智能仪器设计课题2011

智能仪器设计报告姓名：学号：专业：电子信息工程日期：2012-11-14南京理工大学紫金学院电光系摘要本课题是设计并制作一个基于单片机和Labview的智能数字电压表，实现电压的自动换挡，提高测量精度。

电压表分成三档0~100mV；100mV~1V；1~5V，利用程控增益放大器改变放大器的放大倍数，将各档内的输入电压依次放大50倍，5倍，1倍；程控放大器的输出端经ADC0809进行A/D转换，转换结果传输给AT89C51，AT89C51根据结果将信息反馈给多路选择器从而改变放大器放大倍数的，并利用串行通信发送给上位机，在Labview上实现测量数据的显示。

关键词：智能数字电压表AT89C51 A/D转换程控放大器引言《智能仪器课程设计》是一门理论和实践相结合的课程。

它融入了现代电子设计的新思想和新方法，将智能仪器和虚拟仪器的理论和知识相结合，再结合所学的模拟电路和数字电路及单片机的理论和知识，设计、制作一个智能数字电压表，通过理论和实际的应用，帮助学生进一步提高系统的知识和实际设计能力。

本课程对于推动信息电子类学科面向21世纪课程体系和课程内容改革，引导、培养大学生创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，促进广大学生踊跃参加课外科技活动和提高毕业生的就业率都会起到了良好作用。

1 主要技术指标和要求1.1（1）输入电压：0~5V（直流）；（2）分成三档：0~100mV；100mV~1V；1~5V；（3）自动根据输入电压换挡；（4）测量精度：最大值的0.4%；（5）自动校零；（6）利用虚拟仪器实现测量结果在微机上显示1.2 实物要求根据智能仪器的设计要求，在仿真的基础上，对系统的程控放大器在面包板上完成连接、装配、调试并和单片机的开发系统连接并通过开发系统与微机连接，最后在微机上显示所测的电压数值。

1.3 实验仪器单片机与微机；功率函数信号发生器： SP1631A；万用表：UNI-T1.4 主要器件及典型电路形式（1）本次课程设计用器件介绍：单片机实验箱、微机、OP07、AD0808、Protues、Protel、Labview、Keil C51、（2）典型数字电路形式和模拟电路：程控运放电路2工作原理：2.1 智能仪器数字电压表电路设计1.软件设计总流程图：2.各个组成模块：I.量程自动切换电路:同相放大器的放大增益为：K=1+R f/R S , 在本电路中使R6、R7分别为R5的50 倍和5倍。

智能仪器设计课程设计课程简介本课程旨在为学生提供智能仪器设计的基本知识和技能，通过介绍智能仪器的基本组成部分、采集系统的原理、信号处理算法等内容，培养学生的理论和实践能力，提高学生的创新意识和实际操作能力。

课程目标本课程的学习目标如下：•掌握智能仪器的基本概念及其组成部分；•熟悉采集系统的原理和方法；•掌握信号处理的基本算法；•熟悉智能仪器的应用领域和应用案例；•能够独立开展智能仪器的设计和开发工作。

课程内容本课程的主要内容如下：1.智能仪器的基本概念和组成部分：介绍仪器的基本功能和组成部分，包括传感器、信号放大器、滤波器、模数转换器等。

2.采集系统的原理和方法：介绍数据采集系统的原理和方法，包括传感器的选型、信号放大器的设计和调试、模数转换器的工作原理等。

3.信号处理的基本算法：介绍常用的信号处理算法，包括滤波算法、离散傅里叶变换、小波变换等。

4.智能仪器的应用领域和应用案例：介绍智能仪器在生产、医疗、环保等领域的应用，包括温度测量、湿度测量、光学测量等实际案例。

5.智能仪器的设计和开发工作：通过实践案例，培养学生对智能仪器的设计和开发能力，包括原型设计、软件开发、系统测试等。

课程教学方法本课程采用课堂讲授、课外阅读、实验演示以及项目实践等多种教学方法，结合理论和实践，提高学生的综合能力。

具体教学方法如下：1.课堂讲授：通过课堂讲授，传授理论知识，丰富学生的学习内容；2.课外阅读：通过课外阅读，让学生深入了解智能仪器的应用领域和案例；3.实验演示：通过实验演示，让学生亲自操作仪器，深入了解仪器的组成和工作原理；4.项目实践：通过项目实践，让学生独立开展智能仪器的设计和开发工作，提高学生的实践能力；课程评估方式本课程的评估方式包括平时成绩、实验报告和设计项目。

具体评估方式如下：1.平时成绩：包括参与讨论、课堂表现、作业完成情况等；2.实验报告：学生需按照要求撰写实验报告，对实验过程和结果进行详细描述；3.设计项目：学生需独立完成智能仪器设计项目，并提交设计和测试报告，对设计过程和测试结果进行详细描述。

智能仪器课程设计引言智能仪器是指结合现代计算机技术、数字信号处理技术和传感器技术，能够实时采集、处理、显示和存储各种类型信息的测量仪器。

随着计算机技术的不断发展，智能仪器的应用越来越广泛。

在工业自动化、环境监测、医疗设备、智能家居等领域都有广泛的应用。

本文旨在探讨智能仪器课程的设计，包括教学目标、教学内容、教学方法、教学手段等方面。

教学目标智能仪器课程的教学目标主要包括以下几个方面：1.了解智能仪器的基本原理和工作方式，掌握常见的传感器和信号处理技术；2.能够使用软硬件平台进行智能仪器的开发和测试；3.培养学生创新思维和实践能力，提高解决实际问题的能力。

教学内容智能仪器课程的教学内容包括基本理论和实践操作两个方面。

1.基本理论方面，主要包括以下内容：–传感器原理和应用；–常见的信号处理技术；–智能仪器的硬件平台和程序设计；–软件平台的开发环境和使用方法。

2.实践操作方面，主要包括以下内容：–学生在实验室中完成一些简单的传感器测量实验；–学生根据实验中获得的数据，使用Matlab或Labview等软件进行信号处理；–学生根据实验结果，设计并实现基本的智能仪器系统。

教学方法智能仪器课程的教学方法主要采用抛砖引玉和启发式教学方法。

1.抛砖引玉，指的是通过讲解基本理论和实验结果，让学生逐步了解智能仪器的基本原理和工作方式，从而引导学生积累足够的知识储备；2.启发式教学，指的是通过启发式问题解决等方式，让学生在实践中不断思考和解决问题，从而培养学生创新思维和实践能力。

教学手段智能仪器课程的教学手段主要包括课堂讲解、实验操作和课程设计等几个方面：1.课堂讲解，指的是通过讲解和演示，让学生了解基本理论和工作原理。

2.实验操作，指的是通过实验操作，让学生了解智能仪器的具体应用。

3.课程设计，指的是让学生设计并实现自己的智能仪器系统，以培养学生的创新思维和实践能力。

总结智能仪器是智能化时代的重要设备之一。

智能仪器课程的教学不仅能够满足行业对专业技术人才的需求，也能够培养学生的创新思维和实践能力，提高解决实际问题的能力。

《智能仪器设计》课程设计报告书题目号：题目：智能仪表的设计班级：学号：06姓名：摘要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。

它的出现，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。

其工作原理为传感器拾取被测参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与存储于片内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。

伴随着网络技术的飞速发展，Internet技术正在逐渐向工业控制和智能仪器仪表系统设计领域渗透，实现智能仪器仪表系统基于Internet的通讯能力以及对设计好的智能仪器仪表系统进行远程升级、功能重置和系统维护。

因此，智能仪表有着无限的发展前景。

定义智能仪器的定义：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。

意义智能仪器的出现，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、智能仪器的工作原理传感器拾取被测参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与存储于片内FlashROM(闪速存储器)或E?2PROM(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)。

天津电子信息职业技术学院传感器技能实训课题名称智能温度测温系统姓名王先民学号20班级电信S10-1专业电子信息工程技术所在系电子技术系指导教师岑永祚完成日期2011年12月11日一、 主要内容温度传感器DS18B20采集环境模拟信号，其输出送入AT89C51，单片机在程序的控制下，将处理过的数据送到移位寄存器74LS164，经74LS164输出后驱动三位数码管显示。

当被测温度高于18℃时，单片机发出控制信号使降温电扇以自然风的形式旋转，温度越高转速越快，温度36℃以上时风扇全速工作，点亮此功能指示灯。

二、 基本要求（1）设计测量温度范围－55℃~＋125℃的智能测温系统，要求数码管实时显示测量温度，单片机根据温度高低确定风扇转速 （2）画出程序框图（3）有完整的整机电路图（protel 绘制）（4）完成格式正确、内容完整的实验报告三、 参考文献王祁， 智能仪器设计基础.北京：机械工业出版社，2009目录一、前言 (4)二、系统组成 (4)1、设计思路 (5)2、系统的性能指标： (5)3、系统的主要功能： (5)三、电路组成及工作原理 (5)1、温度传感器功能模块 (6)2、AT89C51单片机 ........................................................................................................ 8 3、74LS164移位寄存器 .. (12)4、晶振电路 (12)5、复位电路 ................................................................................................................... 13 6、键盘电路 . (13)7、显示电路 (14)8、稳压电路 ................................................................................................................... 14 9、显示电路 . (15)10、风扇控制电路 (15)四、课程设计心得与体会 (16)五、参考文献 (16)六、整机电路图 (17)七．心得体会 (18)智能温度测量系统的设计一、前言温度是一种基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量。

智能仪器课程设计课程设计名称3位半数字电压表学生姓名、学号谭彩铭（0501170118）指导教师牛国柱2009-1-16课程设计要求设计一3位半直流数字电压表，满足下列要求1、量程为20mV，200mV，2V，20V，200V，测量精度要求0.1%2、3位半数码显示3、工作状态显示4、开机自检5、配简单键盘，如量程切换6、配微型打印机接口由实际操作中遇到的问题找解决方案实际搭建的数字电压表的量程为20mV，200mV，2V和8V，能完成量程的自动切换，并有各种量程状态以及超、欠量程的指示灯显示。

原理图附录一所示。

对应的完整汇编程序见附录三。

1 原理图总体思路由于采用3位半AD转换器TC14433，提供的基准电压为2V，可测电压量程为2V，故大于2V的待测电压衰减后输入，小于2V的待测电压放大后输入。

衰减和放大由51单片机控制控制模拟开关4051，4052来完成。

调试当中，发现若输入电压为负时，比例放大就不准确了，且相差较大，故又用运放和模拟开关搭建了一反相控制电路。

原理图当中，U15为用OP07搭建的电压跟随器，用于增大输入阻抗，减小输出阻抗，以减少对待测电压的影响。

U16为用OP07搭建的一反相器。

U1用于若发现待测电压为负，让待测电压反相后进入后续电路。

U6作用同U15。

U1用于控制是否将待测电压衰减1/4后进入后续电路。

U4和U7用于控制是否对电压进行衰减以及衰减多少。

U17作用同U15。

U2为用MC1403搭建的2V电压源，用于输出较准确的电压源给TC14433作为基准电压。

2 AD转换部分TC14433中，EOC与DU端相连，选择连续工作方式。

EOC与51单片机的中端口0相连，由中断方式采集数据。

中断0采集数据服务子程序如图2所示。

3 升降量程及量程状态指示灯显示程序控制升降量程即控制模拟开关4051和4052，是否对待测电压进行放大或衰减。

如何有效的控制量程的自动转换是一较难点，尤其是保证程序的健壮性。

智能仪器仪表课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解智能仪器仪表的基本原理，掌握其功能、分类及在工程领域的应用。

2. 学会分析智能仪器仪表的电路结构，了解其主要部件的工作原理及相互关系。

3. 掌握智能仪器仪表使用及维护的基本方法，具备解决实际问题的能力。

技能目标：1. 能够运用所学知识，对智能仪器仪表进行简单的操作与调试。

2. 能够分析并解决智能仪器仪表使用过程中出现的常见故障。

3. 培养学生的动手实践能力，提高团队协作和沟通能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对智能仪器仪表的兴趣，激发他们探索科学技术的热情。

2. 增强学生的责任感，使其认识到智能仪器仪表在工程领域的重要作用。

3. 培养学生严谨、务实的科学态度，提高他们的创新意识和创新能力。

本课程针对高年级学生，结合学科特点和教学要求，旨在使学生掌握智能仪器仪表的基本知识，提高实践操作能力，培养他们的创新精神和团队协作能力。

课程目标具体、可衡量，便于教师进行教学设计和评估。

通过本课程的学习，学生将能够更好地适应未来工程领域的发展需求。

二、教学内容1. 智能仪器仪表概述- 了解智能仪器仪表的发展历程、功能特点及分类。

- 掌握智能仪器仪表在工程领域的应用。

2. 智能仪器仪表的原理与结构- 学习传感器、执行器、微处理器等主要部件的工作原理。

- 分析典型智能仪器仪表的电路结构及其相互关系。

3. 智能仪器仪表的使用与维护- 掌握智能仪器仪表的安装、调试、操作方法。

- 学会智能仪器仪表的日常维护及故障排除。

4. 智能仪器仪表实践操作- 设计并实施简单的智能仪器仪表操作实验。

- 分析实验结果，解决实际问题。

5. 智能仪器仪表案例分析- 研究典型智能仪器仪表在实际工程中的应用案例。

- 分析案例中智能仪器仪表的作用和价值。

教学内容依据课程目标进行选择和组织，确保科学性和系统性。

教学大纲明确教学内容安排和进度，与教材章节相对应。

通过本章节的学习，学生将全面了解智能仪器仪表的相关知识，为实际应用打下坚实基础。

智能仪器课程设计题目6一、课程目标知识目标：1. 学生能理解智能仪器的原理与功能，掌握基本组成和工作方式。

2. 学生能掌握智能仪器在实际应用中的技术参数和操作方法。

3. 学生了解智能仪器在生活中的应用，并能够列举至少三种常见的智能仪器。

技能目标：1. 学生能够独立完成智能仪器的组装和调试。

2. 学生能够运用所学的知识解决智能仪器使用过程中的简单故障。

3. 学生能够通过实际操作，展示智能仪器的功能，提高动手实践能力。

情感态度价值观目标：1. 学生对智能仪器产生浓厚的兴趣，培养探索精神和创新意识。

2. 学生在学习过程中，增强团队协作能力，提高沟通表达能力。

3. 学生能够认识到智能仪器在科技发展中的重要作用，增强社会责任感和使命感。

本课程针对高年级学生的知识深度，结合课程性质、学生特点和教学要求，旨在提高学生的理论知识和实践技能，培养他们独立思考和解决问题的能力。

通过本课程的学习，使学生能够在实际应用中运用智能仪器，为我国科技事业的发展贡献力量。

二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 智能仪器原理与功能- 理解智能仪器的定义、分类和基本原理。

- 掌握智能仪器的核心组件、功能特点及工作方式。

- 了解智能仪器的发展历程及其在科技领域的应用前景。

教学内容参考教材第3章“智能仪器的原理与功能”。

2. 智能仪器操作与应用- 学习智能仪器的主要技术参数及其影响。

- 掌握智能仪器的操作方法、调试技巧和维护保养知识。

- 分析智能仪器在实际应用中的优缺点，探讨其改进方向。

教学内容参考教材第4章“智能仪器的操作与应用”。

3. 智能仪器实践案例- 介绍三种常见智能仪器（如智能温度控制器、智能测距仪、智能机器人）的组成、原理和操作方法。

- 实践操作智能仪器，进行组装、调试和故障排除。

- 分组讨论并展示智能仪器的实际应用案例，分享学习心得。

教学内容参考教材第5章“智能仪器实践案例”。

三、教学方法针对本章节内容，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与功能等理论性较强的内容，采用讲授法进行教学，为学生系统讲解基本概念、原理和操作方法。