《测控系统原理与设计》课程复习重点最终修订版【缩印版】

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。

测控技术与仪器专业《测控系统原理与设计》课程设计任务书淮阴工学院电子与电气工程学院2014年5月1日《测控系统原理与设计》课程设计课题：__________________________班级_______________ 学号 _________________学生姓名_________________________________专业____________________________________系别_______________ 测控系______________指导教师_______ 杨银贤李华_______________淮阴工学院电子与电气工程学院2014年5月、设计选题1、简易数字电压表的设计简易数字电压表可以测量0-5V范围内的8路输入电压值，并在4位LED数码管上轮流显示和单路选择显示。

控制系统采用AT89C52单片机，AD采用ADC0809.课题任务分配：硬件设计软件设计2、时钟计时器的设计时钟计时器要求用单片机和6位LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式进行，能整点提醒，使用按键开关可实现时、分调整，秒表/ 时钟功能转换，省电及定时设定提醒功能。

课题任务分配：键盘部分：确定键的个数、功能、以及硬件设计；编写键盘子程序。

闹铃和显示部分：硬件设计与软件设计。

3、超声波测距器的设计超声波测距器用于一些工业现场的位置控制，测量时与被测物体无直接接触课题任务分配：硬件设计包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路。

软件设计4、红外家电遥控系统利用红外接收和发射模块并结合单片机8051，来设计一个简单的红外线家电遥控系统，可以控制市电220V的家电开启和关闭。

课题任务分配：计时部分：硬件设计与软件设计；主控程序编写。

显示部分：硬件设计与软件设计。

5、DS18B20 数字温度计的设计采用智能温度传感器DS18B20做为检测元件，AT80C2051做为控制器，采用LED数码管直接显示温度值。

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。

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。

1.能量流，材料流和信息流。

2.数据库、程序库和输入输出人机通信系统。

3.所谓可靠性，是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。

固有可靠性、使用可靠性和环境适应性4.分辨力是显示装置能有效辨别的最小示值；鉴别力是使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化。

5.稳定性是指测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力；漂移是指仪器计量特性的慢变化。

6.示值范围又称为量程，测量范围是测量仪器允许范围内的被测量值。

7.标尺间隔示值对应标尺两相邻标记的两个值之差，分度值示值一个标尺间隔所代表的被测量值。

8.仪器误差产生的原因是多方面的，从数学特性上看原理误差多为系统误差，制造误差和运行误差多为随机误差。

9.传递位移的方式有推力传动和摩擦力传动。

10.对于推力传动其作用线是两构件接触区的公法线，对于摩擦力传动则是公切线。

11.若略去某项误差对总误差的影响小于不略去结果的1/10，则可视为微小误差。

根据微小误差定义，测量仪器和测量标准的误差只需小于测量总误差的1/3,则对测量结果的影响是微不足道的。

12.检测与测量就是把被测量与标准量进行比较的过程。

测量的精度首先取决于标准量的精度。

13.标准量根据标准量体现的标准值的个数可以分为单值和多值两种。

根据计量值方法可分为绝对码和增量码。

14.标准量可分为实物标准量与自然标准量。

自然标准量是以光波波长为标准的。

15.在几何量中按被测参数，可分为长度标准量、角度标准量和复合参数标准量。

16.对仪器的支承件设计要求，具有足够刚度，力变形要小；稳定性好，内应力变形小；热变形要小；有良好抗振性。

17.按导轨面间摩擦性质，导轨可分为滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨和弹性摩擦导轨。

18.导轨的基本功能是传递精密直线运动，导向精度是其最重要的精度要求。

19.凡作回转运动的仪器中都必须有主轴系统，其由主轴、轴承及安装在主轴上的传动件或分度元件组成。

20.轴系的误差运动是指在规定的轴向和径向位置上，以及规定的方向上，指定的旋转物体相对轴线平均线的位置变化。

测控系统原理与设计课程设计测控系统是用于测量、监测、控制物理量的技术系统。

现在几乎所有的工业和科技领域都离不开测控系统的应用，因此测控系统成为了重要的技术专业。

本文将介绍测控系统原理与设计课程设计的内容。

一、课程设计目的和基本要求本次课程设计旨在通过对测控系统理论知识的学习和实践，让学生深入了解测控系统的工作原理、设计流程和实现方法，提高学生的综合能力和实践能力。

设计要求学生能够独立完成一个小型的测控系统方案设计，为学生将来的测控系统设计和实践奠定基础。

二、课程设计内容本次课程设计分为两部分。

第一部分为理论授课，主要包括测控系统基础、传感器与信号处理、数据采集与传输、控制策略等内容；第二部分为实践操作，学生需要完成一个小型的测控系统方案设计的实验项目。

1. 理论授课1.1 测控系统基础测控系统的定义、基本组成和发展历程。

测量误差及其来源，精度的分析与控制，测量精度的提高方法。

测控系统常用量的名称、表示方法和单位。

1.2 传感器与信号处理传感器的概念、分类、特点、参数和应用。

传感器的静态和动态特性，传感器的选择和匹配。

信号条件与调理，采集信号的处理方法，各种传感器信号的处理示例。

1.3 数据采集与传输传统数据采集系统的介绍及其优缺点。

现代数字化数据采集系统特点、结构和工作原理。

数据无损传输介质的分类和特点，传输协议和传输方式的选择。

1.4 控制策略控制系统的基本结构、类型、性能指标以及各类控制对象。

控制策略选择的依据和方法。

比例、积分和微分控制对控制系统的作用。

高级控制技术及其实际决策。

2. 实践操作学生需要完成一个小型测控系统的方案设计实验项目，具体要求如下：•选定测量对象并确定测量参数•选定传感器并进行参数匹配和电路设计•选用合适的数据采集方式并进行数据采集与传输设计•选定控制策略并设计控制程序•利用实验装置进行模拟实验并进行调试•给出实验结果并进行分析和评价三、课程设计要求1. 理论学习要求学生应认真学习课程理论知识，完成课堂作业和实验预习。

测控系统新特点和新功能：(1)自动对零功能在每次采样前对传感器的输出值自动消零，从而大大降低因2II控系统漂移交化造成的误差。

(2)量程自动切换功能可根据测量值利控制值的大小改变澜量范围和控制范围，在保证测量和控制范围的同时提高分辨率。

(3)多点快速测控可对多种不同参数进行快速测量和控制。

(4)数字滤波功能利用计算机软件对测量数据进行处理，可抑制各种干扰和脉冲信号。

(5)自动修正误差许多传感器和控制器的特性是非线性的，且受环境参数变化的影响比较严重，从而结仪器带来误差。

采用计算机技术，可以依靠软件进行在线或离线修正。

(6)数据处理功能利用Lf算机技术可以实现传统仪器无法实现的各种复杂的处理和运算功能，比如统计分析、检索排序、函数变换、差值近似和频谱分析等。

(7)复杂控制规律利用汁算机技术不仅可以实现经典的PID控制，还可以实现各种复杂的控制规律，例如，自适应控制、模糊控制等。

(8)多媒体功能利用计算机多媒体技术，可以使仪器具有声光和语音等功能，增强测控系统的个性或特色。

(9)通信或网络功能利用计算机的数据通信功能，可以大大增强测控系统的外部接口功能和数据传馅功能。

(10)自我诊断功能采用计算机技术后，可对测控系统进行监测，一旦发现故障则立即进行报警，并可显尔故障部位或可能的故障原因，对排除故障的方法进行提示。

2.1.2对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根据总精度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(4)能满足用户对可靠性和可维护性的要求。

可供选用的传感器类型：(1)大信号输出传感器。

（2)数字式传感器。

(3)集成传感器,集成传感器是将传感器与信号调理电路制成一体。

(4)光纤传感器.2.1.4串音产生的原因，解决方法：然而实际情况并非如此，其他被关断的信号也会出现在负载上，对本来是唯一被接通的信号形成千扰，这种干扰称为道间串音干扰，简称串音。

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。