智能儀表第1章+緒論課件

1、智能儀表Intelligent Instrument智能儀表(課程編號:)，24學時，1.5學分。本課程適用于自動化和電氣工程及其自動化專業(yè)本科生。考核方式1、考查方式：閉卷卷面成績70%、實驗成績20%、平時成績10%2、成績評定：課程信息教 材參考教材智能儀表原理與設計. 凌志浩. 人民郵電出版社1智能儀器原理與設計. 殷俠. 中國電力出版社2智能儀器(第3版).程德福. 機械工業(yè)出版社3智能儀器設計基礎(第2版). 史健芳. 電子工業(yè)出版社4智能儀器原理及應用(第4版). 趙茂泰. 電子工業(yè)出版社教學目標本課程是自動化專業(yè)本科生的一門專業(yè)選修課。通過本課程的學習，使學生了解智能儀表在工業(yè)

2、測控系統中的地位和作用，掌握典型智能儀表的基本體系結構和工作原理，為將來設計和應用智能儀表打下基礎。 先修課程電路、單片機、計算機接口技術和檢測技術與儀表教學計劃章次內 容學時數作業(yè)1緒論1*2主機電路3*3過程輸入輸出通道3*4人機接口電路3*5通信接口電路4*6監(jiān)控程序2*7測量與控制算法2*8虛擬儀器技術2*總學時數20緒論011.1 智能儀表的發(fā)展本章主要內容1.2 智能儀表的組成和特點1.3 智能儀表的設計思想和研制步驟1.1.1 智能儀表的概念1.1.2 智能儀表的分類1.1.3 智能儀表的發(fā)展階段1.2.1 智能儀表的基本組成1.2.2 智能儀表的主要特點1.3.1 智能儀表的基

3、本設計思想1.3.2 智能儀表的設計研制步驟1.4 智能儀表的開發(fā)工具本章主要內容1.4.1 開發(fā)工具的功能1.4.2 開發(fā)工具的種類1.4.3 實時多任務系統1.1 智能儀表的發(fā)展客觀世界是一個物質世界，人們?yōu)榱苏J識物質世界，就必須對表征物質運動的各種信號進行測量。 一個完整的測試過程包括：1、信息的采集2、信息的變換與傳輸3、信息的處理和分析4、信息的顯示和記錄 控制過程包括：1、控制信息的獲取與傳輸2、控制信息（命令）的執(zhí)行 1.1.1 智能儀表的概念1.1 智能儀表的發(fā)展 1.1.1 智能儀表的概念典型現檢測系統的結構框圖1.1 智能儀表的發(fā)展 智能智能是隨外界條件變化而作出的一種正確

4、反應的能力。將人的智能引入儀表，即將人工智能的理論和方法應用于儀表產品，則可實現儀表智能化。 1.1.1 智能儀表的概念 智能儀表智能儀表是計算機技術與測試技術相結合的產物，是含有微計算機或微處理器的測量儀器，它具有對數據的存儲、運算、邏輯判斷及自動化操作等功能，有的還具有自校正、自診斷、自適應、自學習的功能，具有一定智能的作用。1.1 智能儀表的發(fā)展 按發(fā)展階段 1.1.2 智能儀表的分類 按應用領域模擬儀表數字儀表智能儀表1、工業(yè)自動化儀表與控制系統2、科學儀器3、電子與電工測量儀器4、醫(yī)療儀器5、各類專用儀器6、傳感器與儀器儀表元器件及材料1.1 智能儀表的發(fā)展 20世紀70年代，隨著微

5、處理技術的發(fā)展，智能儀表開始發(fā)展起來。 20世紀80年代初期，出現了高性能的數字萬用表，其數據處理功能一般包括百分誤差、絕對誤差、最大值及最小值、峰-峰值、方差及標準差等，具有自動校準技術。 20世紀90年代，在高準確度、高性能、多功能的測量儀器中已經很少有不采用微計算機技術的了。 近年來，智能儀器已開始從較為成熟的數據處理向知識處理發(fā)展。體現為模糊判斷、故障診斷、容錯技術、傳感器信息融合等等，使智能儀器的功能向更高的層次發(fā)展。 1.1.3 智能儀表的發(fā)展階段1.1 智能儀表的發(fā)展 1984年，我國電磁測量信息處理儀器學會正式成立“自動測試與智能儀器專業(yè)學組”。 1988年，IFAC(Inte

6、rnational federation of Automatic Control,國際自動控制聯合會)的理事會正式確定“智能元件及儀器”（Intelligent Components and Instruments）為其系列學術委員會之一。 1989年5月，在武漢召開了第一屆測試技術與智能儀器國際學術討論會。智能儀表正趨向于多功能、高精度、低功耗、小型化、成套化，操作也更為簡便。1.2 智能儀表的組成和特點智能儀表包括硬件和軟件兩大部分，其功能很大程度上取決于軟件。 1.2.1 智能儀表的基本組成 硬件部分智能儀表硬件包括主機電路(微處理器：單片機或嵌入式系統)、輸入輸出通道、人機聯系部件與

7、接口電路以及串行或并行通信接口。1.2 智能儀表的組成和特點智能儀表的組成結構框圖1.2 智能儀表的組成和特點單片機技術發(fā)展動向 全盤 CMOS 化，器件具有低功耗、寬電壓等性能。 單片機字長有4、8、16和32位，但當前主流機型仍是8位機。 8位單片機還會不斷改進和完善。 程序存儲器已從片內或外接EPROM發(fā)展為OTPROM（一次性編程只讀存儲器）和FlashROM (快擦寫存儲器) 新一代的單片機采用 RISC (精簡指令集) 體系結構，較之傳統 CISC,指令的運行速度有了很大的提高。 單片機內部資源不斷豐富和擴大，如存儲容量增大，I/O口數量增多，許多外部接口電路 (ADC、PWM、W

8、DT等)集成到單片機中。1.2 智能儀表的組成和特點 軟件部分智能儀表軟件包括監(jiān)控程序、中斷處理(服務) 程序以及能實現各種算法的功能模塊。管理和協調全部程序的執(zhí)行實時處理功能1.2 智能儀表的組成和特點1.2 智能儀表的組成和特點1、使用單片微機、ASIC專用集成電路或DSP 數字信號處理芯片、集成開關電源，并采用表面貼裝技術。2、符合可靠性設計、電磁兼容性設計、耐環(huán)境性設計、人機工程學設計、造型設計的要求。3、具有自動校零、滿度和切換量程以及自動補償和修正各類誤差的功能，以實現高精度檢測。4、具有多種輸入、輸出方式和多種控制功能，可任意設置或組態(tài)。5、具有符合標準協議的通信接口，可實現聯網

9、。6、具有自診斷功能，一旦故障即能告警, 并 能及時處理。 1.2.2 智能儀表的主要特點1.3 智能儀表的設計思想和研制步驟模塊化設計依據儀表的功能要求和技術經濟指標, 自頂向下（由大到?。┑匕磧x表功能層次把硬件和軟件分成若干個模塊, 分別進行設計和調試, 然后把它們連接起來, 進行總調。模塊連接硬件：以主機模塊為核心，通過內部總線（數據總線、地址總線和控制總線）連接其它模塊。軟件：通過監(jiān)控主程序調用各種功能模塊，或采用中斷的方法實時地執(zhí)行相應的服務模塊來實現； 1.3.1 智能儀表的設計思想1.3 智能儀表的設計思想和研制步驟 1.3.1 智能儀表的設計研制步驟1、確定設計任務和儀表功能，

10、提出設計初步方案。2、繪制硬件及軟件總框圖，確定硬件類型和數量，注意單片機的選擇以及權衡硬、軟件的比例。3、硬件電路的設計、研制和調試。用專業(yè)軟件（CAD等） 繪圖布線，力求標準化、規(guī)范化。 4、應用軟件的設計、程序編制和調試。注意結構清晰、編程規(guī)范。通常，用仿真器進行調試。5、儀表結構設計，力求造型優(yōu)美、色澤柔和、美觀大方、外廓整齊、細部精致，便于操作、維修。6、儀表總調、性能測定，撰寫性能測試報告。1.4 智能儀表的開發(fā)工具單片機本身沒有開發(fā)能力，必須借助開發(fā)工具來研制、調試智能儀表的硬件和軟件。開發(fā)工具是由主處理器、顯示器、鍵盤、在線仿真器、編程器、打印機以及開發(fā)所需要的軟件組成的一個系統，故又稱為開發(fā)系統。1.4 智能儀表的開發(fā)工具1、編程能力 編輯、匯編、反匯編、編譯等2、調試、運行能力 調試、排錯3、仿真功能 模擬被開發(fā)的樣機系統 1.4.1 開發(fā)工具的功能1.4 智能儀