第章 智能仪器设计实例设计原则与设计步骤

第八章智能仪器设计实例

第一节智能仪器的设计原则及研制第二节固体密度测试仪的研制第三节基于DSP处理器的地下管道漏水检测仪设计第一节智能仪器的设计原则及研制一、智能仪器设计的基本要求二、智能仪器的设计原则三、智能仪器的研制步骤

智能仪器的研制开发是一个较为复杂的过程。为完成仪器的功能，实现仪器的指标，提高研制效率，并能取得一定的研制效益，应遵循正确的设计原则、按照科学的研制步骤来开发智能仪器。一、智能仪器设计的基本要求

无论仪器的规模多大，其基本设计要求大体上是相同的，在设计和研制智能仪器时必须予以认真考虑。1、功能及技术指标应满足要求主要技术指标：精度、测量范围、工作环境条件、稳定性。应具备的功能：输出、人机对话、通信、报警提示、仪器状态的自动调整等功能。2．可靠性要求

仪器可靠性是最突出也是最重要的，因为仪器能否正常可靠地工作，将直接影响测量结果的正确与否，也将影响工作效率和仪器信誉，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，甚至引起严重后果。应采取各种措施提高仪器的可靠性，从而保证仪器能长时间稳定工作。在第六章中已讨论了有关的技术措施。

第一，硬件：仪器所用器件的质量和仪器结构工艺是影响可靠性的重要因素，故应合理选择元器件和采用在极限情况下进行试验的方法。所谓合理选择元器件是指在设计时对元器件的负载、速度、功耗、工作环境等技术参数应留有一定的余量，并对元器件进行老化和筛选。而极限情况下的试验是指在研制过程中，一台样机要承受低温、高温、冲击、振动、干扰、烟雾等试验，以保证其对环境的适应性。第二，软件：采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。

在仪器设计过程中，应考虑操作方便，尽量降低对操作人员的专业知识的要求，以便产品的推广应用。仪器的控制开关或按钮不能太多、太复杂，操作程序应简单明了，从而使操作者无需专门训练，便能掌握仪器的使用方法。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，并配有现场故障诊断程序，一旦发生故障，能保证有效地对故障进行定位，以便更换相应的模块，使仪器尽快地恢复正常运行。3．便于操作和维护4．仪器工艺结构与造型设计要求

仪器结构工艺是影响可靠性的重要因素，首先要依据仪器工作环境条件，是否需要防水、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；仪器的造型设计亦极为重要。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。二、智能仪器的设计原则

1、从整体到局部(自顶向下)的设计原则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、容易处理的问题，然后再一个个地加以解决。设计人员根据仪器功能和设计要求提出仪器设计的总任务，并绘制硬件和软件总框图(总体设计)。然后将任务分解成一批可独立表征的子任务，这些子任务还可以再向下分，直到每个低级的子任务足够简单，可以直接而且容易地实现为止。这些低级子任务可采用某些通用模块，并可作为单独的实体进行设计和调试，从而能够以最低的难度和最高的可靠性组成高一级的模块。2、较高的性能价格比原则

智能仪器的造价，取决于研制成本、生产成本、使用成本。

设计时不应盲目追求复杂、高级的方案。在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单成熟的方案，意味着元器件少，开发、调试、生产方便，可靠性高。就第一台样机而言，主要的花费在于系统设计、调试和软件开发，样机的硬件成本不是考虑的主要因素。当样机投入生产时，生产数量越大，每台产品的平均研制费就越低，此时，生产成本就成为仪器造价的主要因素。显然，仪器硬件成本对产品的生产成本有很大影响。使用成本，即仪器使用期间的维护费、备件费、运转费、管理费、培训费等。必须在综合考虑后才能看出真正的经济效果，从而做出选用方案的正确决策。3．市组合物化与径开放丑式设府计原敏则在科件学技惯术飞仿速发吨展的稿今天孝，设基计智驶能仪斤器系端统面类临三壤个突龟出的吼问题裙：(1信)产亮品更脑新换惩代太悦快；(2唉)市双场竞类争日呼趋激东烈；(3话)如烘何满锁足用矮户不买同层畅次和惯不断距变化骑的要残求。在电植子工估业和泛计算喇机工庆业中垃推行大一种拘不同桥于传缝统设怨计思素想的眼所谓艰“开快放系杨统”主的设杂计思己想。“开惕放系柄统”搬的设席计思厦想在技角术上疲兼顾范今天贿和明还天，著既从器当前贩实际伴可能泽出发幅，又齿留下踩容纳旗未来哥新技狂术机传会的锁余地枪；向系角统的麦不同牙配套还档次魂开放言，在瓜经营隔上兼担顾设恳计周邻期和惭产品哈设计钩，并埋着眼尸于社鬼会的湾公共削参与欣，为久发挥盈各方驶面厂骗商的努积极字性创兔造条戏件；向用玻户不供断变个化的柔特殊依要求梦开放篮，在皮服务怕上兼贷顾通叠用的科基本撕设计爽和用形户的方专用膀要求嘱等等路。开放咽式系鸽统设乘计的瞒具体裹方法基于雹国际缎上流壁行的蚁工业蜘标准巨微机乎总线龄结构虚，针营对不船同的娘用户游系统镰要求原，选家用相碎应的荐有关抢功能丑模块挎组合峡成最邪终用肾户的准应用拖系统绒。系统钥设计久者将值主要耻精力眉放在凉分析积设计向目标俯，确维定总穷体结均构，遭选择氏系统鄙配件崭等方抗面，到而不扶是放陡在部垒件模副块设电计及只用于烘解决益专用艘软件谷的开赖发设泄计上田。组合命化设僚计方泉法及喝优点开放歼式体任系结幸构和拜总线嫁系统亭技术瓦发展炎，导织致了描工业任测控痰系统弱采用滥组合旱化设抗计方极法的吴流行取，即绩针对蛮不同冈的应穗用系著统要米求，饶选用邀成熟丹的现榜成硬具件模驼板和搞软件阅进行炼组合恶。组合脚化设提计的横基础宰是模蛇块化离(又腰称积呢木化扯)，招硬、征软件趋功能悟模块触化是帅实现睡最佳钟系统摧设计拐的关鉴键。①将反系统铸划分度成若押干硬爆、软曾件产音品的伞模块吨，由热专门姑的研镇究机寺构根葱据积布累的娃经验剩尽可耍能完狼善地表设计茧，并沙制定合其规列格系罩列，弯用这湿些现爷成的落功能绸模块姻可以己迅速宣配套申成各浓种用柜途的私应用听系统纱，简迅化设丑计并柏缩短厕设计添周期齿。②结漆构灵办活，妇便于酷扩充苍和更潜新，捕使系撇统的阴适应匪性强听。在答使用坝中可顿根据贝需要纪通过坡更换帆一些愚模板絮或进济行局瓦部结匙构改戏装以牵满足币不断屈变化惊的特苦殊要县求。③维萌修方朴便快捐捷。危模块其大量棍采用LS猫I和VL存SI芯片译，在肿故障酬出现严时，花只需尺更换IC芯片舍或功取能模恰板，潜修理躬时间弦可以欧降低岛到最逗低限秤度。④功默能模鸽板可肤以组挥织批元量生口产，恒使质基量稳估定并经降低迫成本斤。组合唯化设租计方毁法的律优点三、革智能列仪器盛的研凳制步旋骤确定锈设计单任务屑并拟恳定设盼计方案硬件爽和软袭件研慎制软硬药件综阅合调耀试整机绝性能周测试乡丰和评职估三个阶段1、舒确定阁设计境任务问、拟意定设围计方奇案项目调研了解现状和动向，明确任务、确定指标功能

写出设计任务书

拟定设计方案

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硬件设计方案软件设计方案2．墙硬件渠、软瞎件研活制阶知段硬件爹研制遗：采用杯功能胁强的饱芯片矮以简伐化电粉路修改苦和扩毫展，准硬件孤资源脉需留嘉有足阴够的隐余地自诊糠断功骡能，梯需附装加设耕计有白关的舌监测乳报警缓电路硬件章抗于拌扰措砌施线路裂板注乏意与脏机箱絮、面杠板的祥配合慰，接卧插件塞安排意等问秩题，养必须除考虑诵到安远装、递调试卵和维嫩修的柜方便房诚。软件就设计吓研制潮：软件姥设计困作一烟个总布体规善划程序逗功能绝块划录分确定象算法分配做系统醋资源接和设织计流搂程图编写另程序程序毙调试正和纠壮错以季及各请部分万程序象连接煌及系帖统总雾调3．乡丰仪器性综合懂调试全及整抱机性泳能测世试系统镜调试如，以快排除恳硬件助故障锦和纠慢正软攻件错圆误，况并解躺决硬码件和柏软件要之间吩的协兼调问绢题。硬件调试动态调试静态调试测试软件查板、电源