智能仪器仪表设计题目

2019电赛仪器仪表类题目
2019年全国大学生电子设计竞赛的仪器仪表类题目共分为三道，题目内容与要求如下：
1. 题目一：超声波测距与避障系统
要求参赛者制作一个能够实时检测前方障碍物距离，并自动调整运动方向以实现避障的智能小车。

具体要求如下：
小车需能够自动检测前方1m范围内的障碍物，并发出声、光报警信号；小车在检测到障碍物后，应能够自动减速并调整运动方向，以实现避障；小车应能够通过无线模块将检测到的障碍物距离信息发送至手机APP。

2. 题目二：智能温湿度控制系统
要求参赛者制作一个能够实时监测并调节室内温湿度的智能控制系统。

具体要求如下：
系统应能够通过传感器实时监测室内温湿度，并将数据发送至手机APP；系统应能够根据用户设定的温湿度范围自动调节空调、加湿器等设备的运行状态，以保持室内环境舒适；
系统应具备语音提示功能，能够实时播报室内温湿度信息。

3. 题目三：智能音频分析仪
要求参赛者制作一个能够对音频信号进行实时采集、分析和处理的系统。

具体要求如下：
系统应能够通过音频接口实时采集音频信号；
系统应能够对采集到的音频信号进行频谱分析、噪声去除、语音识别等处理；
系统应具备可视化界面，能够实时显示音频信号的波形、频谱等信息；
系统应具备语音合成功能，能够将处理后的音频信息以语音形式输出。

以上为2019年全国大学生电子设计竞赛仪器仪表类题目的简要介绍，建议查看全国大学生电子设计竞赛官网获取更多信息。

《智能仪器设计》设计要求及题目设计要求：一、 13周-14周进行方案设计，并在15周前做出设计方案论证报告的PPT文档，地点电子信息实验室。

二、 15周11211班同学进行设计方案讨论，16周11212同学进行设计方案讨论。

地点教室。

要求每组选择一名同学讲解汇报设计方案（10分钟），回答问题10-15分钟（每个同学均需回答问题），计入期中考试成绩。

三、 5人一组，每组同学要有合理的分工（有一定工作量），最后检查所画电路的原理图（最好画出部分电路的PCB版图），负责软件设计的同学至少要画出流程图（用Visio软件画），最好能用LabVIEW软件做出上位机界面设计。

四、 17周每人写出设计方案论证报告并上交1.概述技术的发展概述、用途2.设计要求基本技术要求、系统功能、精度指标、使用环境3. 系统方案设计系统组成、总体设计方案、系统硬件电路设计（传感器、主控制器、数据采集器、显示器、电源设计）、软件模块的设计（上位机软件、下位机软件、流程图）、通信系统、系统外形设计、抗干扰设计。

4.实现的可行性论述项目研制起止时间、以往工作研究基础、目标任务及实现可行性论述5.验收与交付验收项目名称、验收方法、各种参数测试、功能测试6.研制费用7. 设计参加人员（分工）五、画出完整的硬件电路原理图六、写出设计的收获与体会七、全部打印，不能互相抄袭，两个报告相同时不给成绩、第17周周五交。

题目一、集散式粮库温湿度测控系统系统可分为上位机和下位机两部分。

下位机部分是研制一台数据采集器，可对粮仓内的200点温度、30点湿度进行巡检，一旦出现异常报警，则控制三台风机及时通风。

通过RS485总线将采集到的数据传送到上位机显示、存储，传输距离大于2千米。

所研制的数据采集器工作可靠、抗雷击、抗干扰、防熏蒸能力强。

上位机负责管理下位机。

每台上位机可管理1～255个数据采集器，并对数据采集器传送的数据进行显示、存储（保留一个月已内的数据）、打印，并能显示粮仓内传感器的安装位置。

课程设计安排一、课程设计题目（以下课程设计题目按学号顺序分配，落实到人。

一人一个题目）1.题目：电烤箱的智能温控仪表设计功能及技术指标：⑴电烤箱由1kW电加热器加热，最高温度为120°C。

⑵电烤箱的温度可以设置，电烤过程恒温控制为设置的温度，温度控制误差≤±2°C。

⑶可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1°C。

⑷当实际温度超出设置温度±5°C时发出报警⑸采用STC89C51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器。

⑹采用位式控制、并用晶闸管过零驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。

2.题目：快式热水器的智能温控仪表设计功能及技术指标：⑴用两位数码管显示出水温度。

⑵水温范围为：00~99°C，检测和显示的精度为1°C。

⑶设置5个功率档位指示灯：1~2档，一个灯亮；3~4档，两个灯亮；5~6档,3个灯亮；7~8档,4个灯亮；9档，5个灯亮。

0档无功率输出，档位灯不亮。

⑶设置3个按钮，分别为电源开关键、加键和减键。

加热功率分为0~9档，按加键可依此递增至9档；按减键可依此递减至0。

0~9档功率依次为0、1/9P、2/9P、3/9P、4/9P、5/9P、6/9P、7/9P、8/9P、P。

⑷出水温度超过65°C时停止加热，并蜂鸣报警；温度降到45°C时，开始加热。

⑸采用可控硅控制加热功率⑹传感器为热敏电阻。

⑺采用89C51单片机。

3.题目：电热水器的智能温控仪表设计功能及技术指标：⑴电热水器由800W电炉丝加热，最高温度为100°C。

⑵电热水器的温度可以设置，恒温控制过程为设置的温度，温度控制误差≤±2°C。

⑶可以实时显示设置温度和实际温度，显示精度为1°C。

⑷当实际温度超出设置温度±10°C时发出报警⑸采用AT89S51单片机和12Hz的晶振；采用AD590温度传感器。

智能仪器设计基础考试重点题目1、智能仪器的发展趋势（1）微型化（2）多功能化（3）人工智能化（4）网络化2、智能仪器的分类、组成和特点（1）从发展应用的角度看，智能仪器系统分为微机内嵌和微机扩展两大类。

（2）智能仪器由硬件和软件两大部分组成。

硬件包括微处理器、存储器、输入通道、输出通道、人机接口电路、通信接口电路。

1操作自动化○2具有自测功能○3具有数据分析和处理功（3）智能仪器的特点○4具有友好的人机对话功能○5具有可程控操作能力能○2.1常见的A/D转换器有哪几种类型？其特点是什么？答：类型（1）并联比较型A/D转换器（2）逐次逼近型A/D转换器（3）双积分型A/D转换器（4）￡-△调制型A/D转换器1转换速度快，2精度、特点：○随着转换位数的增加，所需的硬件个数多○速度、3精度高、4和价格均适中，抗干扰能力差○抗干扰性好价格低廉，转换速度较慢○具有积分式与逐次式的双重优点，以很低的采样分辨率和很高的采样频率将模拟信号数字化2.4模拟量输出通道有哪几种基本机构？试说明其特点和使用场合。

答：（1）单通道结构：只有一路信号输入，常用于频率较高的模拟信号的A/D转换。

1多通道并行结构：常用于模拟信号频率很高且各路必须同（2）多通道结构：○2多通道共享结构：步采样的高转换速率系统，速度快、成本高、体积功耗大○适合对转换要求不高的系统。

通道速度慢，元件开销少2.7在设计智能仪器时，选择模拟多路开关要考虑的主要因素是什么？答：（1）通道数量（2）泄漏电流（3）导通电阻（4）开关速度4.1为什么要消除键盘抖动？消除键盘抖动的方法？实现的原理是什么？答：因为抖动可能导致计算机将一次按键操作误判多次操作。

方法一：硬件去抖动，利用RS触发器的互锁功能去抖动，可以得到理想的按键输出波形。

方法二:软件延时去抖动，通过CPU首次检测到按键按下或松开信息时，延时一段时间，从而躲过抖动期，等待按键稳定后，CPU再次检测，确定按键的状态。

智能仪器仪表设计题⽬智能仪器仪表设计⼀、题⽬多功能智能奶瓶设计⼆、设计⽬标及技术要求在喂⾷婴⼉奶粉时，⽬前⼤多是由⼤⼈⽤⼿或者⾆头去感觉奶粉的温度,⽽⼿的⽪肤粗糙度和外界环境温度都会影响感温的准确性，容易发⽣烫伤⼩孩的事故；若⼤⼈患病时，⽤⾆头去感知则会将病菌传给婴⼉，导致严重后果。

因⼯作等原因许多妈妈成为背奶⼀族，母乳质量受存储时间和存储⽅式的影响,若存储时间过长或⽅式不对，都将导致母乳酸变⽽不能⾷⽤。

因此，婴⼉喝奶时，温度是否合适，质量是否安全，是每⼀位家长重点关⼼的问题。

为避免上述各种情况的发⽣，针对婴⼉奶的温度和PH值，设计⼀种多功能智能奶瓶，能够快速智能地检测出瓶中婴⼉奶的冷热度和新鲜度。

选取合适的传感器和微处理器实现参数实时采集，采⽤LED显⽰器实时显⽰出检测结果，告知使⽤者瓶中婴⼉奶的具体温度值和PH值，并对测量结果进⾏分析，利⽤指⽰灯提⽰是否适宜⾷⽤，不适宜时，同时给出原因。

三、设计思路1、确定总体⽅案根据多功能智能奶瓶的需求，撰写设计总体⽅案。

2、系统硬件选型深⼊分析婴⼉奶温度和PH值的检测范围、精度等，选取合适的硬件，如传感器、单⽚机、显⽰模块、指⽰灯等。

3、系统软件开发根据系统总体⽅案，确定软件架构，进⽽详细设计。

4、系统集成及调试搭建系统硬件，运⾏软件，测试是否满⾜系统需求。

四、具体设计过程要求1、对该智能奶瓶的基本输⼊输出系统、测试、控制、显⽰及提⽰等环节能进⾏设计和系统集成。

2、说明所设计的智能仪器的⼯作原理和⼯作过程。

3、对设计结果进⾏必要的分析。

4、按时完成设计报告。

5、撰写⼼得体会。

⼀、题⽬⾼压系统绝缘检测电路设计⼆、设计⽬标及技术要求选择⼀种“⾼压系统绝缘检测⽅法”，根据已选定的“⾼压系统绝缘检测⽅法”，完成相关电路设计和软件仿真。

（1）对两种以上的“⾼压系统绝缘检测⽅法”进⾏对⽐，并选中其中⼀种⽅法。

（2）根据选定的“⾼压系统绝缘检测⽅法”，独⽴完成⾼压系统绝缘检测⽅法电路仿真及设计。

《智能仪器设计基础课程设计》----40题目如下课设题目可采用A Tmega16、STC89C51或是C8051330单片机实现。

各仪表均采用AC220V供电，开关电源（输入电压AC：85V～265V 50Hz，开关电源输出电压为DC12V，若需要输出4~20mA电流时，可以选择输出电压为DC24V的开关电源）。

1、设计一个测量远距离室内温度监控系统，具有8路模拟输入通道，每一通道每秒检测100次。

测量范围为0 oC~200 oC，测量精度为±1 oC。

系统测量环境温度为25oC。

根据题目要求选择合理的传感器、放大器、A/D转换器、采样保持器和多路开关组成前向通道采集电路，并搭建后向通道电路，通过继电器驱动负载。

要求系统具有抗干扰功能、人机界面功能和与上位机通信的能力。

解释各部分的工作原理，并进行误差分析。

2、设计一个测量远距离室内湿度监控系统，具有8路模拟输入通道，每一通道每秒检测50次。

测量范围为0~100%RH，测量精度为±1%RH。

系统测量环境温度为25oC。

根据题目要求选择合理的传感器、放大器、A/D转换器、采样保持器和多路开关组成前向通道采集电路，并搭建后向通道电路，通过继电器驱动负载。

要求系统具有抗干扰功能、人机界面功能和与上位机通信的能力。

解释各部分的工作原理，并进行误差分析。

3、设计一个测量远距离室内压力监控系统，具有8路模拟输入通道，每一通道每秒检测100次。

测量范围为1~5Mpa，测量精度为1.5%。

系统测量环境温度为25oC。

根据题目要求选择合理的传感器、放大器、A/D转换器、采样保持器和多路开关组成前向通道采集电路，并搭建后向通道电路，通过继电器驱动负载。

要求系统具有抗干扰功能、人机界面功能和与上位机通信的能力。

解释各部分的工作原理，并进行误差分析。

4、设计一个测量远距离室内流量监控系统，具有8路模拟输入通道，每一通道每秒检测50次。

测量范围为10m3/h，测量精度为2%。

智能仪器练习题练习一一、简答题1.简述智能仪器仪表型式试验和电磁兼容试验主要内容。

答：型式试验和电磁兼容性试验主要包括：外观检查、绝缘性能、电压波动、低温、高温、湿热、振动、浪涌、脉冲群、静电放电、射频电磁场、电源端骚扰、传导、电磁辐射等。

2.简述智能仪器仪表常用的总线接口和通讯接口方式。

答：分为并行接口方式和串行接口方式。

并行接口：PCI接口和ISA；串行接口：OneWire、I2C、SPI、RS232、RS485、现场总线（CAN总线、LonWorks总线）、USB总线、IEEE-488总线、以太网、Camerlink等。

二、智能仪器仪表设计题为铁路现场SS8型电力机车设计随车状态诊断记录仪。

诊断记录仪需要采集机车的一些状态参数，包括：一路交流0~25KV电压信号、一路交流0~1000A 电流信号、一路直流110V开关信号，一路压力传感器输出信号（0－600kPa），一路温度传感器输出信号（4－20mA），以及一个OC门开路输出的光电开关输出。

便携式诊断记录仪采用机车110V直流供电，要求采集精度不低于1％。

要求该设备能够连续采集记录50小时以上的机车状态参数，还可以将数据转储到PC机上，利用PC机上的专家系统进行更精确的分析诊断。

1.设计该智能仪器的总体结构，包括供电系统设计，微处理器的选择，系统复位电路设计等，并简单描述工作原理（10分）答：该仪器选用51或96单片机作为微处理器，选用MAX691进行复位与内存数据保护，选用110V/5V电源模块进行系统供电，单片机外接A/D变换器进行模拟信息采集，利用单片机自带的I/O口进行数字量的采集。

2.为上述每种信号设计前向采集通道电路（20分）答：（答案不唯一）(1) 0～25KV的电压：LEM模块，串行1带8路的A/D接口（控制信号和电源隔离），或多路切换后进模拟量隔离放大器。

(2) 0～1000A的电流：分流器或 LEM模块，同a。

(3) 0～600Kpa的压力：两线制的半导体式压力传感器，同a。