智能仪表第1章+绪论课件

1、智能仪表Intelligent Instrument智能仪表(课程编号:)，24学时，1.5学分。本课程适用于自动化和电气工程及其自动化专业本科生。考核方式1、考查方式：闭卷卷面成绩70%、实验成绩20%、平时成绩10%2、成绩评定：课程信息教 材参考教材智能仪表原理与设计. 凌志浩. 人民邮电出版社1智能仪器原理与设计. 殷侠. 中国电力出版社2智能仪器(第3版).程德福. 机械工业出版社3智能仪器设计基础(第2版). 史健芳. 电子工业出版社4智能仪器原理及应用(第4版). 赵茂泰. 电子工业出版社教学目标本课程是自动化专业本科生的一门专业选修课。通过本课程的学习，使学生了解智能仪表在工业

2、测控系统中的地位和作用，掌握典型智能仪表的基本体系结构和工作原理，为将来设计和应用智能仪表打下基础。 先修课程电路、单片机、计算机接口技术和检测技术与仪表教学计划章次内 容学时数作业1绪论1*2主机电路3*3过程输入输出通道3*4人机接口电路3*5通信接口电路4*6监控程序2*7测量与控制算法2*8虚拟仪器技术2*总学时数20绪论011.1 智能仪表的发展本章主要内容1.2 智能仪表的组成和特点1.3 智能仪表的设计思想和研制步骤1.1.1 智能仪表的概念1.1.2 智能仪表的分类1.1.3 智能仪表的发展阶段1.2.1 智能仪表的基本组成1.2.2 智能仪表的主要特点1.3.1 智能仪表的基

3、本设计思想1.3.2 智能仪表的设计研制步骤1.4 智能仪表的开发工具本章主要内容1.4.1 开发工具的功能1.4.2 开发工具的种类1.4.3 实时多任务系统1.1 智能仪表的发展客观世界是一个物质世界，人们为了认识物质世界，就必须对表征物质运动的各种信号进行测量。 一个完整的测试过程包括：1、信息的采集2、信息的变换与传输3、信息的处理和分析4、信息的显示和记录 控制过程包括：1、控制信息的获取与传输2、控制信息（命令）的执行 1.1.1 智能仪表的概念1.1 智能仪表的发展 1.1.1 智能仪表的概念典型现检测系统的结构框图1.1 智能仪表的发展 智能智能是随外界条件变化而作出的一种正确

4、反应的能力。将人的智能引入仪表，即将人工智能的理论和方法应用于仪表产品，则可实现仪表智能化。 1.1.1 智能仪表的概念 智能仪表智能仪表是计算机技术与测试技术相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量仪器，它具有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，有的还具有自校正、自诊断、自适应、自学习的功能，具有一定智能的作用。1.1 智能仪表的发展 按发展阶段 1.1.2 智能仪表的分类 按应用领域模拟仪表数字仪表智能仪表1、工业自动化仪表与控制系统2、科学仪器3、电子与电工测量仪器4、医疗仪器5、各类专用仪器6、传感器与仪器仪表元器件及材料1.1 智能仪表的发展 20世纪70年代，随着微

5、处理技术的发展，智能仪表开始发展起来。 20世纪80年代初期，出现了高性能的数字万用表，其数据处理功能一般包括百分误差、绝对误差、最大值及最小值、峰-峰值、方差及标准差等，具有自动校准技术。 20世纪90年代，在高准确度、高性能、多功能的测量仪器中已经很少有不采用微计算机技术的了。 近年来，智能仪器已开始从较为成熟的数据处理向知识处理发展。体现为模糊判断、故障诊断、容错技术、传感器信息融合等等，使智能仪器的功能向更高的层次发展。 1.1.3 智能仪表的发展阶段1.1 智能仪表的发展 1984年，我国电磁测量信息处理仪器学会正式成立“自动测试与智能仪器专业学组”。 1988年，IFAC(Inte

6、rnational federation of Automatic Control,国际自动控制联合会)的理事会正式确定“智能元件及仪器”（Intelligent Components and Instruments）为其系列学术委员会之一。 1989年5月，在武汉召开了第一届测试技术与智能仪器国际学术讨论会。智能仪表正趋向于多功能、高精度、低功耗、小型化、成套化，操作也更为简便。1.2 智能仪表的组成和特点智能仪表包括硬件和软件两大部分，其功能很大程度上取决于软件。 1.2.1 智能仪表的基本组成 硬件部分智能仪表硬件包括主机电路(微处理器：单片机或嵌入式系统)、输入输出通道、人机联系部件与

7、接口电路以及串行或并行通信接口。1.2 智能仪表的组成和特点智能仪表的组成结构框图1.2 智能仪表的组成和特点单片机技术发展动向 全盘 CMOS 化，器件具有低功耗、宽电压等性能。 单片机字长有4、8、16和32位，但当前主流机型仍是8位机。 8位单片机还会不断改进和完善。 程序存储器已从片内或外接EPROM发展为OTPROM（一次性编程只读存储器）和FlashROM (快擦写存储器) 新一代的单片机采用 RISC (精简指令集) 体系结构，较之传统 CISC,指令的运行速度有了很大的提高。 单片机内部资源不断丰富和扩大，如存储容量增大，I/O口数量增多，许多外部接口电路 (ADC、PWM、W

8、DT等)集成到单片机中。1.2 智能仪表的组成和特点 软件部分智能仪表软件包括监控程序、中断处理(服务) 程序以及能实现各种算法的功能模块。管理和协调全部程序的执行实时处理功能1.2 智能仪表的组成和特点1.2 智能仪表的组成和特点1、使用单片微机、ASIC专用集成电路或DSP 数字信号处理芯片、集成开关电源，并采用表面贴装技术。2、符合可靠性设计、电磁兼容性设计、耐环境性设计、人机工程学设计、造型设计的要求。3、具有自动校零、满度和切换量程以及自动补偿和修正各类误差的功能，以实现高精度检测。4、具有多种输入、输出方式和多种控制功能，可任意设置或组态。5、具有符合标准协议的通信接口，可实现联网

9、。6、具有自诊断功能，一旦故障即能告警, 并 能及时处理。 1.2.2 智能仪表的主要特点1.3 智能仪表的设计思想和研制步骤模块化设计依据仪表的功能要求和技术经济指标, 自顶向下（由大到小）地按仪表功能层次把硬件和软件分成若干个模块, 分别进行设计和调试, 然后把它们连接起来, 进行总调。模块连接硬件：以主机模块为核心，通过内部总线（数据总线、地址总线和控制总线）连接其它模块。软件：通过监控主程序调用各种功能模块，或采用中断的方法实时地执行相应的服务模块来实现； 1.3.1 智能仪表的设计思想1.3 智能仪表的设计思想和研制步骤 1.3.1 智能仪表的设计研制步骤1、确定设计任务和仪表功能，

10、提出设计初步方案。2、绘制硬件及软件总框图，确定硬件类型和数量，注意单片机的选择以及权衡硬、软件的比例。3、硬件电路的设计、研制和调试。用专业软件（CAD等） 绘图布线，力求标准化、规范化。 4、应用软件的设计、程序编制和调试。注意结构清晰、编程规范。通常，用仿真器进行调试。5、仪表结构设计，力求造型优美、色泽柔和、美观大方、外廓整齐、细部精致，便于操作、维修。6、仪表总调、性能测定，撰写性能测试报告。1.4 智能仪表的开发工具单片机本身没有开发能力，必须借助开发工具来研制、调试智能仪表的硬件和软件。开发工具是由主处理器、显示器、键盘、在线仿真器、编程器、打印机以及开发所需要的软件组成的一个系统，故又称为开发系统。1.4 智能仪表的开发工具1、编程能力 编辑、汇编、反汇编、编译等2、调试、运行能力 调试、排错3、仿真功能 模拟被开发的样机系统 1.4.1 开发工具的功能1.4 智能仪