智能仪器设计基础
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智能仪器设计基础. 袁文菊. 地球物理与信息技术学院. 课程内容. 绪论 智能仪器的硬件设计 智能仪器的软件设计 智能仪器的通信接口技术 智能控制器及其算法 智能仪器的抗干扰技术 智能仪器中的数据处理及算法 数据采集系统. 课时安排与成绩评定. 本课程共 48 学时 闭卷考试: 卷面成绩 60% ; 实验 (3 个 ) 、考勤等平时成绩 40%. 第一章 绪 论. 一、智能仪器的概念与历史 二、智能仪器的分类与特点 三、 推动智能仪器发展的主要技术 四、 智能仪表设计方法概述. 第一章 绪 论.

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Presentation Transcript

智能仪器设计基础

袁文菊

地球物理与信息技术学院


课程内容

  • 绪论

  • 智能仪器的硬件设计

  • 智能仪器的软件设计

  • 智能仪器的通信接口技术

  • 智能控制器及其算法

  • 智能仪器的抗干扰技术

  • 智能仪器中的数据处理及算法

  • 数据采集系统


课时安排与成绩评定

  • 本课程共48学时

  • 闭卷考试:

    卷面成绩60%;

    实验(3个)、考勤等平时成绩40%.


第一章 绪 论

一、智能仪器的概念与历史

二、智能仪器的分类与特点

三、 推动智能仪器发展的主要技术

四、智能仪表设计方法概述


第一章 绪 论

智能仪器仪表:含有微处理器的测量仪器,具有数据的存储、计算、逻辑判断、自动化操作等功能

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智能仪器的概念与历史

1.智能仪器的概念

智能是指一种随着外界变化的条件确定正确行为的能力,也可以说智能是随着外界条件变化而做出正确反应的能力。

智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物,是把微处理器及微计算机与传统仪器仪表结合起来,能适应被测参数的变化,自动补偿,自动选择量程,自动校准,自寻故障,自动进行指标判断与分选以及进行逻辑操作,定量控制与程序控制,进行数字信号处理等,更为恰当地可以称为“微机化仪器”。


智能仪器的概念与历史

2.智能仪器仪表结构


智能仪器的概念与历史

输出通道

外部通信

RS232

USB

单片机或DSP

RAM、

EPROM

I/O接口

D/A

传感器

A/D

打印机

非电量

输入通道

电量

(键盘、开关、显示器

内嵌微处理器智能仪器的基本结构


个人计算机

总线扩展槽

软件

PC总线

仪器插件

仪器插件

仪器插件

通用接口

电源

n

1

2

扩展底板或外部插件箱

GPIB总线

个人仪器结构图

智能仪器的概念与历史


智能仪器的概念与历史

3.智能仪器的历史

1)20世纪50年代初期,仪器仪表取得了重大突破,数字仪器的出现把模拟仪器的精度、分辨力与测量速度提高了几个数量级。

2)20世纪60年代中期,测量技术有一次取得进展,引入了计算技术,从单纯的接收、显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输出,从单个仪器转变为测量系统。


智能仪器的概念与历史

3.智能仪器的历史

3)20世纪70年代以来,计算机技术在仪器仪表中进一步渗透,使电子仪器在传统的时域与频域之外,又出现了数字域测试。

4)20世纪80年代中期,由于微处理器被用到仪器中,仪器前面板开始朝键盘化方向发展,过去直观的用于调节时基或幅度的旋转度盘,选择电压电流等量程或功能的滑动开关已经消失。


智能仪器的概念与历史

3.智能仪器的历史

5)20世纪90年代,微电子技术与计算机科学技术巨大进步,智能仪器以及计算机系统本身的发展使其硬件结构及软件内涵复杂化。

2)21世纪,智能仪器仪表最大的特点是嵌入式系统和网络技术的结合。


智能仪器的概念与历史

4.对仪器仪表重要性的认识

仪器仪表是:

国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法官”



智能仪器的分类与特点

1.智能仪器的分类

1)仪器仪表定义、作用、行业分类

仪器仪表是信息获取的工具、是认识世界的工具,是一个系统或装置。

最基本的作用:是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。

测量仪器,分析仪器,生物医疗仪器,地球探测仪器,天文仪器,航空航天航海仪表,汽车仪表,电力,石油,化工仪表等,遍及国民经济各个部门,深入到人民生活的各个角落。


同学在学习和生活中,接触、使用或了解哪些仪器仪表?同学在学习和生活中,接触、使用或了解哪些仪器仪表?

智能仪器的分类与特点

2)八类测试计量仪器

■几何量:长度、角度、形貌、相互位置、位移、距离测量仪器等

■机械量:各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪、力矩测量仪、振动测量仪等

■热工量:温度、湿度、流量测量仪器等

▲光学参数:如光度计、光谱仪、色度计、激光参数测量仪、光学传递函数测量仪等。

▲电离辐射:各种放射性、核素计量,X、γ射线及中子计量仪器等。


智能仪器的分类与特点同学在学习和生活中,接触、使用或了解哪些仪器仪表?

★时间频率:各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时间频率测量仪等

★电磁量:交、直流电流表、电压表、功率表、RLC测量仪、静电仪、磁参数测量仪等

★电子参数:无线电参数测量仪器 如示波器、信号发生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信号分析仪等。


智能仪器的分类与特点同学在学习和生活中,接触、使用或了解哪些仪器仪表?

3)三代仪器仪表

●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

●第三代就是智能式仪器仪表


2同学在学习和生活中,接触、使用或了解哪些仪器仪表?、智能仪器的特点

◆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 :

随机误差、系统误差、非线性校准等处理→改善测量的精确度

数字滤波、相关、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量

◆多功能化 :一机多用如智能化电力需求分析仪


推动智能仪器发展的主要技术同学在学习和生活中,接触、使用或了解哪些仪器仪表?

三、推动智能仪器发展的主要技术

  • 传感器技术

  • A/D等新器件的发展将显著增强仪器的

    功能与测量范围

  • 单片机

  • DSP的广泛应用

  • ASIC、FPGA/CPLD技术

  • LabVlEW等图形化软件技术

  • 网络与通信技术


虚拟仪器、网络化仪器同学在学习和生活中,接触、使用或了解哪些仪器仪表?

设计原则步骤与实例

可测试性技术

可靠性与抗干扰技术

数据采集技术

人机接口与通信

数据处理

软件设计方法

四、《智能仪器设计基础》课程框架


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