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测控系统技术课程设计一、教学目标本课程旨在让学生掌握测控系统技术的基本原理、方法和应用，培养学生的实际操作能力和创新意识。
通过本课程的学习，学生应达到以下目标：1.知识目标：（1）理解测控系统的基本概念、组成和分类；（2）掌握测控系统的硬件和软件设计方法；（3）熟悉信号处理、数据采集和控制算法等方面的知识。
2.技能目标：（1）能够运用测控系统技术解决实际工程问题；（2）具备测控系统硬件选型、软件设计和系统调试的能力；（3）熟练使用相关仪器仪表和编程软件。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的团队合作精神和责任意识；（2）激发学生对测控系统技术的兴趣，培养创新思维；（3）使学生认识到测控系统技术在现代社会中的重要性和应用价值。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.测控系统概述：介绍测控系统的定义、组成、分类和应用领域；2.测控系统硬件：讲解传感器、信号处理电路、执行器等硬件组件的选择和设计；3.测控系统软件：涵盖控制算法、数据采集、人机界面等方面的内容；4.测控系统实例分析：分析实际工程中的测控系统案例，让学生学以致用；5.实验操作：进行测控系统实验，培养学生动手能力和实际操作技能。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：系统地传授测控系统的基本原理和知识；2.讨论法：学生针对实际案例进行讨论，培养解决问题的能力；3.案例分析法：分析典型测控系统实例，帮助学生更好地理解理论知识；4.实验法：让学生亲自动手进行实验，提高实际操作能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统性的学习资料；2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，提高课堂教学效果；4.实验设备：配置完善的实验设备，确保学生能够进行实际操作。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采取以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等方式，评估学生的学习态度和积极性；2.作业：布置适量的作业，检查学生对知识点的掌握程度和应用能力；3.实验报告：评估学生在实验过程中的操作技能和问题解决能力；4.考试：设置期中和期末考试，全面测试学生的知识水平和应用能力。
北京邮电大学课程设计报告
关于撰写课程设计报告的相关要求：
1．一个小组提交一份报告，但每位同学都需填写第一页（带有课程设计成绩评定《北京邮电大学课程设计报告》）并作为报告的首页提交。
注意：请不要出现“课程设计指导书”这样的页眉。
2．请将第一页填写完成后的电子文档，以附件形式发到bittrinity@ 邮箱。
邮件主题为：测控课程设计+班级+姓名+学号方式。
3．设计报告内容需至少包含：设计任务、小组分工、设计内容、实验效果和收获体会五部分。
4．小组分工部分需列出组员各自完成的工作，并对组内成员进行贡献率分配。
5．设计内容需包含程序设计思路及程序设计流程图。
6．实验效果至少需包含程序主界面截图，9张波形截图（方波、三角波、正弦波每种波形的高、中、低频效果图，高、中、低频可自己定义，只要在效果图上能看出疏密度即可）。
注意：高、中、低频效果图是输入信号频率分别为高、中、低频时，个别同学由于横坐标的采样点数是动态坐标，通过调节采样点数来更改波形的疏密，与设计报告要求不符。
此外，对于自己觉得有特色的一些界面，也可截图附在报告中。
7．收获体会部分小组成员分别撰写各自的心得体会，主要介绍设计中遇到的问题和解决方法，并对设计工作的总结与展望。
同步测控优化设计同步测控系统在工业自动化领域中起着至关重要的作用。
为了提高同步测控系统在实际应用中的性能和可靠性，优化设计是必不可少的。
本文将探讨同步测控优化设计的相关内容，旨在提供一些有益的思路和方法。
一、同步测控系统简介同步测控系统是一种能够实现精确测量和控制的系统，通常由传感器、数据采集模块、控制器和执行器等组成。
其主要功能是在给定信号输入条件下，对目标系统的状态进行测量，并根据测量结果实现相应的控制。
同步测控系统广泛应用于各个工业领域，如电力、化工、交通等。
二、同步测控系统存在的问题在实际应用中，同步测控系统可能会面临一些问题。
例如，测量误差可能会导致控制不准确；数据采集模块的响应速度可能不够快，导致延迟较大；控制器的稳定性可能不够好，导致系统波动较大等。
这些问题都会影响同步测控系统的性能和可靠性，因此需要进行优化设计。
三、同步测控优化设计方法（1）传感器选择与校准：合理选择传感器对于同步测控系统的性能至关重要。
根据具体的应用需求和目标系统的特点，选择合适的传感器类型，并进行传感器的校准和调试，确保其输出准确可靠。
（2）数据采集模块优化：数据采集模块是同步测控系统中的关键组成部分。
需要考虑采集模块的响应速度和采样频率，确保能够及时采集到目标系统的状态信息。
此外，应合理选择数据接口和传输方式，以提高数据传输的效率和稳定性。
（3）控制算法改进：同步测控系统的控制算法对系统性能有着直接的影响。
优化控制算法可以通过改进控制策略、提高控制精度等方式来实现。
在对控制算法进行改进时，需要充分考虑目标系统的特性和工作环境，以确保优化后的控制算法能够更好地适应实际应用。
（4）系统稳定性提升：同步测控系统的稳定性是其能否正常运行的关键因素之一。
通过合理设计系统的反馈环路和控制参数，可以提升系统的稳定性。
此外，还应注意系统的防护措施，如过载保护、电磁屏蔽等，以提高系统的抗干扰能力。
四、同步测控优化设计应用案例以下是一个实际应用案例，用于说明同步测控优化设计的具体操作：某化工厂需要实时监测储罐内液位，并根据液位变化做相应的控制。
第六章计算机测控系统软件设计计算机测控系统软件设计是指对计算机测控系统进行软件设计与开发的过程。
计算机测控系统是指利用计算机技术对各种物理量进行测量和控制的系统，广泛应用于工业生产、科学研究和自动化控制等领域。
在计算机测控系统中，软件设计是其中非常重要的一环，它直接影响着系统的功能、性能和稳定性。
计算机测控系统软件设计的主要任务是根据系统的需求，设计出满足这些需求的软件系统。
软件设计的过程通常包括需求分析、系统设计、模块设计和接口设计等阶段。
首先是需求分析阶段。
在这个阶段中，我们需要与系统的用户和其他相关人员进行沟通，了解系统的需求和功能要求。
在这个过程中，我们需要对系统的输入、输出、功能模块以及与其他系统的接口进行详细的分析和描述。
接下来是系统设计阶段。
在这个阶段中，我们需要根据需求分析的结果，设计出系统的整体架构和模块结构。
在设计过程中，需要考虑系统的可扩展性、可维护性和可靠性等方面的要求。
同时，还需要确定系统所需的开发工具和技术。
然后是模块设计阶段。
在这个阶段中，我们需要对系统的各个功能模块进行详细设计。
在设计过程中，需要考虑模块之间的接口和数据传递等问题。
同时，还需要进行算法设计和数据结构设计等工作。
最后是接口设计阶段。
在这个阶段中，我们需要设计系统与其他系统的接口，以便实现系统间的数据交换和通信。
在设计接口时，需要考虑数据的格式、传输方式以及接口的可靠性和安全性等问题。
计算机测控系统软件设计需要遵循一些基本的设计原则。
首先是模块化原则，即将系统分解为若干个功能模块，每个模块都具有独立的功能和接口。
这样可以降低系统的复杂性，便于开发和测试。
其次是高内聚低耦合原则，即模块内部的各个元素之间紧密相关，而与其他模块的关联性较低。
这样可以提高系统的稳定性和可维护性。
最后是开放性原则，即系统应该具备较高的可扩展性和兼容性，方便后续的功能扩展和升级。
测控技术的课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解测控技术的基本概念、原理及在实际应用中的重要性；2. 掌握测控系统中的传感器、执行器、数据采集与处理等关键技术；3. 理解并掌握测控系统的设计原则和方法。
技能目标：1. 能够运用所学知识分析和解决实际测控问题，具备初步的测控系统设计能力；2. 能够操作常见的测控设备，进行数据采集、处理和分析；3. 能够运用测控软件进行数据可视化及分析。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对测控技术的兴趣，激发学生主动探究新知识的精神；2. 培养学生的团队合作意识，提高沟通与协作能力；3. 增强学生的创新意识和实践能力，使其具备解决实际问题的自信心。
课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，注重培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备一定的物理、数学基础，对新技术有一定的好奇心，但实践能力有待提高。
教学要求：结合学生特点，采用案例教学、实验教学等方法，引导学生主动参与，提高学生的实践能力和创新意识。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 测控技术基本概念与原理：包括测控系统的定义、功能、分类及其在工业、农业、医疗等领域的应用。
教材章节：第一章 测控技术概述内容列举：测控系统的发展历程、基本组成与工作原理。
2. 传感器与执行器：介绍各种传感器的工作原理、特性及应用，以及执行器的种类、性能和选用原则。
教材章节：第二章 传感器与执行器内容列举：传感器分类、原理及选型，执行器类型、性能及控制方法。
3. 数据采集与处理：讲解数据采集系统的组成、工作原理，以及数据预处理、分析和可视化方法。
教材章节：第三章 数据采集与处理内容列举：数据采集硬件与软件，信号处理方法，数据可视化技术。
4. 测控系统设计：阐述测控系统设计的原则、步骤和方法，结合实际案例进行分析。
教材章节：第四章 测控系统设计内容列举：系统设计原则，硬件选型与连接，软件开发与调试。
［摘要］测量原理是测控技术与仪器专业的一门学科基础必修课，通过课程学习，要求学生基于测量学的三大基本问题熟练掌握测量原理的五个基本概念和三个基本操作，深刻理解知识内涵，初步具备测量方法论思维，教学难度极大。
为了让学生更好地理解如何将测量原理知识实际应用，精心设计了海水声速测量系统教学案例，通过具体问题导入、测量基本原理分析、测量系统设计与实现、测量系统分析与总结四个部分，将课程核心知识点有机串联，进行了教学实践，取得了良好的教学效果。
［关键词］测量系统；案例设计；教学实践［中图分类号］G642［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2021）31-0041-03海水声速测量系统案例设计及教学实践①胡梅，周超，瞿智，郭熙业，靳晓艳（国防科技大学智能科学学院，湖南长沙410073）一、案例教学法和测量原理课程特点随着我国高校教学改革的不断深入，案例教学法越来越多地运用到教学实践中，尤其是理论课程的相关知识点解析教学环节中。
案例教学通过实例演示使抽象理论变得直观易懂，使教学过程更加生动活泼，能够启发、引导学生积极思考[1-2]。
近年来，案例教学法在教育科研方法、数学、信息光电子学、机器学习、现代数字信号处理、数字电子技术基础等不同类型的课程[2-7]中均得到了有效运用，取得了良好的教学效果。
测量原理是测控技术与仪器专业的学科基础课程，是本专业学生学习后续专业课程的基础知识，是学生进行抽象思维、理论分析与技术设计的学科专业基础。
课程围绕测量学的三大基本问题：量值的存在性、量值的可测性和量值的确定性问题展开，将测量原理的核心知识点分为两个方面：基本概念和基本操作[8]。
基本概念包括五个名词：量值、信号、算子、误差和系统，基本操作包括三个动词：分析、计算和设计。
课程教学目标是要求学生基于测量学的三大基本问题熟练掌握测量原理的五个基本概念和三个基本操作，深刻理解知识内涵，初步具备测量方法论思维。
课程主要从“抽象”与“理论”两个过程传授知识与技能，教学难度极大。
测控系统设计及实践•课时：20 （10周）•理论+实践•参考教材：《测控仪器设计》第3版，浦昭邦，机械工业出版社《测量控制与仪器仪表现代系统集成技术》，丁天怀，李庆祥，清华大学出版社《新概念51单片机C语言教程》，郭天祥，电子工业出版社•主讲：胡衍雷（实践：倪旻昊）•办公室：西区力学三楼307•Tel：63602932•Email：huyl@背景知识•传感器及测试技术•模拟电路，数字电路，仪器电路•自动控制原理•单片机原理及应用第一节测控系统概论测控系统是即“测（检测/测量）”又“控（控制）”的系统依据被控对象被控参数的检测结果，按照人们预期的目标对被控对象实施控制。
传感检测部分：感知信息（传感技术、检测技术）信息处理部分：处理信息（人工智能、模式识别）信息传输部分：传输信息（有线/无线通信及网络）信息控制部分：控制信息（现代控制技术）蒸汽省煤器阀门给水汽包蒸汽省煤器阀门给水汽包LTLC锅炉汽包示意图锅炉汽包液位测控系统示意图当系统受到扰动作用后，被控变量（液位）发生变化，通过检测仪表（液位变送器LT ）得到测量值。
在自动控制装置（液位控制器LC ）中，将测量值与设定值比较，得到偏差，经过运算后发出控制信号，作用于执行器（控制阀），改变给水量，使控制装置执行器被控对象设定值偏差检测单元操纵变量被控变量扰动比较机构控制器-系统方框图被控对象：指被控制的装置和设备。
被控变量是影响系统安全性、经济型、稳定性等性能的变量。
检测单元：功能是感受并测量被控变量的大小。
变换成控制器所需要的信号形式。
一般检测单元为敏感元件、转换元件及信号处理电路组成的传感器。
控制器：包括比较机构和控制装置。
将检测单元的输出信号与被控变量的设定值进行比较得出偏差信号，根据这个偏差信号的正负、大小变化情况，按一定的运算规律计算出控制信号传送给执行机构。
执行器：接收控制器发出的控制信号，相应的去改变控制变量。
测量值检测系统•又称数据采集系统，用来对被测对象中的一些物理量进行测量并获得相应的测量数据被测对象传感器模拟输入通道微机/控制单元数据显示数据处理•控制系统以“控制”为目的，结构上分为开环控制和闭环控制。
控制指令控制器执行机构被控对象开环控制系统•闭环控制按照人们预期的目标对被控对象实施控制。
根据设定值的类型不同，可以分为定值控制系统，随动控制系统和程序控制系统。
•定值控制系统中设定值是恒值；随动控制系统中设定值是预先未知的随时变化的函数；程序控制系统中设定值是已知的时间函数。
•测控系统：以微机为核心，以程序控制为目的的系统测控对象传感器执行器传感器执行器模拟量输入通道模拟量输出通道模拟量输入通道模拟量输出通道微型计算机通信接口人机接口操作员其他微机常见的典型测控系统实例ESP、自适应巡航、自动驾驶……恒温、变频……HDD、5400rpm/7200rpm……BD、6000-10000rpm•设备软件化：简化硬件、缩小体积、降低功耗、提高可靠性。
•过程智能化：以计算技术和人工智能为核心。
•高度灵活性：实现组态化、标准化、分布式。
•高度实时性：采集、传输、处理、控制高速化。
•高度可视性：图形编程、三维技术、虚拟现实。
•测控一体化：测量、控制、管理。
随着信息技术的快速发展，现代测控系统大多以微型计算机为核心，能完成较高层次的自动化检测和控制，在不同程度上具有“智能”技术。
如基于网络的测控技术、基于虚拟仪器(VI) 的测控技术、基于雷达与无线通信的测控技术，以及基于全球卫星定位系统(GPS) 的测控技术等。
•基地式•20世纪40年代到50年代，测控仪表处于发展的初期阶段。
通常以指示、记录仪表为主体，附加控制、测量等部件。
所有仪表之间通过不可分离的机械结构相连接，封装在箱壳之内，只需配上控制阀便可构成一个测控系统。
操作人员只能通过生产现场的巡视，了解生产过程的状况。
•单元组合式•20世纪60年代到70年代，随着企业生产规模的扩大，操作人员需要综合掌握多点的运行参数和信息并实施操作控制，出现了单元组合式仪表组成的测控系统中，变送器、执行器和控制器分离：变送器、执行器安装在现场，控制器在中央控制室。
操作人员可在控制室内进行集中监测、操作和控制。
计算机测控系统•80年代后期，计算机控制开始采用开放式通讯系统，可以和以太网接口连接，图示功能增强，组态更加直观、灵活，基于计算机的网络控制系统性能日益完善、应用逐渐普及。
•出现了操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、现场总线网络控制系统等。
操作指导控制系统1. 操作指导控制系统ODC (Operating Direction Control)计算机只承担数据的采集和处理工作，而不直接参与控制。
它对各种变量进行巡回监测、处理、记录和超限报警，同时进行实时分析和累计分析，为操作人员提供参考。
操作指导控制系统方框图直接数字控制系统2. 直接数字控制系统DDC (Direct Digital Control)利用一台计算机对多个被控参数进行巡回监测，监测结果与设定值比较，并按预定的控制规律进行运算，输出到执行机构，对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。
DDC中计算机可以完全取代模拟控制器，实现多回路控制，只需改变程序就能有效的实现较复杂的控制规律。
这是计算机用于过程控制的最典型的系统。
被控参数给定值是预先设定的，不能根据工艺信息的变化及时修改，故DDC系统无法使生产过程处于最优工况。
监督控制系统3. 计算机监督控制系统SCC (Supervisory Computer Control)。
计算机根据工况和已定的数学模型，进行优化分析计算，产生最优化设定值，送给模拟控制器或DDC计算机执行。
SCC系统更接近于生产变化的实际情况，不仅可以进行给定值控制，还可以进行顺序控制、自适应控制及最优控制等。
现场总线控制系统4. 现场总线控制系统FCS (Fieldbus Control System)。
现场总线是一种为实现整个企业信息集成，实施综合自动化而开发的一种通讯系统。
FCS将挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接成网络系统，并构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数调节、报警、优化及管控一体化等综合自动化功能。
基于网络的测控系统ground stationground stationsystem telemetry attitude telemetry energy telemetry thermal telemetry OBCtelemetrycommand center Satellitetelemetry datahandling centercommunication telemetry Ethernet第二节测控系统现代设计方法现代设计方法的特点：(1)程式性强调设计、生产与销售的一体化。
(2)创造性突出人的创造性，开发创新性产品。
(3)系统性用系统工程思想处理技术系统问题。
力求系统整体最优，同时要考虑人-机-环境的大系统关系。
(4)优化性通过优化理论及技术，以获得功能全、性能良好、成本低、性能价格比高的产品。
(5)计算机辅助设计计算机将更全面地引入设计全过程，计算机辅助设计不仅用于计算和绘图，在信息储存、评价决策、动态模拟、人工智能等方面将发挥更大作用。
设计要求•(1)精度要求精度是测控仪器的生命，精度本身只是一种定性的概念。
为表征一台仪器的性能和达到的水平，应有一些精度指标要求，如静态测量的示值误差、重复性误差、复现性、稳定性、回程误差、灵敏度、鉴别力、线性度等，动态测量的稳态响应误差、瞬态响应误差等。
这些精度指标不是每一台仪器都必须全部满足，而是根据不同的测量对象和不同的测量要求，选用最能反映该仪器精度的一些指标组合来表示。
检测系统的精度应根据被测对象的要求来确定，当仪器总误差占测量总误差比重较小时，常采用1/3原则，即仪器总误差应小于或等于被测参数总误差的1/3；若仪器总误差占测量总误差的主导部分时，可允许仪器总误差小于或等于被测参数总误差的1/2。
为了保证仪器的精度，仪器设计时应遵守一些重要的设计原则和设计原理，如阿贝原则、变形最小原则、测量链最短原则、精度匹配原则、误差平均作用原理、补偿原理、差动比较原理等扩散硅压力传感器零点温漂的补偿扩散硅压力传感器是在硅材料的基片上，用集成电路的工艺制成扩散电阻并组成桥路。
由于采用了半导体材料的扩散技术，不可避免地产生了如下问题：①扩散电阻的离散性很大，桥路的四个电桥臂阻值R1≠R2≠R3≠R4；②扩散电阻的各个电阻温度系数不等，即；③扩散电阻随温度的非线性变化。
因此，将产生严重的各不相同的零点温度漂移和灵敏度温度漂移。
为了解决扩散硅压力传感器零点温度漂移的补偿，提出了串并联、双并联、双串联等几种补偿方案，下面以串并联为例，叙述其补偿原理。
1234a a a a ≠≠≠补偿原理（1）桥路的平衡条件图2-1为四个扩散电阻所组成的桥路若使桥路在所要求的温度点和温度变化后均能平衡，则平衡条件应有二个，即（2-1）（2-2）式中，、、、为在所要求温度点的电阻、、、的阻值t ∆10402030R R R R =a a a a 1423+=+10R 20R 30R 40R 1R 2R 3R 4R 补偿原理图2—1 电阻式桥路（惠斯顿电桥）即并联后亦能降低其电阻温度系数。
（2）串、并联电阻对电阻温度系数的影响。
①在电阻为R 的扩散电阻上串联电阻R s 。
设串联后的等效电阻温度系数为a’，等效电阻为R’，R 的电阻温度系数为a 。
如图2-2a ，则有：得可见，即串联电阻后其电阻温度系数降低。
'=+a R R R a s '<a a '=+R R R ssR t a R t a R +∆+=∆'+')1()1(②在扩散电阻上并联电阻。
如图2-2b 所示，并联后其等效电阻为：p R 即pp R t a R R t a R t a R +∆+∆+=∆'+')1()1()1(得t Ra R R a R a p p ∆++='因R R Ra t p +>>∆'=+R RR R R p p故'=+a R aR R p p 可见'<a a 图2—2 电阻的串联或并联形式a) 串联形式b ）并联形式'=+'=+⎫⎬⎪⎭⎪R R R a R R R a s s 1010110101桥臂2上的等效电阻和等效温度系数分别为：⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫+='+='2202202020a R R R a R R R R R p pp p（2-3）（2-4）（3）串并联电阻补偿原理见图2-3，在上串联，在上并联。
