《智能仪器设计方法》PPT课件

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1、§5.1智能仪器设计方法课本208-221页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。内容提要：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三个阶段“智能仪器设计”的研究内容定位人工智能少数仪器，如中医诊断仪，利用了专家系统，现在已经不多见应用。现在比较多的是测量仪器，能够把测量结果和标准测量结果比较，得出那些指标超标计算机化仪器，微型计算机在仪器中的应用，显示、控制、接口虚拟仪

2、器以软面板为特征的仪器仪器设计，智能仪器的设计不是微机应用课程仪器的总体设计所要求设计的仪器的基本技术要求仪器使用的环境要求壳体等的总体要求仪器功能的分解仪器结构的分解各个部件的设计各个部件的协调软件设计市场经济法则—最先进原则，最高性价比原则仪器的总体设计1本次设计的目的2形式要求：输入，输出，幅值，记录时间，记录方式，精度，数据的形式（模拟、数字、数据、图形，量值）等3供电方式，单电源，双电源，节电要求仪器的总体设计4外形及环境适应性要求5采样策略的要求及实现方法6模拟电路的要求：放大器的类型（电压放大器、电桥放大器、电荷放

3、大器、滤波器等），信噪比的要求，对电源的要求仪器的总体设计7数字电路的要求：ADC的位数、类别（逐次逼近、直接比较、双积分、ΣΔ式等），存储器的容量，为实现采样策略而必须具备的控制功能，数据传输的方式（并行、串行），节电功能的实现一、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

4、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。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

5、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

6、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

7、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

8、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