们的组成框图。

【答】三种：微机化检测系统、微机化控制系统和微机化测控系统。

微机化检测系统组成框图：微机化控制系统组成框图：参数及动作次序微机化测控系统组成框图：第2 章测控通道(输入/输出通道)1、一般来说，模拟输入通道应由传感器、信号调理电路和数据采集电路三部分组成。

2、选择元件精度的一般原则是：每个元件的精度指标应优于系统精度的10 倍左右。

3、为什么模拟输出通道中要有零阶保持？怎样用电路实现？【答】零阶保持就是把每个采样点的幅值保持到下一个采样点以填补采样点之间的空白。

在零阶保持器后接平滑滤波器，基本上可以从子样脉冲串恢复出光滑的信号波形。

零阶保持有数据保持和模拟保持两种方式，其电路如下图所示：4、单元电路之间的级联应考虑的问题有：电气性能的相互匹配、信号耦合与时序配合、电平转换接口。

5、计算题：P20 例题及P54 习题4.第3 章主机及其接口1、基于PC 机的测控系统可分为内插式、外接式和组合式三种。

2、主机从A/D 转换器读取转换结果数据的方式有等待延时方式、中断方式和查询方式三种。

3、有输入锁存的DAC 与微机的接口有单缓冲方式接口和双缓冲方式接口两种。

P69 编程及P128 习题5 编程。

4、试述RS-232C 串行通信标准的数据传送格式和电气特性。

【答】RS-232C 是位串行方式，其数据传送格式如图所示。

在电气性能方面，RS-232C 使用负逻辑，逻辑“1”电平是在-15~-5V 范围内，逻辑“0”电平是在+5~+15V 范围内。

其主要电气特性有：最大电缆长度为15m，最大数据率为20KB/s。

第4 章测量数据处理1、报警的三种方式：上限、下限和上下限。

2、计算题：P144 例题。

3、采用数字滤波方法来克服随机误差(干扰)有何优点？【答】节省硬件成本；可靠稳定；功能强；方便灵活；不会丢失原始数据。

第6 章监控程序设计1、监控程序的基本组成(填空题)：2、一键一义：一个按键代表一个确切的命令或一个数字。