仪器仪表的设计理论和制造方法

摘要随着时代的进步和发展，智能仪表已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本文主要介绍了一个基于89C51单片机的温度报警系统，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和模数转换，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。

AT89C51与ADC0808结合实现最简温度报警系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。

关键词：温度报警；ADC0808；AT89C51目录1 智能仪器仪表的简介 (2)1.1智能仪器仪表简介 (2)1.2智能仪器仪表的作用 (2)1.3本课题的背景和意义 (3)2 系统设计简介 (4)2.1 芯片简介 (4)2.2 设计要求 (4)2.3 设计方案论证 (4)2.4 硬件设计电路 (5)3 系统硬件设计 (6)3.1控制模块 (6)3.2显示电路 (6)3.3转换模块 (7)3.4报警模块 (7)3.5系统总体电路图 (8)4 设计语言及软件介绍 (9)4.1 keil语言介绍 (9)4.2 Proteus软件介绍 (9)4.3 keil与proteus联调与仿真实现 (10)5 系统软件设计 (11)5.1 程序设计思路 (11)5.2源程序 (12)5.3 调试及仿真 (17)6 结论 (18)7 参考文献 (18)1 智能仪器仪表的简介1.1智能仪器仪表简介仪器仪表（英文：instrumentation）仪器仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。

真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法器等均属于仪器仪表。

广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能，例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪表，和电动调节仪表，以及集散型仪表控制系统也皆属于仪器仪表。

仪器仪表工程主修课程仪器仪表工程可是个很有趣的专业呢，那主修的课程也都特别有意思。

一、电路原理。

这门课就像是我们走进仪器仪表世界的大门钥匙。

电路原理嘛，讲的就是电是怎么在各种线路里跑来跑去的。

就好像我们在看一场电的马拉松比赛，电子们在导线这个跑道上按照一定的规则跑着。

那些电阻、电容、电感啥的，就像是赛道上的不同关卡或者助力道具。

比如说电阻，它就像是赛道上的减速带，会让电子跑起来没那么顺畅，而电容呢，又有点像个能量储存小仓库，电子到了这儿可以休息一下，储存点能量再接着跑。

学好这门课，我们就能搞明白仪器仪表里那些最基本的电的工作原理啦，以后看到那些复杂的电路图，就像看一幅画一样，知道每个部分都在干啥。

二、模拟电子技术。

模拟电子技术就像是电路原理的进阶版。

在这门课里，我们会接触到各种各样的模拟电子器件，像三极管、场效应管这些小玩意儿可神奇了。

它们就像是小小的魔法元件，能够把微弱的电信号放大或者处理得更符合我们的要求。

比如说，我们要测量一个很微小的声音信号，这个信号可能很弱很弱，但是通过这些模拟电子器件的魔法，就可以把这个小信号变得足够大，大到我们的仪器仪表能够识别和处理。

这门课学起来有点像在玩搭积木，把不同的电子器件按照一定的规则搭起来，就能实现各种不同的功能，特别有成就感。

三、数字电子技术。

数字电子技术和模拟电子技术有点像兄弟俩，但又各有各的特点。

数字电路里只有0和1这两个数字，就像一个简单又神秘的二进制世界。

在这个世界里，各种逻辑门就像是规则的执行者。

与门、或门、非门这些逻辑门就像一个个小裁判，决定着信号是通过还是被阻挡。

这门课的乐趣就在于可以用这些简单的0和1还有逻辑门来构建超级复杂的数字系统。

比如说我们手机里的那些芯片，虽然看起来小小的，但是里面可是有着超级复杂的数字电路系统，都是通过这门课学的知识一点点构建起来的呢。

四、传感器原理与应用。

传感器就像是仪器仪表的小耳朵和小眼睛。

它们能够感知周围环境的各种信息，然后把这些信息转化成电信号，这样仪器仪表就能知道外面发生了什么啦。

ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本科毕业设计数字万用表的研究与设计The Design of Digital Multimeter系（院）名称：电子信息与电气工程学院QQ 号：309810851目录中文摘要、关键词 (Ⅰ)英文摘要、关键词 (Ⅱ)引言 (1)第一章课题的研究背景 (2)1.1数字万用表研究的目的和意义 (2)1.2国内外的研究动态及发展趋势 (3)1.2.1国内研究概况 (3)1.2.2国外研究概况 (4)1.3数字万用表设计重点解决的问题 (4)第二章数字万用表的总体设计方案 (5)2.1课题设计的基本思路 (5)2.2数字万用表的测量原理及电路平台 (5)2.3数字万用表的硬件系统总体设计框图 (10)2.4硬件电路设计方案及选用芯片介绍 (11)2.4.1 AT89S52芯片功能特性描述 (12)2.4.2模数转换模块介绍 (13)2.4.3显示模块介绍 (15)2.4.4电源模块介绍 (15)2.5数字万用表的硬件设计 (16)第三章系统软件及流程图及仿真过程 (22)3.1软件设计整体思路 (22)3.2系统总流程图 (23)3.3物理采集流程图 (24)3.4系统仿真过程 (24)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录A (29)附录B (33)数字万用表的研究与设计摘要:本次设计用单片机芯片AT89S52设计一个数字万用表，能够测量交、直流电压值、直流电流、直流电阻以及电容，四位数码显示。

此系统由分流电阻、分压电阻、基准电阻、电容测试芯片电路、单片机最小系统、显示部分、报警部分、AD转换和控制部分组成。

为使系统更加稳定，使系统整体精度得以保障，本电路使用了AD0809数据转换芯片，单片机系统设计采用AT89S52单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和11.0592MHZ震荡电路，显示芯片用TEC612驱动8位数码管显示。

仪器仪表专业课全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：仪器仪表专业是现代工程技术领域中的一门重要学科，涵盖了仪器仪表原理、设计、制造、应用等方面的知识。

在各种工程领域，如电子、通信、汽车、航空航天、医疗设备等领域都需要仪器仪表专业的技术支持。

本文将介绍仪器仪表专业的基本知识、专业课程、就业方向等内容。

一、仪器仪表专业的基本知识仪器仪表是用来测量、检测、控制和监视工程参数的装置。

它是现代工程技术中不可或缺的一部分，广泛应用于科研、生产、检测等各个领域。

仪器仪表可以分为模拟仪器和数字仪器两大类，其中数字仪器又包括计算机控制的仪器仪表。

仪器仪表专业主要研究仪器仪表的原理、设计、制造、调试、应用等方面的知识，培养学生具备开发新型仪器仪表的能力。

仪器仪表专业的学科交叉性强，涵盖了电子技术、计算机技术、通信技术、力学、光学、控制理论等多个学科知识。

学生在学习过程中将接触到各种仪器仪表的原理和结构，学习如何设计和制造各种类型的仪器仪表，以及如何应用仪器仪表进行工程实践。

仪器仪表专业的课程设置包括基础课程和专业课程两大部分。

基础课程主要包括数学、物理、电路原理、信号与系统、传感器原理等课程，为学生打下扎实的理论基础。

专业课程主要包括仪器仪表原理、仪器仪表设计与制造、自动控制技术、计算机控制等课程，培养学生在仪器仪表领域的专业知识和能力。

在仪器仪表专业的课程教学中，实验教学占据着非常重要的地位。

学生通过完成各种仪器仪表设计、调试、测量等实验，掌握了解决实际工程问题的技能。

实验教学不仅能够加深学生对知识的理解，还能够培养他们的动手能力和团队合作精神。

仪器仪表专业毕业生可以在多个行业就业，如科研院所、高新技术企业、电力能源、通信网络、汽车制造、医疗设备等领域。

具体的就业岗位包括仪器仪表工程师、自动化工程师、测试工程师、控制工程师等。

随着现代工程技术的不断发展，仪器仪表专业的需求将会越来越大。

仪器仪表专业毕业生在就业市场上有着广阔的发展前景。

摘要现代工业控制系统中，自动化仪表检测技术和仪表控制系统是实现自动控制的基础。

在过程自动化中要通过检测元件获取生产工艺变量，最常见变量是温度、压力、流量、物位（四大参数）。

检测元件又称为敏感元件、传感器，它直接响应工艺变量，并转化成一个与之成对应关系的输出信号。

这些输出信号包括位移、电压、电流、电阻、频率、气压等。

随着新技术的不断涌现，特别是先进检测技术、现代传感器技术、计算机技术、网络技术和多媒体技术的出现，给传统的自动控制系统带来了新的挑战，并由此引出许多新的发展，如虚拟仪器、软测量技术、数据融合理论与方法以及最新发展的传感器网络技术等。

全文以典型工业过程控制系统的构成为基础，以应用自动控制理论设计过程控制系统为主线，重点介绍了自动化检测仪表、全刻度指示 PID 连续调节仪表、数字控制仪表、执行器和防爆栅、智能仪表与虚拟仪器以及自动化仪表应用实例。

关键词：仪表、DCS组态、安装第一章序言 (3)1-1设计背景 (3)1-2设计内容及规划 (3)1-3设计意义 (3)第二章自动化检测技术及部分检测仪表原理介绍 (3)2-1自动化检测技术简介 (3)2-2 PID调节规律及方法 (3)第三章仪表选型及一些仪表介绍 (3)3-1转子流量计 (3)3-2 FIELDVUE DVC2000系列数字式阀门控制器 (3)3-2 SITRANS压力变送器 (3)第四章DCS系统简介 (3)4-1 霍尼韦尔DCS系统简介 (3)4-2 霍尼韦尔DCS软、硬件简介 (3)4-3 DCS系统软硬件的组态与连接 (3)4-4 DCS在压缩机上的应用 (3)结论 (3)参考文献 (3)第一章序言1-1设计背景半个多世纪以来，自动化仪表经历了从气动液动仪表、电动仪表、电子式模拟仪表、数字智能仪表，到计算机集散控制系统(DCS)等发展阶段，为各行各业的现代化大规模生产提供了强大的支持。

近年来，随着网络通信等相关技术的快速发展，自动化仪表正处于一场意义重大的变革中，以仪表的全数字化、开放化、网络化为特征的现场总线控制系统(FCS)正在迅猛发展。

仪器仪表工程（代码085203）攻读硕士学位研究生培养方案一．学科专业简介仪器仪表是人类获取信息、认识自然、改造自然的重要工具。

仪器仪表工程是提供检测、计量、监测和控制装置、设备与技术的综合性工程领域，通过精密机械、电子技术、光电技术、计算机技术、测试计量技术等学科相互交叉和渗透为人类社会提供了重要的物质技术保障，广泛涉及到国民经济、科学研究和与人们日常生产相关的各个方面。

仪器仪表工程领域涉及：产品研制、工艺开发、装备设计、技术改造、质量控制、计量测试、企业管理、新装置建设、项目规划、引进装置消化吸收、工程可行性研究等。

随着仪器仪表领域的技术发展，新型传感器及信息获取、过程测控系统、装备及集成技术、微系统测量控制仪器仪表及制造技术、新型计量测试仪器及计量基准研究等逐渐成为本领域的重要技术发展趋势。

仪器仪表工程领域适用于国民经济建设中各个领域从事计量、测试、控制工程、智能仪器、计算机软件和硬件、工程建设、企业管理及专业教育等领域高层次人才的培养。

二.研究方向1.测控技术与智能系统该研究方向以测控技术、智能检测与控制系统设计与实现为研究对象，基于自动控制原理、模式识别、最优化、光学检测等理论与技术，开展生产线智能制造的在线检测、信号处理、模式匹配、优化控制及自动化控制技术等的研究。

2.地球探测仪器该研究方向以地球物理勘探和工程地球物理勘探技术与实现为研究对象，基于嵌入式系统、信号处理、物探解释方法等原理，开展高密度电法地层构造层析成像系统、弹性波CT成像无损检测、地震方法检测系统等的研究与实现。

3.复杂过程参数检测该研究方向以复杂工业现场生产过程难测参数为研究对象，基于电子、计算机、嵌入式等技术，开展复杂过程参数检测和基于多参数的生产过程建模的新方法、新理论的研究。

目前该方向主要针对钢铁企业连续铸造生产过程的温度、液位、多参数融合生产预测模型等展开研究；对烟草企业物流运输、堆垛机仓储系统等的生产线安全检测展开研究。

仪表仪器专业就业岗位仪表仪器专业是指那些涉及到仪器设计、制造、使用和维护的专业。

该专业毕业生能够在多个行业找到合适的就业岗位，以下是对仪表仪器专业就业岗位的详细介绍：1. 自动化控制系统设计工程师：自动化控制系统设计工程师负责设计和实施自动化控制方案，以提高生产效率和产品质量。

他们需要具备深入了解自动控制理论、熟悉各种自动化仪表和设备、能够使用专业软件进行系统设计和仿真。

2. 仪器仪表设计师：仪器仪表设计师负责研发和设计各种仪器仪表，包括传感器、测量仪器、控制仪表等。

他们需要具备深厚的电子、电气工程知识，熟悉材料科学、机械设计等相关领域知识。

3. 过程控制工程师：过程控制工程师负责监控和优化生产过程中的各种参数，确保生产过程稳定和安全。

他们需要具备深入了解过程控制理论、熟悉各种自动化仪表和设备、能够使用专业软件进行系统设计和仿真。

4. 仪器仪表维修技术员：仪器仪表维修技术员负责维护和修理各种仪器仪表，确保其正常运行。

他们需要具备较强的动手能力、理解各种仪器仪表的工作原理、熟悉常见的故障排除方法。

5. 质量控制工程师：质量控制工程师负责监控产品的质量，确保产品符合标准和客户要求。

他们需要具备深入了解质量管理理论、熟悉各种测量仪器和设备、具备良好的数据分析能力和问题解决能力。

6. 销售和市场营销专员：销售和市场营销专员负责推广和销售仪器仪表产品。

他们需要具备良好的沟通和人际交往能力、熟悉市场分析和竞争策略。

7. 研发工程师：研发工程师负责研究和开发新的仪器仪表产品和技术。

他们需要具备深厚的专业知识、熟悉实验设计和数据分析方法、能够使用先进的研发工具和技术。

8. 技术支持工程师：技术支持工程师负责提供技术支持和解决方案，以解决客户在使用仪器仪表过程中遇到的问题。

他们需要具备较强的技术知识和问题解决能力、良好的沟通和人际交往能力。

9. 教育与培训讲师：教育与培训讲师负责教授和培训学生或员工有关仪器仪表的知识和技能。

测控仪器的概念测控仪器则是利用测量和控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。

按功能将仪器分成以下几个组成部分：1 基准部件2 传感器与感受转换部件 3 放大部件 4 瞄准部件 5 信息处理与运算装置 6 显示部件7 驱动控制器部件8 机械结构部件测控仪器的设计要求(1)精度要求(2)检测效率要求3)可靠性要求(4)经济性要求(5)使用条件要求(6)造型要求微分法几何法能画出机构某一瞬时作用原理图，按比例放大地画出源误差与局部误差之间的关系，依据其中的几何关系写出局部误差表达式。

优点是简单、直观，适合于求解机构中未能列入作用方程的源误差所引起的局部误差，但在应用于分析复杂机构运行误差时较为困难。

作用线与瞬时臂法基于机构传递位移的机理来研究源误差在机构传递位移的过程中如何传递到输出。

数学逼近法原理误差仪器设计中采用了近似的理论、近似的数学模型、近似的机构和近似的测量控制电路所引起的误差。

它只与仪器的设计有关，而与制造和使用无关。

原始误差由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。

误差的分类及表示方法按误差的数学性质分1）随机误差2）系统误差3）粗大误差按被测参数的时间特性分1）静态参数误差2）动态参数误差按误差间的关系分1）独立误差2）非独立误差误差的来源与性质原理误差仪器设计中采用了近似的理论、近似的数学模型、近似的机构和近似的测量控制电路所引起的误差。

它只与仪器的设计有关，而与制造和使用无关。

制造误差,运行误差:仪器在使用过程中所产生的误差。

（一）力变形误差（二）测量力（三）应力变形（四）磨损（五）间隙与空程（六）温度（七）振动与干扰（八）干扰与环境波动引起的误差3.2. 归纳测控仪器的设计流程测控仪器总体设计，是指在进行仪器具体设计以前，从仪器自身的功能、技术指标、检测与控制系统框架及仪器应用的环境和条件等总体角度出发，对仪器设计中的全局问题进行全面的设想和规划。

仪器科学与技术学科主要课程仪器科学与技术学科是研究仪器设备的设计、制造、应用及其相关技术的学科。

在这个学科中，学生需要学习一系列的课程，以掌握核心知识和技能。

下面将对仪器科学与技术学科的主要课程进行详细介绍。

一、基础课程1.数学基础：包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计等课程，为后续专业课程打下基础。

2.物理基础：涵盖力学、热学、电磁学、光学等基本物理原理，培养学生解决实际问题的能力。

3.计算机基础：学习计算机组成原理、操作系统、计算机网络、编程语言等，为后续仪器控制和数据处理奠定基础。

二、专业核心课程1.仪器科学与技术导论：介绍仪器科学与技术的发展历程、研究内容、应用领域及相关技术体系。

2.测量与控制原理：阐述测量与控制的基本原理、方法和应用，包括传感器、信号处理、执行器等。

3.精密仪器与装置：研究精密仪器的设计、制造及应用，包括光学仪器、电子仪器、精密机械等。

4.仪器系统设计与实践：通过实际项目训练，培养学生进行仪器系统设计、调试和优化的能力。

5.自动化控制系统：学习自动化控制系统的基本原理、设计方法和应用，包括工业自动化、楼宇自动化等。

6.智能化仪器仪表：探讨智能化仪器仪表的设计原理、关键技术及应用，如嵌入式系统、人工智能等。

三、实践与创新能力培养课程1.工程训练：通过实际操作，培养学生动手能力和工程实践能力。

2.课程设计：结合理论教学，进行系统性、综合性的课程设计，锻炼学生解决实际问题的能力。

3.科技创新与竞赛：鼓励学生参加各类科技创新竞赛，培养创新意识和团队协作精神。

四、跨学科选修课程1.机器人技术：学习机器人的设计、控制和应用，包括工业机器人、服务机器人等。

2.物联网技术：探讨物联网体系结构、关键技术及应用，培养学生在物联网领域的创新能力。

3. 大数据与人工智能：介绍大数据处理技术、机器学习、深度学习等，为学生在人工智能领域的进一步发展奠定基础。

通过以上课程的学习，学生将具备扎实的理论基础、丰富的实践经验和较强的创新能力，为我国仪器科学与技术领域的发展贡献自己的力量。