智能仪器-1-概述

智能仪器综述预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制智能仪器概述及发展综述1智能仪器概述智能仪器就是将智能的理论、方法和技术应用于仪器中，使其具有智能功能、智能特性的仪器。

为了有效的实现智能功能、智能特性，该类仪表在一般情况下，都会使用嵌入微处理器的系统芯片或者数字信号处理器、集成专用电路，其内部均携带有很强处理能力的智能软件系统。

未处理器与智能仪器的有机结合，使仪器剥离了许多笨重的硬件，前面板和内部结构都大为美化和优化。

微处理器就是通过键盘或者遥控接口接受信号和命令，从而用来指挥仪器进行运算，执行各种常规测量，对数据有效的开展智能分析和处理。

智能仪器所具有的特点如下：由于智能仪器在与微处理器有机结合以后可以实现“硬件软化”，使软件取代了相当多的硬件。

通过不同软件充分实现操作者、使用者的想要实现的功能，当操作者想要改变功能时，只需要改变程序就可以了，不再需要改变仪器的硬件结构，只需要通过微处理器，就可以进行许多繁杂的各类计算活动，很入地进行多次测量取平均值以及多种自动补偿、自动校正等技术细活，从而不断提升测量精度。

智能化仪器具有比较友好的人机对话能力，具有科学自动的操作体系。

智能化仪器就是一个专用的微型计算机系统，在正常情况下，智能化仪器一般就是由硬件和软件两大部分组成，典型的硬件部分主要包括信号的输入通道、微控制器以及标准通信接口、人机交换通道、输出通道和外围电路。

智能仪器的软件部分一般包括接口管理程序以及监控程序两部分。

2现代科学仪器的发展趋势2. 1电子设计自动化( EDA) 将简化仪器硬件设计现在用于科学仪器的电子产品硬件品种繁多，设计复杂。

大规模可编程逻辑器件FPGA 和CPLD的出现以及EDA设计工具的普及，使复杂的科学仪器硬件设计变得简单，传统的“固定功能模块+连线” 的硬件设计方法正在逐步退出历史舞台，而基于芯片的设计方法正在成为科学仪器电子系统的设计主流。

1-1什么是智能仪器？智能仪器的主要特点是什么？答：内含微型计算机并带有GP-IB等通信接口的电子仪器成为智能仪器。

特点：（1）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开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。

（2）微处理器的运用极大的提高了仪器的性能。

（3）智能仪器运用微处理器的控制功能，可以方便的实现量程自动转换、自动调零、触发电平自动调整、自动校准、自动诊断等功能，有力的改善了仪器的自动化测量水平。

（4）智能仪器具有友好的人机对话能力。

（5）智能仪器一般都配有GP-IB 或RS-232等通信接口，是智能仪器具有可程控操作的能力1-9研制智能仪器大致需要经历哪些阶段？试对各阶段的工作内容做一简要的叙述。

答：1.确定设计任务：首先根据仪器最终要实现的设计目标，编写设计任务说明书，明确仪器应具备的功能和应达到的技术指标。

2.拟制总体设计方案：设计者应首先一句设计的要求和一些约束条件，提出几种可能的方案。

3.确定仪器工作总框图：当仪器总体方案和选用的微处理器的种类确定后，就应采用自上而下的方法，把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.硬件电路和软件的设计与调试：一旦仪器工作总框图确定后，硬件电路和软件的设计工作就可以齐头并进。

5.整机联调：硬件、软件分别装配调试合格后，就要对硬件、软件进行联合调试。

1-10为什么目前智能仪器主机电路大多数采用单片机？选择单片机时应主要.考虑哪些因素？答：单片机性能增强、体现在指令指令执行速度有很大提升；单片机集成了大容量片上flash存储器，并实现了ISP和IAP，单片机在低电压、低功耗、低价位、LPC方面有很大进步；单片机采用了数字模拟混合集成技术，将A/D、D/A、锁相环以及USB、CAN总线接口等都集成到单片机中，大大地减少片外附加器件的数目，进一步提高了系统可靠性能。

1、仪器的概念：各种具有记录、测量、检出、测试或控制等功能的工具、装置和设备，能直接或间接地将被测量与已知标准量进行比较从而确定被认识事物的某种参量量值，这种工具、装置或设备，我们称之为仪器2、智能仪器：含有微计算机或微处理器的测量仪器，由于他拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用，故称之为智能仪器。

3、智能仪器特点：测量过程的软件控制（源于数字化仪器测量过程的时序控制）；数据处理；多功能化。

对测量数据进行存储及运算的数据处理功能是智能仪器最突出的特点，它主要表现在改善测量的精确度及对测量结果的再加工两个方面4、仪器仪表概念：把那些功能相对单一，直接服务于仪器使用者以显示、记录或控制单一信号为主的仪器习惯地称之为仪表（Meter）。

或说，仪表是部分仪器的一种特定表现形式，实质也是仪器。

如：万用表、示波表、电动调节仪表等。

习惯上也把仪器和仪表连在一起称“仪器仪表”5、程控放大器的概念：由程序控制增益的放大器。

组成：放大器、可变反馈电阻网络和控制接口。

6、智能仪器的设计原则：（功能及技术指标、可靠性要求、便于操作和维护、降低成本，提高仪器的性能价格比）1.功能指标：一般地说，智能仪器产品的功能是指所涉及智能仪器的使用价值，也就是智能仪器的用途。

用途越多，则功能越强。

功能指标是智能仪器设计的基础，即智能仪器是为完成一定目的服务。

2.性能指标：智能仪器的性能是其适应工作环境的能力，即可靠性，也就是智能仪器的质量。

包括：1.维持所具有功能正常工作能力和不会对外界造成不利影响的能力。

2.时效参数。

3.安全性指标包括仪器自身的安全性、是否存在危及人身安全隐患、是否会对周围环境造成物理的化学的或电磁的影响和干扰等。

4.外观性能参数3.人性化指标：指涉及的产品从人性化的角度考虑得是否周全，如仪器面板或软件界面有好，容易操作，不宜混淆，或具有防误操作功能，按键和开关的数量恰当科学，结构科学合理，便于维护。

智能仪器及其特点1、智能仪器概述随着微电子技术的不断发展，以及超大规模集成电路芯片(即单片机)的出现，智能仪器得到了迅速发展。

智能仪器以微处理器或单片机为核心，具有信息采集、显示、处理、传输以及优化检测与控制等多种功能：有些甚至还具有专家推断、逻辑分析与决策的能力。

智能仪器的出现，极大地扩充了常规仪器的应用范围。

由于智能仪器一开始就显示它强大的生命力，目前已成为仪器仪表发展的一个主导方向。

并对自动控制、电子技术、国防工程、航天技术与科学试验等产生了极其深远的影响。

2、智能仪器的组成智能仪器主要由硬件和软件两部分组成。

(1)硬件硬件主要包括主机电路、模拟量输入输出通道、人机接口和标准通信接口电路等，如图1所示。

主机电路通常由微处理器、程序存储器以及输入输出I/O接口电路等组成，有时，主机电路本身就是个单片机。

主机电路主要用于存储程序与数据，进行系列的运算和处理，并参与各种功能控制。

模拟量输入输出通道主要由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。

主要用于输入和输出模拟信号，实现模数与数模转换。

人机接口主要由仪器而板上的键盘和显示器等组成,用来建立操作者与仪器之间的联系。

标准通信接口使仪器可以接受计算机的程控命令，用来实现仪器与计算机的联系。

一般情况下，智能仪器都配有GPIB等标准通信接口。

此外，智能仪器还可以与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与数据，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)软件软件即程序，主要包括监控程序、接口管理程序和数据处理程序三大部分。

监控程序而向仪器而板和显示器，负责完成如下工作:通过键盘操作，输入并存储所设置的功能、操作方式与工作参数：通过控制I/O接口电路进行数据采集，对仪器进行预定的设置：对数据存储器所记录的数据和状态进行各种处理：以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息以及测量数据的处理结果。

接口管理程序主要而向通信接口，负责接收并分析来自通信接口总线的各种有关功能、操作方式与工作参数的程控操作码，并根据通信接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果以及向应计算机远程控制命令。

智能仪器综述智能仪器是指内含微处理器的新型仪器。

它集合了计算机技术和测控技术，具有一定的人的智能特性，诸如数据记忆及处理、逻辑判断、自检验、自校正、灵活反应、故障判断、寿命预测等功能。

1.智能仪器典型功能（1）硬件故障的自检功能。

自检功能是指利用事先编制好的检测程序对仪器主要部件进行自动检测,并对故障进行定位。

自检方式有三种类型,分别为开机自检、周期性自检和键盘自检。

（2）自动测量功能。

智能仪器通常具有非线性校正、自动零点调整、自动量程变换以及自动触发电平调节等自动调节功能。

（3）能够处理数据。

数据处理是智能仪器相比传统仪器所具有的优势，由于微控设备以及单片机的存在使得相对于传统的逻辑硬件在处理信号以及数据上更加的灵活，很多逻辑硬件无法做到的事情通过智能仪器在软件的控制下灵活的解决。

（4）自动化的操控手段。

整个系统在控制上都是由单片机或者是微控设备进行操作和控制的，诸如：量程的选择以及开关的控制，采集数据以及扫描，数据的处理传输和打印显示等动作，都可以通过智能仪器实现自动化。

（5）具有可程控操作能力。

一般的智能仪器都有GPIB或RS232C、USB等标准通信接口，可以很方便地与计算机联系，接收计算机的命令，使其具有可程控操作的功能。

也可以与其他系统一起组成多功能的自动测试系统，从而完成更复杂的测试任务。

这不仅简化了组建过程，降低了成本，还提高了效率。

（6）参数的整定与修改实时化。

随着各种现场可编程器件和在线编程技术的发展，仪器仪表的参数甚至结构不必在系统设计时就确定，而是可以在仪器使用的现场实时置人和动态修改。

参数的在线动态修改以及结构设计的灵活性，从而保证了后期仪器仪表系统在不改变设备硬件的前提下，由系统软件的升级换代就能实现整个系统的不断升级与更新换代。

2.智能仪器设计方法（1）开发过程与文档合一目前智能仪器仪表的设计开发往往没有文档，即使有文档，也存在设计开发与文档相分离的情况，即文档在设计、开发和维护等阶段不能及时一致的更新，导致其在系统的设计、开发与维护中的作用下降。

智能仪器设计基础实习总结院系：电气与信息工程学院班级：测控09-2班姓名：张福生学号：20091478第一章绪论1.1 智能仪器概述智能仪器的定义：智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。

智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。

智能仪器凭借其体积小、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。

1.2 智能仪器的结构和特点随着微电子技术的不断发展，集成了CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A/D、D/A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片(即单片机)出现了。

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，又组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。

与传统仪器仪表相比，智能仪器具有以下功能特点：（1）操作自动化。

仪器的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。

（2）具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。

智能仪表能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。

这种自测试可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，极大地方便了仪器的维护。

（3）具有数据处理功能，这是智能仪器的主要优点之一。

智能仪器由于采用了单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，现在可以用软件非常灵活地加以解决。

例如，传统的数字万用表只能测量电阻、交直流电压、电流等，而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量，而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值、统计分析等复杂的数据处理功能，不仅使用户从繁重的数据处理中解放出来，也有效地提高了仪器的测量精度。

（4）具有友好的人机对话能力。

智能仪器使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。

1.2智能仪器技术概述 一、定义和范畴： 含有微处理器的电子测量和控制仪器。

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”。

二、基本组成结构微处理器 输入输出接口 人机接口 通信接口1、微处理器系统单片机、微处理器芯片、存储器、时钟系统等，是智能仪表的核心2、输入输出电路实现测量信号的传输和数字化转换、模拟量输出和驱动及开关量的输入输出功能。

模拟量输入电路：电量和非电量信号测量、模拟信号放大与处理、滤波、变换与线性补偿AD 转换电路：采样、保持、AD 转换器、接口、基准电压、隔离开关量输入电路：信号测量、放大、整形、隔离数字量输入输出电路：整形、隔离、接口与驱动DA 转换电路：隔离、DA 转换器、转换器接口、基准电源、信号转换模拟量输出接口：放大驱动、滤波开关量输出电路：驱动、保护执行机构：继电器、固态继电器、晶闸管、电磁阀、电动机、液压装置、电力电子元器件等3、人机接口电路实现使用者和仪表间的信息交流功能键盘：以独立式或矩阵式按键为主显示器：LED 数码管或小型液晶显示器打印机：微型打印机触摸屏4、通信接口电路将仪表的测量数据和状态信息传输给上位机或其他仪表串口：RS-232 RS-485并口：GPIB无线通信总线技术三、分类高级智能仪器、模型化智能仪器、初级智能仪器、聪敏仪器类四、特点高级智能仪器微处理器系统传感器单元开关量输入模入电路AD 转换执行机构模出电路DA 转换开关量输出通信接口显示打印命令输入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：数字滤波、随机误差、系统误差、非线性校准等处理→改善测量的精确度相关、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◆多功能化：一机多用(智能化电力需求分析仪)五、发展趋势其结构可有两种基本类型:●微机内嵌式：将单片或多片的微处理器与传统仪器有机地结合在一起形成的单机，其形态是仪器。

智能仪器定义：含微型计算机的电子仪器拥有对数据的存储、运算、逻辑判断、自动化操作及与外界通信的功能，具有一定的智能作用，因而被称为智能仪器。

智能仪器的典型结构：智能仪器实际上是一个专用的微型计算机系统，它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、数据并进行一系列运算和处理。

通常由微处理器、程序存储器及输入/输出接口电路等组成，或者它本身是一个单片微型计算机。

模拟量输入/输出通道：主要由AD转换器、DA转换器和有关模拟信号处理电路等组成。

人机接口电路：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是仪器可以接受计算机的程序命令。

智能仪器的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，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IO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接口总线中的远控命令，包括描述有关功能、操作方式与工作参数的代码；进行有关数据采集与数据处理；通过通信接口送出仪器的测量结果、数据处理结果及仪器现行工作状态信息。

智能器的主要特点：1智能仪器使用键盘代替传统仪器中的旋钮或琴键式切换开关来实施对仪器的控制，从而是仪器面板的布置和仪器内部的有关部件的安排不再互相限制和牵连。

2微处理器的运用极大地提高了仪器的性能。

3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、触发电平自动调整、自动校准、自诊断等功能，有力地改善了仪器的自动化测量水平。

4智能仪器具有友好的人机对话的能力，使用人员只需要通过键盘打入命令，仪器就能实现某种测量和处理功能。

大学生智能仪器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解智能仪器的原理、结构与分类，掌握常见智能仪器的功能与应用。

2. 学生能够掌握智能仪器设计的基本流程与方法，具备分析、解决实际问题的能力。

3. 学生能够了解智能仪器在工程领域的应用现状及发展趋势。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的智能仪器系统，具备实际操作与调试的能力。

2. 学生能够运用相关软件工具，对智能仪器进行仿真与优化，提高系统性能。

3. 学生能够通过团队协作，完成具有一定难度的智能仪器项目设计，提高沟通与协作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到智能仪器在现代科技领域的重要性，激发对相关领域的学习兴趣。

2. 学生能够树立创新意识，勇于尝试新方法，培养解决复杂问题的自信心。

3. 学生能够遵循工程伦理，关注智能仪器在生活中的应用，具备社会责任感。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在培养学生的动手能力、创新意识和团队合作精神。

学生特点：大学生具备一定的理论基础，具有较强的学习能力和探索精神，对实际操作和项目设计有较高的兴趣。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。

通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程和实际工作打下坚实基础。

二、教学内容1. 智能仪器原理与结构- 智能仪器的定义、特点与分类- 智能仪器的核心部件及功能- 智能仪器的工作原理与性能指标2. 常见智能仪器及其应用- 数据采集与处理仪器的应用- 控制器与执行器的工作原理及选型- 网络化智能仪器的发展与现状3. 智能仪器设计方法与流程- 系统需求分析- 硬件设计原理与电路图绘制- 软件设计方法与编程实践4. 智能仪器仿真与优化- 常用仿真软件的使用方法- 智能仪器性能指标仿真分析- 系统优化方法与策略5. 智能仪器项目实践- 项目设计与实施流程- 团队协作与沟通技巧- 项目成果展示与评价教学内容安排与进度：1. 第1-2周：智能仪器原理与结构2. 第3-4周：常见智能仪器及其应用3. 第5-6周：智能仪器设计方法与流程4. 第7-8周：智能仪器仿真与优化5. 第9-12周：智能仪器项目实践教材章节关联：1. 第1章：智能仪器概述2. 第2章：智能仪器硬件设计3. 第3章：智能仪器软件设计4. 第4章：智能仪器系统仿真与优化5. 第5章：智能仪器项目实践与案例分析三、教学方法本课程将采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：- 对于智能仪器的原理、结构与分类等基础理论知识，采用讲授法进行教学，使学生在短时间内掌握基本概念和原理。