测控系统原理及设计概论

1、计算机测控(c kn)系统共五十四页第1章 计算机测控系统(xtng)概述共五十四页1.2 测控技术与仪器(yq)专业的定位 测控技术与仪器专业(zhuny)是多个仪器仪表类专业(zhuny)合并而成的大专业(zhuny)，“测控技术与仪器”是指对信息进行采集、测量、存贮、传输、处理和控制的手段与设备。包含测量技术、控制技术和实现这些技术的仪器仪表及系统。其内涵如所示。测控技术与仪器测量技术测量仪器测量系统控制技术控制仪器控制系统共五十四页课程名称 学分电路5模拟电子技术（I）3.5数字电子技术3.5微机原理与接口技术3.5自动控制原理4单片机原理与应用4可编程逻辑器件原理与设计 3 传感器原

2、理4数字化测试技术4传感器技术课设1可编程逻辑器件课设 1单片机技术课设 1共五十四页本课程是测控专业的专业课，本课程 以模拟电路、数字电路、传感器技术和微机技术为前提，不同于先修课程，本课程主要学习如何将各个功能模块组装起来构成一个完整的测控系统，换言之，先修课程是从微观上学习各模块自身的原理及构成，而测控系统这门课程是从宏观上学习各个模块之间的连接及影响，学习如何将各个功能模块组合起来实现测试和控制(kngzh)的功能。共五十四页本课程(kchng)的内容数据采集技术测控系统人机接口与通信数据处理软件设计方法可靠性与抗干扰技术设计原则步骤与实例共五十四页测控技术涉及电子学、光学、精密机械、

3、计算机、信息与控制技术等多项技术，主要研究(ynji)各种精密测试和控制技术的新原理、新方法和新工艺。 测控(c kn)技术即“测量”和“控制”的技术测控技术与仪器即“测量技术”、“控制技术”和实现它们的仪器。共五十四页1.1 测控技术(jsh)的核心概念测控技术研究(ynji)的是如何运用各种技术工具延伸人的信息获取、处理、控制和操纵的功能，使动态过程稳定准确、提高效率、降低能耗等。测控技术的核心是信息、控制与系统，尤其是高度复杂系统的信息获取和控制问题，具有很大的挑战性和潜在的经济效益。 共五十四页共五十四页如图水箱液位自动控制系统(kn zh x tn)是典型的测控系统 共五十四页测量：

4、是人们对客观事物取得数量概念的一种(y zhn)认识过程。测量技术是实现这一过程的方法。控制：是人们对客观事物或过程进行驾驭、支配的一种操纵过程。控制技术是实现这一过程的方法。测量和控制(kngzh)是测控技术的重要手段。测控仪器属于仪器仪表范畴。 测控仪器和测控系统是检测技术的具体实现 ，是获取信息的工具。共五十四页传统的测量仪器仪表用以测量、观察、监视、验证、记录各种物理量、物质成分、物性参数等。如压力表、测长仪、显微镜等。随着(su zhe)工业的发展，测量和分析、计算、控制常常融为一体。因此，现代仪器仪表还包括计算、分析、控制、报警、信号传递和数据处理等功能。1.2 测控(c kn)技

5、术的发展共五十四页测量仪器(yq)与测控系统的发展第一代为指针式（或模拟式）仪器仪表第二代为数字式仪器仪表第三代是智能(zh nn)式仪器仪表共五十四页早期(zoq)测控系统：共五十四页1926年美国(mi u)建成第一条汽车自动生产线 1952年美国研制(ynzh)出第一台数控机床 共五十四页 功能(gngnng)微处理器的出现和广泛应用,产生以微处理器为核心(hxn),将计算机技术与测量仪器相结合的仪器. 可根据被测参数的变化自动选择合适的量程，进行自动校准、自动补偿、自动判断故障、优化控制等，具有一定的人类智能作用。70年代 独立式智能仪器（简称称智能仪器）共五十四页智能仪器：随着电子(

6、dinz)技术的飞速发展，仪器仪表的功能从测量个别参数扩展为测量整个系统的各种参数；从使用单个仪器进行测量转变为用测量系统进行测量；从单纯的测量显示扩展为测量、分析、处理、计算、控制与通讯。温湿度计控制器共五十四页现代(xindi)仪器仪表按其应用领域和自身技术特性大致划分为6个大类：1）工业自动化仪表和控制系统2）科学仪器3）医疗仪器4）电子与电工测量仪器5）各类专用仪器仪表6）传感器及仪器仪表元器件材料1.3 测控(c kn)技术的应用领域共五十四页除了卫星测控等非常专业(zhuny)的领域外，日常生活中较少听到“测控”这个名词。更多听到的是这个设备(工艺)是“自动化的”或“自动控制的”。

7、上述功能的本质都是测控技术。测控技术不仅应用于现代生产、科学研究、航空航天，也越来越多地应用于现代生活中。 *家庭(jitng)： 全自动照相机、洗衣机、电饭煲 *建筑： 自动门禁、自动监控系统*交通： 自动控制红绿灯 *银行： 自动取款机ATM共五十四页化工控制使用的仪表种类繁多，温度测量使用的仪表有热电偶、热电阻等；流量测量使用的仪表有差压式流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计和质量流量计等；液位测量使用的仪表有差压液位计、浮筒液位计、雷达液位计和超声波液位计等；还有许多(xdu)与产品质量相关的物性如浓度、酸度、湿度、密度、浊度、热值以及各种混合气体组分等测量仪表。化工厂的控制室

8、共五十四页2.2.7 测控技术(jsh)在航空航天业中的应用航空指的是在地球(dqi)周围稠密大气层内的航行活动；航空飞行器有气球、飞艇、飞机等。航空仪表相当于飞机的耳目、大脑和神经系统，用来测量、计算飞机的飞行参数、调整飞机的运动状态，对保障飞机飞行安全、改善飞行性能起着重要作用。飞机驾驶舱内的仪表盘是显示和控制飞行状态的核心，航空仪表测量的数据主要有：（1）飞行高度和飞行速度的测量（2）飞机状态和方向测量（3）过载测量：（4）发动机状态参数测量：（5）加速度测量：空中客车A380飞机驾驶舱共五十四页为了保证火箭正常飞行和航天器在轨道上正常工作(gngzu)，除了火箭和航天器上载有测控设备外

9、，还必须在地面建立测控(包括通信)系统，地面测控系统由分布全球各地的测控站及测量船组成。西安卫星(wixng)测控中心共五十四页中国于2000年10月开始发射“北斗”定位卫星，可提供高精度的定位、测速和授时服务(fw)，中国计划在2015年形成覆盖全球的卫星导航定位系统。共五十四页2005年我国成功发射(fsh)载人飞船（神舟6号） 1981年美国(mi u)“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功共五十四页农业自动化意味着农业生产的电子化、仪表化和计算机控制化，而不仅仅是机械化（如拖拉机、收割机、插秧机等）和电气化（小水电站、电力灌溉等）。农业自动化主要包括耕耘、栽培(zipi)、收割、运输、排灌

10、、作物环境的自动控制和最优管理。2.2.10 测控技术在农业(nngy)中的应用植物自动嫁接机智能温室控制系统共五十四页最常见的家用电器如音响(ynxing)、电视机、热水器、空调机、微波炉、电饭煲、洗衣机、冰箱、照相机等都含有测控技术的应用。2.2.11 测控技术在大众生活(shnghu)中的应用智能家居系统共五十四页共五十四页汽车(qch)防撞气囊共五十四页采松果(sn u)机器人挖树根(sh n)机器人测控技术的发展面越来越宽阔共五十四页壁面清洗(qngx)机器人擦玻璃(b l)机器人共五十四页飞机(fij)清洗机器人共五十四页汽车(qch)加油机器人共五十四页家用(jiyng)清洁机器

11、人共五十四页高压输电线维修(wixi)（遥操作）机器人共五十四页医用机器人共五十四页国产(guchn)反恐机器人火星(huxng)探测机器人共五十四页足球(zqi)机器人共五十四页拾球机器人共五十四页1.3.4 测控技术的发展思考从测控技术的发展历程可以看出，测控技术伴随着社会生产力和科学技术的发展，反映了人类从机械化时代进入(jnr)电气化时代，并且走向自动化、信息化、智能化的时代历程。 共五十四页传感器原理电路、模拟电路单片机微机(wi j)原理PLC数字电路数字化测试自动控制(z dn kn zh)原理共五十四页测控(c kn)系统的典型功能模块1.传感器 传感器是任何非电测量系统的必须

12、配置单元，也是最为重要的单元之一，实现信号的获取2.信号调理(tio l)电路 主要包括接口适配、放大、整形、滤波、变换、隔离电路等。 其目的是对信号进行加工，使之适合传输。共五十四页3.AD电路 实现信息的数字化4.数字单元 一般由单片机、DSP、CPLD/FPGA、ARM等高性能的运算处理单元构成(guchng)5.DA电路 沟通数字电路和模拟电路的桥梁共五十四页6.执行器、控制反馈电路 完成对测量对象的控制7.通信接口电路 实现与其他设备的信息(xnx)交换，常用的通信接口有串行通信、CAN总线、虚拟仪器总线技术及Internet。8.显示和操作面板 人机接口单元共五十四页二、测控(c

13、kn)系统微机化的优点零点自动校正量程自动切换多点快速测控软件滤波与线性化可实现复杂数据处理和复杂控制规律(gul)多媒体功能通信或网络功能自我诊断功能共五十四页三、测控系统的类型(lixng)和组成1. 检测(jin c)系统：又称数据采集系统。传感器模拟输入通道微机模拟输出通道模拟显示器数据记录器报警器被测参数共五十四页2. 程序(chngx)控制系统微机控制电路执行器参数及动作次序共五十四页3. 测控(c kn)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共五十四页补充：智能(zh nn)仪器与虚拟仪

14、器智能仪器和虚拟仪器的关系：智能仪器和虚拟仪器是测控系统针对不同(b tn)的应用环境产生的两个发展方向智能仪器：主要应用于嵌入式系统虚拟仪器主要应用于检测领域，系统组成体积较大，计算机是其核心部件，根据不同的测试硬件实现不同的测试功能从本质上来说，虚拟仪器属于智能仪器的范畴共五十四页 测控仪器的基本(jbn)结构其结构可有两种基本(jbn)类型:微机内嵌式微机扩展式将单片或多片的微处理器与传统仪器有机地结合在一起形成的单机，其形态是仪器。以个人计算机(PC)为核心的应用扩展型测量仪器。个人计算机仪器(PCI)或称微机卡式仪器。其形态可以是计算机。共五十四页智能仪器是计算机技术和测控技术相结合

15、的产物，是含有(hn yu)微计算机或微处理器的测量仪器，拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定的智能作用。智能仪器(yq)概念：共五十四页智能(zh nn)仪器的分类智能仪器(yq)四个层次 高级人工智能趋势系统辨识、模式识别初级智能计算机、信号处理聪敏电子、传感、测量兼容聪敏仪器类 初级智能仪器类 模型化智能仪器类 高级智能仪器类 共五十四页测量过程的软件控制： CPU 软件控制测量过程 “以软代硬” 灵活性强、可靠性强数据处理 ： 数字滤波、随机误差、系统误差、非线性校准等处理改善测量的精确度 相关(xinggun)、卷积、反卷积、幅度谱、相位谱、功率谱等信号分析提供更多高质量的信息多功能化 ：一机多用(智能化电力需求分析仪) 智能(zh nn)仪器的特点共五十四页 本章小结本章介绍了测控技术与仪器专业的基本(jbn)概况和测控技术的定义、特点及其发展历程，并通过大量实例介绍了测控技术在各个领域中的应用。随着生产技术的发展需要，测控系统从最初的控制单个机器、设备，到控制整个过程（如化工过程、制药过程等）、控制整个系统（如交通运输系统、通信系统等）。特别是在现代科技领域的尖端技术中，都离不开测控技术的支持。 共五十四页内容摘要计算机测控系统。包含测量技术、控制技术和实现这些技术的仪器仪表及系统。控制：是人们对客观事物或过程进行驾驭、支配的一种操纵过程。