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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。
1、微机化测控系统分拿几类？微机化检测系统、微机化控制系统、微机化测控系统 2、模拟量输入通道由那几部分组成?以及各部分的作用？ 传感器：将非电量转换为电量 调理电路:放大、滤波采集电路：将模拟信号转换为数字信号 3、模拟量输出通道由哪几部分组成？输出数据寄存器、D/A 转换器、调理电路（模拟显示器、模拟记录器、模拟执行机构） 4、前置放大器：判断信号大小准则?所放位置前后的判断？放大倍数如何确定？ 判断信号大小准则输出噪声： 电路在没有信号输入时，输出端输出一定幅度的波动电压.等效输入噪声: 把电路输出端测得的噪声有效值VON 折算到该电路的输入端KV V ON IN=判断依据：是否被淹没？如果加在某电路输入端的信号幅度小到比该电路的等效输入噪声还要低.IS V <KV V ON IN =前置放大器的作用:总输出噪声:2200')()(K V K K V V IN IN ON+=总的等效增效输入噪声：2020'')(K V V K K V V IN IN ON IN+==为使:IN INV V <'须满足以下条件:20011K V V IN IN -<位置上，在滤波器的前面 OR 后面在测控领域，被测信号的频率通常比较低，滤波器大多采用RC 有源滤波器。
由于电阻元件是电路噪声的主要根源，因此RC 滤波器产生的电路噪声比较大。
如果把放大器放在滤波器后面，滤波器的噪声将会被放大器放大，使电路输出信噪比降低.21202021')()(IN IN IN IN IN V V KK V K V V +=+=滤波器1、隔直电容的作用――使调理电路的零漂电压不会随被测信号一起送到采集电路。
2、高通滤波器――滤除低频干扰3、陷波器――抑制交流电干扰。
4、低通滤波器――滤除高频干扰，“去混淆”5、采集电路的四种方案?PGA S\H的作用？采集电路的设计（实现模拟信号到数字信号的电路、AD芯片的选择是核心)测模拟信号恒定或变化缓慢的场合被测模拟信号随时间变化的场合6、前置与主放大器的区别以及适用情况？主放大器为了避免弱信号采样电压在A/D转换时达不到要求的转换精度，将MUX输出的子样电压放大到接近A/D满量程，使数字转换精度提高K倍。
1、模拟输入通道的基本类型，绘出一种框图并简要说明根据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输入通道可分为：集中采集式（集中式）和分散采集式（分散式）。
集中采集式的典型结构有：分时采集型同步采集型结构特点：(1)多路信号共用一个S/H和A/D电路，简化了电路结构，降低了成本。
(2)对信号的采集是由模拟多路转换器分时切换、轮流选通的，因而相邻两路信号在时间上依次被采集，从而产生了时间偏斜误差。
适用于中速和低速测试系统。
结构特点：(1) 在多路转换开关之前，给每路信号通道加一个S/H，使多路信号同步采样，消除了分时采集型结构的时间偏斜误差，满足了同步采集的要求，而且结构简单。
(2)在被测信号路数较多的情况下，同步采得的信号在保持器中保持的时间会加长，保持器存在泄露，信号衰减。
适用于要求多路信号同步采集测试的系统。
结构特点：每一路都有一个S/H和A/D，不需要模拟多路切换器。
2、常用的数字滤波及实现方法特点及使用场合（一）限幅滤波和中位值滤波限幅滤波法：比较本次采样值和上一次采样值，如果它们的差值未超过允许的最大偏差值，则认为本次采样值有效而保留。
如果它们的差值超过允许的最大偏差值，则认为本次采样值无效而用上一次采样值替代。
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰，但无法抑制那种周期性的干扰。
中位值滤波法：对某一被测参数连续采样n次（一般n应为奇数），然后按大小进行排序，选取中间值为本次采样值。
能有效克服因偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰。
对温度、液位等缓慢变化的被测参数采用此法能收到良好的滤波效果；但对于流量、压力等快速变化的参数一般不宜采用此法。
（二）平均滤波法a、算数平均滤波：要按输入的N个采样数据xi(i=1~N)，寻找这样一个y，使y与各采样值之间的偏差的平方和最小。
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波b、去极值平均滤波：c、移动平均滤波d、加权平均滤波（三）低通滤波（四）复合滤波3、调零电路常见类型a、传感器调零电路b、电桥调零电路c、放大器输入偏移调零电路d、A/D转换器调零电路4、什么是标度变换？硬件实现标度变换方法从显示器上直接读出带有被测量量纲单位的数值，就必须进行必要的变换，这个变换称为标度变换。
填空微机化检测系统：传感器、模拟输入通道、微型计算机、模拟输出通道（数据记录器、报警器）、模拟显示器微机化控制系统：微型计算机、控制电路、执行器微机化测控系统：测控通道（模拟量输入通道，模拟量输出，开关量输入，开关量输出）、人—机接口、通信接口微机化测控系统 由测试系统、控制系统组成模拟输入通道 传感器、信号调理电路、数据采集电路多路模拟输入通道分为 集中采集式、分散采集式集中采集式结构:分时采集型、同步采集型传感器类型 大信号输出传感器、数字式、集成、光纤测控通道：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 信号调理重点（信号输入通道中）:小信号放大、信号滤波、对频率信号的放大整形PID 参数整定方法1工程整定法(扩充临界比例度法、扩充响应曲线法、归一参数整定法)2理论计算法模拟PID 调节器 数字PID 控制器动态显示就是逐位轮流显示。
各位LED 数码管的段选端应并接在一起，由同一个8位I/O 口或锁存器/驱动器控制，而各位数码管的位选端分别由相应的 I/O 口线或锁存器控制。
各个位的内容是分时轮流输出的，要得到稳定的显示效果，必须不断重复执行显示程序。
矩阵键盘 扫描法 反转法 特点：行线和列线都要通过上拉电阻接+5V 1将行线编程为输出线，列线编程为输入线，并使输出线输出全“0”，则列线中电平由高到低的所在列为按键所在列。
2将行线编程为输入线，列线编程为输出线，并使输出线输出全“0”，则行线中电平由高变到低的所在行为按键所在行。
单纯查询法、中断方法、定时查询方法A/D 结束信号 EOC=1位置型PID 算法递推形式()()()()()()()2a 1a a 1-n u n u 1-n u n u 210-+-++=∆+=n e n e n e()[]001p )1()()()(n u u n e n e T T i e T T n e K D n i +⎭⎬⎫⎩⎨⎧--++=∑=步进电机运行方式 单拍通电运行方式，双拍，单、双六拍硬件抗干扰技术：接地 屏蔽 双线（平衡）传输量程切换的依据 被测量x 对应的输出数字 FS D E xSK q U D /x ==, FS D D <<x 01δ改变量程值 改变传感器灵敏度S 、从传感器到A/D 间信号输入通道的总增益(即各放大器放大倍数及衰减器衰减系数的连乘积)K 、A/D 转换器基准（满度输入）电压E 三种方法，改变总增益K 的方法最常用。
为了实现量程切换，除了在输入通道中采用数控放大器（程控增益放大器、瞬时浮点放大器）外，也可以在通道中串入数控衰减器。
数控衰减器可由电阻分压网络和多路开关MUX 构成。
通过控制MUX 可改变衰减器的衰减系数。
微机根据窗口比较器的比较结果来控制数控增益放大器或数控衰减器中的MUX 动作，以实现量程切换选择AD 转换的分辨率=参考电压/(总元素-1)当AD 为8位，总元素=256（ff ）取参考电压=Vdd=5V 时分辨率=5/(256-1)= 0.019607843当AD=255时，AD 转换值=255*0.019607843=4.99999997=5(V)地线种类 信号地(传感器本身的零电位基准线)模拟地（供给模拟电路电流的直流电源）数字地(供给数字电路电流的直流电源)负载地（大功率负载或感性负载的地线）系统地（建立整个系统的统一参考电压）接地方式 单点接地 多点接地简答大功率输入调理电路 功能：在大功率系统中，将外部开关量信号输入到计算机，将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接受的逻辑信号。
工作原理：当K 闭合时，光电二极管导通，发光使晶体管导通，经反相器反相为1。
当K 断开时，光电二极管不导通，经反相器反相为0。
用R1、R2进行分压，C 进行滤波特点:为使接点工作可靠，接点两端加24V 以上的直流电压。
因为直流电平响应快，不易产生干扰，电路简单。
但由于所带电压高，高低压之间，用光电耦合器进行隔离。
积分项改进 造成积分饱和现象，造成调节滞后，是系统出现明显的超调，恶化调节品质。
克服方法：1积分限幅法 当积分项输出达到输出限幅值时，即停止积分项的计算，这时积分项的输出取上一时刻的积分值 2积分分离法 在偏差大时不进行积分，仅当偏差的绝对值小于一预定的门限值时才进行积分累积 3变速积分法 在偏差较大时积分慢一些，作用相对弱一些，在偏差较小时积分快一点，作用强一些扩充响应曲线法步骤1数字调节器不接入控制系统，让系统处于手动操作状态，将被调量调节到给定值附近，并使之稳定下来，然后突然改变给定值，给对象一个阶跃输入信号2用记录仪表记录被调量在阶跃输入下的整个变换过程曲线3在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间，被控对象时间常数以及它们的比值4查表求得数字调节器的相关参数Kp 、T1、TD 及采样周期T数字滤波：1限幅滤波：比较本次采样值和上一次采样值，如果它们的差值未超过允许的最大偏差值则认为本次采样值有效而保留。
如果它们的差值超过允许的最大偏差值，则认为本次采样值无效而用上一次采样值替代。
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰，但无法抑制那种周期性的干扰。
2中值位：对某一被测参数连续采样n 次（一般n 应为奇数），然后按大小进行排序，选取中间值为本次采样值。
能有效克服因偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰。
对温度、液位等缓慢变化的被测参数采用此法能收到良好的滤波效果；但对于流量、压力等快速变化的参数一般不宜采用此法。
4低通5复合3算术平均滤波:要按输入的N 个采样数据xi(i=1~N)，寻找这样一个y ，使y 与各采样值之间的偏差的平方和最小。
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。
4去极值平均滤波：连续采样N 次，去掉一个最大值，去掉一个最小值，再求余下采样值的平均值。
消除由于脉冲干扰而引起的误差5移动：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低；但对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用差。
6加权平均滤波算法∑-=-=101N i i n i n x C Ny τττδ)1(2...1----+++=N e e eδδτ)1(10,1---==N N e C C 因为tao 越大，Q 越小给新的采样值的权系数越大，而给先前采样值的全系数就越小，从而增加新采样数据在递推平均中的权重，以提高系统对当前采样值中所受干扰的灵敏度7低通8复合零阶保持器 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。
实现有两种方式：一种是数字保持方式，即在D/A 之前加设一个寄存器，让每个采样点的数据在该寄存器中一直寄存到本路信号下个采样点数据到来时为止，这样D/A 转换器输出波形就不是离散的脉冲电压而是连续的台阶电压。
另一种是模拟保持方式，即在公用的 D/A 之后每路加一个采样保持器，保持器将D/A 转换器输出子样电压保持到本路信号下个子样电压产生时为止。
采样保持器在保持期间保持电压会保持电容漏电而跌落，但数字寄存器在寄存期间数据不会变化，数字保持形式优于模拟，而模拟结构比数字简单，成本较低平滑滤波器作用滤掉零阶保持器漏过的调制频谱，将基带频谱保留下来。
使零阶保持器的阶梯状输出波形变平滑PWM 先将电动机启动一段时间，然后切断电源，由于直流电动机转动具有惯性，所以将继续转动一段时间。
在电动机尚未停止转动之前，再次接通电源，于是电动机再次加速。
改变电动机通断时间的比例，即可达到调速的目的。
ADC0809是典型的8位8通道逐次比较式A/D转换器。
由ADDA、ADDB、ADDC三根地址线上的数值决定8路模拟输入中的1路进入8位A/D转换器；在地址锁存允许ALE引脚和启动信号START引脚加一个正脉冲，启动A/D转换；转换结束时，ADC0809的转换结束信号EOC引脚发出一个正脉冲，A/D转换值由三态锁存输出缓冲器暂存；在单片机发来输出允许控制信号OE后，三态门打开，A/D转换值经D7～D0进入单片机端口，完成一次A/D转换全过程。
Vin#include "reg52.h"#define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define ulong unsigned long sbit LE1=P3^3;uchar code xianshi[11]={0xFC,0x60,0xDA,0xF2,0x66,0xB6,0xbE,0xE0,0xFE,0xF6,0x00};sbit ST=P3^0; //起始sbit OE=P3^1; //使能sbit EOC=P3^2; //转换完成标志位sbit ADD_A=P3^5; sbit ADD_B=P3^6;sbit ADD_C=P3^7; //输入端口选择uint getdata,average,n,volt,sum;void display_num1(uint dat,uchar num1){ P0=xianshi[dat];switch(num1){ case 1:P2=0x01;break;case 2:P2=0x02;break;case 3:P2=0x04;break;case 4:P2=0x08;break; case 5:P2=0x10;break;case 6:P2=0x20;break;case 7:P2=0x40;break;case 8:P2=0x80;break; default: break;}delay1_ms(1);}void display_num4(uint num){ uint wan;uint qian;uint bai;uint shi;uint ge;P2=0x00;wan=(num/10000)%10;if(wan==0) wan=10;display_num1(wan,5);qian=(num/1000)%10;if(wan==10&&qian==0) qian=10;display_num1(qian,4);bai=(num/100)%10;if(wan==10&&qian==10&&bai==0) bai=10;display_num1(bai,3);shi=(num/10)%10;if(wan==10&&qian==10&&bai==10&&shi==0)shi=10;display_num1(shi,2); ge=num%10;display_num1(ge,1);}uint adconvert_date()//AD{ ST=0;ST=1;delay(2);ST=0;while(!EOC);OE=1;getdata=P1;OE=0;return getdata;}void main(){ uint i; uint n; uint volt; ulong sum=0; uint average;P2=0x00;ADD_A=0;ADD_B=0;ADD_C=0;while(1){ ADD_A=0;ADD_B=0;ADD_C=0;ST=0;P2=0x00;for(n=0;n<50;n++){ volt=adconvert_date(); //测量可变电阻电压sum += volt; }//累加average = sum /50; //取平均值average=average*19.2;//换算成电压值sum=0;// 和清零for(i=0;i<400;i++) display_num4(average);//显示平均值}}MCU从按键获得转速设定值，将产生的PWM波输送给电机驱动部分，光电转速传感器将代表直流电动机速度的脉冲信号反馈给MCU，MCU在比较转速设定值和实际值的基础上，以PID控制算法来调节PWM波，从而对电动机速度进行控制，LED用于显示转速的设定值和实际值。
