智能仪表综合训练设计说明书

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1、智能仪表综合训练设计说明书第一章绪论1.1智能仪器与数据采集系统的作用与发展1.智能仪器技术是一门集电子技术、单片机技术、自动化技术、自动控制技术、计算机应用等于一体的跨学科的专业技术课程。随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，测控仪器仪表的智能化、总线化、网络化已成为整个行业发展的主要趋势，同时也日益成为工程界和科技界人士所关注的重要问题之一。智能仪器的出现，极大的扩充了传统仪器的应用范围。只能仪器凭其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速的在家用电器、科研单位和工业企业中得到广泛的应用。2.与传统仪器仪表相比，智能仪器具有以下功能特点：　　(1)操作自动化。仪器的整个测

2、量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。　　(2)具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。智能仪表能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，极大地方便了仪器的维护。　　(3)34具有数据处理功能，这是智能仪器的主要优点之一。智能仪器由于采用了单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，现在可以用软件非常灵活地加以解决。例如，传统的数字万用表只能测量电阻、交

3、直流电压、电流等，而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量，而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值、统计分析等复杂的数据处理功能，不仅使用户从繁重的数据处理中解放出来，也有效地提高了仪器的测量精度。　　(4)具有友好的人机对话能力。智能仪器使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使仪器的操作更加方便直观。(5)具有可程控操作能力。一般智能仪器都配有GPIB、RS232C、RS485等标准的通信接口，可以很方便地与P

4、C机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。3.智能仪器发展趋势(1)微型化。如巡航导弹控制部分、植入病人体内的多参量测量仪等。(2)多功能。如数字任意波形发生器、人体生命特征测量仪等。(3)人工智能化。具有视觉、听觉、思维等。(4)网络化(5)虚拟仪器是智能仪器发展的新阶段(6)微功耗。1.2智能仪器的概述1.2.1智能仪器的基本组成智能仪器硬件组成主要由单片机、模拟量和开关量I/O通道、人-机联系部件及其接口电路、数据通信接口等组成。如图1-1所示。341.主机电路：常由单片机构成，也是区别于传统仪器的核心部件。主要用于存储程序

5、、数据，执行程序进而实现各种运算、数据处理和各种控制功能。2.输入通道：模拟量输入通道由输入电路和A/D转换接口构成。用于对被测量的输入信号进行所需的各种变换、放大、滤波、采样-保持、A/D转换等处理，经A/D接口送入计算机。开关量输入信号只要电平匹配则可直接送入计算机。3.输出通道：模拟量输出通道由D/A转换器及驱动电路等构成。用于将主机处理的结果转换为模拟量并输出。开关量输出信号可直接由计算机输出或经隔离、驱动电路输出。4.人机接口：由键盘、显示器和打印机接口等组成。用于实现人机对话。5.通信接口：用于实现智能仪器与其它仪器、设备或计算机系统交换数据和信息。6.电源

6、系统：用于为智能仪器各部分提供合格的能源供应。1.2.2智能仪器的基本工作原理传感器拾取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机34逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经A／D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理(如非线性校正等)；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片内FlashROM(闪速存储器)或E2PROM(电可擦除存贮器)内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号(如报警装置触

7、发、继电器触点等)。此外，智能仪器还可以与PC机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据，通过串行通信将信息传输给上位机——PC机，由PC机进行全局管理。1.3数据采集系统的概述随着计算机的发展与普及，社会已进入信息时代。作为获取信息重要工具的微机数据采集系统，日益广泛地深入到生产、科研的各个领域，形成了一种兴旺发达的产业，它也就自然地成为电子信息工程专业的学生或其它有关专业的工程技术人员的专业知识。数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。被采集数据是已被转化为电信号的各种