智能仪器设计实例

1、仪器可靠性是最突出也是最重要的性能仪器可靠性是最突出也是最重要的性能。 直接影响测量结果的正确与否直接影响测量结果的正确与否 将影响工作效率将影响工作效率 仪器信誉仪器信誉 在线检测与控制类仪器更是如此，由于仪在线检测与控制类仪器更是如此，由于仪 器的故障造成整个生产过程的混乱，甚至引器的故障造成整个生产过程的混乱，甚至引起严重后果。起严重后果。 在仪器设计过程中，应考虑操作方在仪器设计过程中，应考虑操作方便，尽量便，尽量降低对操作人员的专业知识降低对操作人员的专业知识的要求，的要求，以便产品的以便产品的推广应用推广应用。 仪器的仪器的控制开关或按钮不能太多、控制开关或按钮不能太多、太复杂，太

2、复杂，操作程序应简单明了操作程序应简单明了，从而，从而使使操作者无需专门训练，操作者无需专门训练，便能掌握仪便能掌握仪器的器的使用方法。使用方法。 智能仪器还应有很好的可维护性，智能仪器还应有很好的可维护性，为此，仪器结构要规范化、模块化，并为此，仪器结构要规范化、模块化，并配有现场配有现场故障诊断程序故障诊断程序，一旦发生故障，一旦发生故障，能保证有效地对故障进行能保证有效地对故障进行定位定位，以便，以便更更换相应的模块换相应的模块，使仪器，使仪器尽快地恢复正常尽快地恢复正常运行。运行。 仪器结构工艺仪器结构工艺:是影响可靠性的重要因素，是影响可靠性的重要因素，首先要依据仪器工作环境条件，是

3、否需要首先要依据仪器工作环境条件，是否需要防水、防尘、防爆密封，是否需要抗冲击、防水、防尘、防爆密封，是否需要抗冲击、抗振动、抗腐蚀等要求，设计工艺结构；抗振动、抗腐蚀等要求，设计工艺结构； 仪器的造型设计仪器的造型设计:总体结构的安排、部件间总体结构的安排、部件间的连接关系、面板的美化等都必须认真考的连接关系、面板的美化等都必须认真考虑，最好由结构专业人员设计，使产品造虑，最好由结构专业人员设计，使产品造型优美、色泽柔和、外廓整齐、美观大方。型优美、色泽柔和、外廓整齐、美观大方。1.1.从整体到局部从整体到局部( (自顶向下自顶向下) )的设计原则的设计原则2.2.较高的性能价格比原则较高的

4、性能价格比原则3.3.组合组合( (集成集成) )化与开放式设计原则化与开放式设计原则 在硬件或软件设计时，把复杂的、难处在硬件或软件设计时，把复杂的、难处理的问题，分为若干个较简单的、容易理的问题，分为若干个较简单的、容易处理的问题，然后再一个个地加以解决。处理的问题，然后再一个个地加以解决。 1.1.从整体到局部设计原则从整体到局部设计原则要求 提出总任务提出总任务绘制硬件和软件总功能框图绘制硬件和软件总功能框图分解成可独立表征的分解成可独立表征的一批子任务：单独的实体进行设计和调试一批子任务：单独的实体进行设计和调试子任务分解：子任务分解：足够简单容易实现足够简单容易实现 低级子任务：低

5、级子任务：采用通用模块采用通用模块最低的难度最低的难度最高的可靠性最高的可靠性l仪器的仪器的造价造价：研制成本、生产成本、使：研制成本、生产成本、使用成本。用成本。l设计时设计时不盲目追求复杂、高级的方案。不盲目追求复杂、高级的方案。 在满足性能指标的前提下，应尽可能采在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单成熟的方案，意味着元器件少，用简单成熟的方案，意味着元器件少，开发、调试、生产方便，开发、调试、生产方便，可靠性高。可靠性高。 样机研制成本：样机研制成本：系统设计、调试和软件开系统设计、调试和软件开发，硬件成本不是考虑的主要因素。发，硬件成本不是考虑的主要因素。 生产成本生产成本：生产数

6、量越大，每台产品的平生产数量越大，每台产品的平均研制费就越低，仪器硬件成本对产品的生产均研制费就越低，仪器硬件成本对产品的生产成本有很大影响。成本有很大影响。 使用成本：使用成本：维护费、备件费、运转费、管维护费、备件费、运转费、管理费、培训费等。理费、培训费等。必须综合分析后做出选用方案的正确决策。必须综合分析后做出选用方案的正确决策。 设计智能仪器系统面临三个突出的问题：设计智能仪器系统面临三个突出的问题： 产品更新换代太快；产品更新换代太快； 市场竞争日趋激烈；市场竞争日趋激烈； 满足用户不同层次和不断变化的要求。满足用户不同层次和不断变化的要求。 在电子工业和计算机工业中推行一种不同于

7、传统在电子工业和计算机工业中推行一种不同于传统设计思想的所谓设计思想的所谓“开放系统开放系统”的设计思想。的设计思想。l在技术上在技术上兼顾今天和明天兼顾今天和明天，既从当前实际，既从当前实际可能出发，又留下容纳未来新技术机会的可能出发，又留下容纳未来新技术机会的余地；余地；l向系统的向系统的不同配套档次开放不同配套档次开放，兼顾设计周，兼顾设计周期和产品设计，并着眼于社会的公共参与，期和产品设计，并着眼于社会的公共参与，为发挥各方面厂商的积极性创造条件；为发挥各方面厂商的积极性创造条件；l向用户不断变化的特殊要求开放，兼顾向用户不断变化的特殊要求开放，兼顾通通用的基本设计用的基本设计和用户的

8、和用户的专用专用要求。要求。l基于国际上流行的工业标准微机总线结构，基于国际上流行的工业标准微机总线结构，针对不同的用户系统要求，选用相应的有关针对不同的用户系统要求，选用相应的有关功能模块组合成最终用户的应用系统。功能模块组合成最终用户的应用系统。l系统设计者将主要精力放在分析设计目标，系统设计者将主要精力放在分析设计目标，确定总体结构，选择系统配件等方面，而不确定总体结构，选择系统配件等方面，而不是放在部件模块设计及用于解决通用软件的是放在部件模块设计及用于解决通用软件的开发设计上。开发设计上。l开放式开放式体系结构和总线系统体系结构和总线系统技术发展，导致了技术发展，导致了工业测控系统采

9、用工业测控系统采用组合化设计方法的流行，组合化设计方法的流行，即即针对不同的应用系统要求，选用针对不同的应用系统要求，选用成熟的现成硬成熟的现成硬件模板和软件进行组合。件模板和软件进行组合。l组合化设计的基础是组合化设计的基础是模块化模块化( (又称积木化又称积木化) )，硬、，硬、软件功能模块化是实现最佳系统设计的关键。软件功能模块化是实现最佳系统设计的关键。 l现成的功能模块，简化设计并缩短设计周期。现成的功能模块，简化设计并缩短设计周期。l结构灵活，便于扩充和更新，使系统的适应性结构灵活，便于扩充和更新，使系统的适应性强。强。l维修方便快捷。维修方便快捷。l功能模板可以组织批量生产，使质

10、量稳定并降功能模板可以组织批量生产，使质量稳定并降低成本。低成本。主要作用：主要作用： a.a.研制单位设计仪器的立项基础研制单位设计仪器的立项基础 ； b.b.反映仪器的结构、规定仪器的功能指标，反映仪器的结构、规定仪器的功能指标，明确研制人员的设计目标；明确研制人员的设计目标； c.c.作为研制完毕进行项目验收的依据。作为研制完毕进行项目验收的依据。主要内容主要内容a.a.仪器名称、用途；仪器名称、用途；b.b.特点及简要设计思想特点及简要设计思想; ;c.c.主要技术指标主要技术指标; ; d.d.仪器应具备的功能；仪器应具备的功能； e.e.仪器的设备规模；仪器的设备规模；f.f.系统

11、的操作规范。系统的操作规范。硬件研制：硬件研制：采用功能强的芯片以简化电路采用功能强的芯片以简化电路, ,修改和扩展，硬件资源需留有足够的余地修改和扩展，硬件资源需留有足够的余地. .自诊断功能，需附加设计有关的监测报警电路自诊断功能，需附加设计有关的监测报警电路硬件抗于扰措施硬件抗于扰措施. .线路板注意与机箱、面板的配合，接插件安排线路板注意与机箱、面板的配合，接插件安排 等问题，必须考虑到安装、调试和维修的方便。等问题，必须考虑到安装、调试和维修的方便。 软件设计研制：软件设计研制：软件设计作一个总体规划，选择平台软件设计作一个总体规划，选择平台程序功能块划分程序功能块划分确定算法确定算

12、法 分配系统资源和设计流程图分配系统资源和设计流程图 编写代码编写代码 程序调试和纠错、各部分程序连接及系程序调试和纠错、各部分程序连接及系统总调统总调 系统调试，以排除硬件故障和纠正软件错误，系统调试，以排除硬件故障和纠正软件错误，并解决硬件和软件之间的协调问题。并解决硬件和软件之间的协调问题。 l总成绩总成绩作业与报告作业与报告2525分实验分实验1515分期末分期末6060分分作业与报告：作业与报告： 第四章作业一次（已留过）第四章作业一次（已留过） 第八章作业第八章作业 综合设计报告综合设计报告实验：根据新设计的系统进展情况再安排实验：根据新设计的系统进展情况再安排考试：闭卷方式考试：闭卷方式l 报告的格式及内容报告的格式及内容l 如何高质量的完成设计如何高