智能儀表課件第一章

智能儀表原理與設(shè)計智能儀表設(shè)計實(shí)例智能儀表概述智能儀表硬件設(shè)計智能儀表軟件設(shè)計課程內(nèi)容：1.3智能儀表的開發(fā)工具1.0智能儀表的發(fā)展1.1智能儀表的功能和組成1.2智能儀表的設(shè)計思想和研制步驟第一章概述1.4嵌入式系統(tǒng)的選擇

客觀世界是一個物質(zhì)世界，人們?yōu)榱苏J(rèn)識物質(zhì)世界，就必須對表征物質(zhì)運(yùn)動的各種信號進(jìn)行測量。1.0智能儀表的發(fā)展實(shí)現(xiàn)自動化的最重要的一步就是首先要檢測各種變量；另外一個重要環(huán)節(jié)就是控制。簡單控制系統(tǒng)的組成？閉環(huán)控制系統(tǒng)組成一個完整的測試過程包括：信息的采集信息的變換與傳輸信息的處理和分析信息的顯示和記錄控制過程包括控制信息的獲取與傳輸控制信息（命令）的執(zhí)行先進(jìn)控制和優(yōu)化控制：CIPS,FCS20世紀(jì)80年代以后控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及儀表的發(fā)展控制系統(tǒng)的發(fā)展：基地式：20世紀(jì)50年代單元組合式：

DDZ,QDZ20世紀(jì)60年代計算機(jī)：

DDC,DCS20世紀(jì)70年代

模擬儀表→數(shù)字儀表→智能儀表控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及儀表的發(fā)展儀表的發(fā)展：生產(chǎn)裝置實(shí)施先進(jìn)控制成為發(fā)展主流；當(dāng)前自動控制系統(tǒng)及儀表發(fā)展的一些主要特點(diǎn)

儀表的智能性越來越強(qiáng)，且要求具有不同種類的通訊功能。傳統(tǒng)的DCS在走向國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的開放式系統(tǒng)；DCS與FCS相結(jié)合；綜合自動化系統(tǒng)（CIPS）是發(fā)展方向。智能是隨外界條件變化而作出的一種正確反應(yīng)的能力。什么是智能？智能儀表的概念？將人的智能引入儀表，即將人工智能的理論和方法應(yīng)用于儀表產(chǎn)品，則可實(shí)現(xiàn)儀表智能化。如何實(shí)現(xiàn)儀表智能化？智能儀表的定義：——智能儀表是計算機(jī)技術(shù)與測試技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是含有微計算機(jī)或微處理器的測量儀器，它具有對數(shù)據(jù)的存儲、運(yùn)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(yīng)、自學(xué)習(xí)的功能，具有一定智能的作用。智能儀器的發(fā)展

智能儀表的出現(xiàn)至今已有四十多年的歷史。隨微電子技術(shù)、微機(jī)械技術(shù)、微計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)而發(fā)展。早期大多內(nèi)裝單片機(jī)的儀表只具有運(yùn)算、判斷能力，用“智能化”的標(biāo)準(zhǔn)來衡量尚有差距，稱之為微機(jī)化儀表更為確切，但現(xiàn)在已經(jīng)有了很大發(fā)展，儀表的智能化程度越老越高。在20世紀(jì)70年代，隨著微處理技術(shù)的發(fā)展，智能儀表開始發(fā)展起來。20世紀(jì)80年代初期，出現(xiàn)了高性能的數(shù)字萬用表，其數(shù)據(jù)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、平均值、有效值、方差及標(biāo)準(zhǔn)差等。并且有的還具有自動校準(zhǔn)技術(shù)。到了20世紀(jì)90年代，在高準(zhǔn)確度、高性能、多功能的測量儀器中已經(jīng)很少有不采用微計算機(jī)技術(shù)的了。近十幾年來，智能儀器已開始從較為成熟的數(shù)據(jù)處理向知識處理發(fā)展。體現(xiàn)為模糊判斷、故障診斷、容錯技術(shù)、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。國際、國內(nèi)的關(guān)注以及推進(jìn)使得儀表的智能化程度得以不斷提高1984年：我國電磁測量信息處理儀器學(xué)會正式成立“自動測試與智能儀器專業(yè)學(xué)組”1986年，IMEKO(InternationalMeasurementConfederation,國際測量聯(lián)合會)以“智能儀器”為主題召開了專門的討論會，1988年，IFAC(InternationalfederationofAutomaticControl,國際自動控制聯(lián)合會)的理事會正式確定“智能元件及儀器”（IntelligentComponentsandInstruments）為其系列學(xué)術(shù)委員會之一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。1989年5月，在武漢召開了第一屆測試技術(shù)與智能儀器國際學(xué)術(shù)討論會1.1智能儀表的功能和組成1.1.1智能儀表的基本組成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。硬件部分:智能儀表硬件包括主機(jī)電路(微處理器：單片機(jī)或嵌入式系統(tǒng))、輸入輸出通道、人機(jī)聯(lián)系部件與接口電路以及通信接口。光電隔離光電隔離光電隔離鍵盤輸入顯示器模數(shù)轉(zhuǎn)換開關(guān)量入模擬量入數(shù)模轉(zhuǎn)換光電隔離通信接口開關(guān)量出模擬量出主機(jī)電路智能儀表的硬件組成軟件部分:監(jiān)控主程序初始化管理鍵盤管理顯示管理中斷管理時鐘管理診斷管理手自動管理智能儀表軟件包括監(jiān)控程序、中斷處理(服務(wù))程序以及能實(shí)現(xiàn)各種算法的功能模塊。管理和協(xié)調(diào)全部程序的執(zhí)行實(shí)時處理功能監(jiān)控程序的基本組成功能模塊邏輯運(yùn)算

測量算法輸入輸出鍵盤程序顯示程序控制算法實(shí)時時鐘數(shù)字濾波標(biāo)度變換數(shù)據(jù)處理非線性校正PID控制先進(jìn)控制復(fù)雜控制智能控制1.1.2智能儀表的特點(diǎn)儀表中使用單片微機(jī)、ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）專用集成電路或DSP數(shù)字信號處理芯片、集成開關(guān)電源，并采用表面貼裝技術(shù)。儀表符合可靠性設(shè)計、電磁兼容性設(shè)計、耐環(huán)境性設(shè)計、人機(jī)工程學(xué)設(shè)計、造型設(shè)計的要求。儀表具有自動校零、滿度和切換量程以及自動補(bǔ)償和修正各類誤差的功能，以實(shí)現(xiàn)高精度檢測。儀表具有符合標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的通信接口，可實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。儀表具有自診斷功能,一旦發(fā)現(xiàn)故障即能告警,并能及時處理。儀表具有多種輸入、輸出方式和多種控制功能,可任意設(shè)置或組態(tài)。

1.1.3過程控制中常見的智能儀表現(xiàn)場類智能變送、執(zhí)行儀表，例如智能式壓力、差壓、流量、物位、溫度、成分等傳感、變送器以及執(zhí)行器?？刂?、顯示、記錄類智能儀表，例如自整定PID調(diào)節(jié)儀、可編程調(diào)節(jié)器、可編程控制器、流量積算儀、大屏幕無紙記錄儀等。

當(dāng)前流行的虛擬儀器(VI)采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計算機(jī)上加入特定的硬件和軟件，使之完成許多儀器的功能，成為新一代的儀器儀表。特點(diǎn)：利用計算機(jī)來完成顯示儀表所有的工作。在計算機(jī)屏幕上完全模仿實(shí)際使用中的各種儀表，如儀表面盤、操作盤、接線端子等。用戶通過計算機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)或觸摸屏進(jìn)行操作。智能儀表的其他應(yīng)用

科學(xué)儀器

電子與電工測量儀器

醫(yī)療儀器設(shè)備

各類專用儀器設(shè)備

1.2.1智能儀表的設(shè)計思想模塊化設(shè)計的思想：1.2智能儀表的設(shè)計思想和研制步驟依據(jù)儀表的功能要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),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(jìn)行設(shè)計和調(diào)試,然后把它們連接起來,進(jìn)行總調(diào)。模塊的連接：硬件模塊（模板）的連接一般是以主機(jī)模塊為核心，通過內(nèi)部總線（數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線）連接其它模塊。

軟件模塊的連接,一般是通過監(jiān)控主程序調(diào)用各種功能模塊，或采用中斷的方法實(shí)時地執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)模塊來實(shí)現(xiàn)。1.2.2設(shè)計、研制的主要內(nèi)容確定設(shè)計任務(wù)和儀表功能，提出設(shè)計初步方案。繪制硬件及軟件總框圖，確定硬件類型和數(shù)量，注意嵌入式系統(tǒng)的選擇以及權(quán)衡硬、軟件的比例。硬件電路的設(shè)計、研制和調(diào)試。用專業(yè)軟件繪圖布線，力求標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。儀表總調(diào)、性能測定。對設(shè)計所要求的全部功能進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)及時修改，直至滿足設(shè)計指標(biāo)。最后要寫出性能測試報告。儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計，力求造型優(yōu)美、色澤柔和、美觀大方、外廓整齊、細(xì)部精致，便于操作、維修。應(yīng)用軟件的設(shè)計、程序編制和調(diào)試。注意結(jié)構(gòu)清晰、編程規(guī)范。通常，用仿真器進(jìn)行調(diào)試。1.3智能儀表的開發(fā)工具單片機(jī)本身沒有開發(fā)能力，必須借助開發(fā)工具來研制、調(diào)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(jī)以及開發(fā)所需要的軟件組成的一個系統(tǒng)，故又稱為開發(fā)系統(tǒng)。1.3.1開發(fā)工具的功能（1）編程能力編輯、匯編、反匯編、編譯等（