智能仪器原理及应用
智能仪器原理及应用
4． 最大/
利用此项功能能对一组测量值进行处理， 求出其中的最大 值和最小值并存储起来。
6.1.1
概述
二、 智能DVM的功能及主要技术指标
1、数据处理功能及自动测量功能等：
标度变换(AX+B) 、相对误差(Δ％) 、极限(LMT) 、 最大/最 小值 、比例关系 、统计等数据处理功能；
自动量程转换、自动零点调整、自动校准、自动诊断等自动 测量功能。
2、普通DVM的各项技术指标： 量程、位数、测量准确度、分辨率、输入阻抗、输入电流、 测量速率等。
输入阻抗愈高，由仪表引入的误差就愈小。同时仪器对被 测电路的影响也就愈小。
普通DVM的各项技术指标
(6) 输入电流 I0
输入电流I0 是指仪器内部产生并表现于输入端的电流，它 的大小随温度和湿度的不同而变化，而与被测信号的大小无关， 其方向是随机的。 这个电流将会通过信号源内阻建立一个附加的电压，而形 成误差电压，所以输入电流愈小愈好。
数据处理功能：
6．统计
利用此项功能， 直接显示多次测量值的统计运算结果， 常 见的统计有：平均值、方差值、标准差值、均方值等。
自动测量等功能
智能DVM一般都具有自动量程转换、自动零点调整、自动 校准、自动诊断等功能，并配有标准接口。这些功能在第4章和 第5章中已做过讨论。
二、 智能DVM的功能及主要技术指标 普通DVM的各项技术指标
输入电流补偿电路的作用是减小输入电流的影响。 自动补偿时，在输入端接入一个10MΩ电阻，这样，输入电流 + I b在该电阻 上产生的压降经A/D转换后存入到非易失性存储器内，作为输入电流的校正量。 正常测量时，微处理器根据校正量送出适当的数字到D/A转换器并经输入电流补 偿电路产生一个与原来输入电流 + I b 大小相等方向相反的电流 - I b ，使两者在 放大器的输入端相互抵消。
智能化仪器原理及应用
智能化仪器原理及应用智能化仪器是指利用先进的信息技术、自动控制技术和传感器技术等，使仪器具备自主识别、自动调节和自动控制的能力。
它不仅可以提高实验的准确性和可靠性，还能提高工作效率和节省人力物力资源。
智能化仪器的原理和应用广泛存在于各个领域，如工业生产、医疗诊断、环境监测等。
智能化仪器的原理主要包括感知、处理和执行三个环节。
感知环节通过传感器采集待测信号，并将其转换为数字信号，然后通过模数转换器将其转换为计算机可处理的数字信号。
处理环节是利用计算机对采集到的信号进行处理和分析，运用各种算法和模型对数据进行解读和判断，从而得到实验结果。
执行环节是根据计算机的指令，通过执行机构对实验进行自动调节和控制。
智能化仪器在工业生产中的应用可以提高生产效率和产品质量。
例如，智能化仪器可以实现对生产过程中的各个参数进行实时监测和控制，及时发现并解决问题，避免了人为疏忽和操作失误带来的损失。
智能化仪器还可以自动调节生产线的速度和温度等参数，以确保产品的一致性和稳定性。
此外，智能化仪器还可以进行故障诊断和预测，及时进行维护和修理，减少停机时间和维修成本。
在医疗诊断领域，智能化仪器的应用可以提高诊断的准确性和效率。
例如，智能化医疗仪器可以对患者的生理参数进行实时监测，及时发现异常情况并报警，提醒医生及时处理。
智能化仪器还可以对医学图像进行处理和分析，辅助医生进行诊断和治疗。
智能化仪器还可以利用大数据和人工智能算法，对病例进行分析和比对，提供科学依据和决策支持。
在环境监测领域，智能化仪器的应用可以提高监测的精度和全面性。
例如，智能化仪器可以对大气、水质和土壤等环境参数进行实时监测，并将监测结果传输到计算机进行分析和处理。
智能化仪器还可以进行数据的实时存储和传输，方便数据的管理和查询。
智能化仪器还可以根据监测结果进行预警和调控，保护环境和人民的生命安全。
除了上述领域，智能化仪器还在科学研究、教育培训、军事防御等领域有着广泛的应用。
智能仪器原理及应用教学大纲
智能仪器原理及应用教学大纲智能仪器原理及应用教学大纲一、课程概述智能仪器原理及应用是一门涉及仪器仪表设计、制造、使用和维修的实用型课程，旨在帮助学生掌握智能仪器的基本原理、设计方法及其在各领域的应用。
本课程结合理论教学和实践操作，培养学生具备设计、制造和使用智能仪器的技能，提高他们在各领域的工作效率。
二、课程目标1、理解智能仪器的原理、设计方法及制造过程。
2、掌握智能仪器的基本组成、各部分作用及工作机制。
3、学习各类智能仪器的应用场景，了解其在工业、农业、医疗等领域的应用。
4、培养学生的实践操作能力，能够独立完成智能仪器的设计、制造和使用。
5、提高学生的创新能力，能够根据实际需求进行智能仪器的优化和改进。
三、教学内容1、智能仪器的基本原理及设计方法。
2、智能仪器的主要组成及工作机制。
3、智能仪器的制造过程，包括材料选择、制造工艺和检验标准。
4、智能仪器在工业、农业、医疗等领域的应用案例分析。
5、实践操作环节，包括智能仪器的设计、制造和使用。
6、创新设计环节，引导学生根据实际需求对智能仪器进行优化和改进。
四、教学方法1、采用多媒体教学，通过图片、视频和动画等多种形式展示智能仪器的结构和工作过程。
2、进行实例分析，结合实际案例讲解智能仪器的设计、制造和应用过程。
3、组织实践操作，让学生在动手实践中深入理解智能仪器的原理和操作方法。
4、鼓励创新设计，激发学生的创造性思维，提高他们的创新能力。
五、评估方式1、课堂表现，包括提问、回答问题和课堂讨论等。
2、作业和小组讨论，考察学生对智能仪器原理和应用的掌握情况。
3、期末考试，全面测试学生对智能仪器原理、设计和应用的理解和掌握程度。
六、教学资源1、教材及参考书：选用优秀的教材和参考书，提供充足的理论基础和实践指导。
2、软件和硬件：提供实验室和实验设备，包括各类智能仪器的原型和相关软件工具，供学生进行实践操作和创新设计。
3、网络资源：提供相关网站和在线资源，包括学术论文、研究报告和先进的技术资料，以拓宽学生的视野和深化学习内容。
智能仪器原理及应用的认知和理解
智能仪器原理及应用的认知和理解1. 引言智能仪器是一种利用人工智能技术来实现数据分析、自动化控制和智能决策的仪器设备。
随着人工智能技术的不断进步和应用，智能仪器在各个领域的应用越来越广泛。
本文将介绍智能仪器的原理和应用，并对其进行认知和理解。
2. 智能仪器的原理智能仪器的原理主要包括数据采集、数据处理和智能决策三个方面。
2.1 数据采集智能仪器通过传感器等设备对所监测对象的数据进行采集。
传感器可以是温度传感器、压力传感器、光传感器等，用于感知环境中的各种物理量。
采集到的数据可以是数字信号或模拟信号。
2.2 数据处理采集到的数据需要经过处理才能得到有用的信息。
智能仪器使用各种数据处理算法对采集到的数据进行分析、处理和筛选，提取出其中的特征和规律。
数据处理可以包括数据滤波、数据降噪、数据压缩等。
2.3 智能决策根据经过处理的数据，智能仪器可以进行智能决策。
智能决策是指基于数据分析和算法模型，对采集到的数据进行判断、预测和控制。
智能仪器根据预设的算法和规则，对采集到的数据进行评估和决策，并输出相应的结果或指令。
3. 智能仪器的应用领域智能仪器在各个领域都有广泛的应用，以下是一些典型的应用领域。
3.1 工业自动化智能仪器在工业生产过程中的自动化控制和监测中起到了重要的作用。
通过对工业设备的监测和控制，可以实现生产过程的自动化和优化。
3.2 医疗健康智能仪器在医疗健康领域的应用也越来越广泛。
通过监测患者的生理参数，如心率、血压等，可以实现对患者的实时监测和智能预警。
3.3 环境监测智能仪器在环境监测领域的应用可以帮助人们了解环境质量和资源利用情况。
通过对大气、水质、噪音等环境参数的监测，可以及时预警和采取相应的措施。
3.4 交通运输智能仪器在交通运输领域的应用可以提高交通流量的效率和安全。
通过对交通信号、车流量等数据的实时监测和智能控制，可以优化交通运输系统的运行。
4. 智能仪器的优势和局限性智能仪器具有许多优势，但同时也存在一些局限性。
智能仪器原理实训报告
一、实训目的通过本次智能仪器原理实训，了解智能仪器的组成、工作原理以及在实际应用中的操作方法，掌握智能仪器的调试与维护技能，提高对智能仪器系统的理解和应用能力。
二、实训内容1. 智能仪器系统组成智能仪器系统主要由以下几部分组成：（1）传感器：用于检测被测量的物理量，并将其转换为电信号。
（2）信号调理电路：对传感器输出的信号进行放大、滤波、转换等处理，以满足后续处理的要求。
（3）微处理器：对信号进行处理、运算、存储等，实现对仪器的控制和显示。
（4）显示与输出设备：将处理后的结果以图形、数字等形式展示给用户。
（5）电源：为仪器提供稳定的工作电压。
2. 智能仪器工作原理智能仪器的工作原理如下：（1）传感器检测被测物理量，产生相应的电信号。
（2）信号调理电路对传感器输出的信号进行放大、滤波、转换等处理。
（3）微处理器对调理后的信号进行采集、处理、运算、存储等。
（4）处理后的结果显示在显示设备上，或输出到外部设备。
3. 智能仪器调试与维护（1）调试：在仪器安装完成后，对仪器进行调试，确保其正常运行。
（2）维护：定期对仪器进行清洁、检查、更换损坏的部件等，以保证仪器的稳定运行。
三、实训过程1. 实训环境（1）实训设备：智能仪器系统、传感器、信号调理电路、微处理器、显示与输出设备、电源等。
（2）实训软件：智能仪器控制系统软件。
2. 实训步骤（1）连接仪器各部件，检查连接是否正确。
（2）启动仪器控制系统软件，设置参数。
（3）进行传感器标定，确保传感器输出信号的准确性。
（4）进行信号调理电路调试，确保信号处理效果。
（5）进行微处理器调试，确保数据处理正确。
（6）进行显示与输出设备调试，确保数据显示正确。
（7）进行仪器整体调试，确保仪器正常运行。
（8）进行仪器维护，检查各部件是否正常。
四、实训结果与分析1. 实训结果本次实训，我们成功搭建了智能仪器系统，并对仪器进行了调试和维护。
仪器能够正常运行，满足实验要求。
2. 实训分析（1）传感器性能对仪器精度有重要影响，因此传感器标定是保证仪器精度的重要环节。
全智能光学仪器原理
全智能光学仪器原理
全智能光学仪器原理是通过激光束穿过待测物体，利用光学原理进行测量和分析的一种仪器。
该仪器利用光的传播速度较快的特点，能够快速、精确地获取待测物体的相关信息。
以下是全智能光学仪器的工作原理和主要应用介绍。
全智能光学仪器的工作原理主要包括激光发射、光束传输、物体测量和数据处理等几个步骤。
首先，激光器发射出一束单色、单向、高亮度的激光束，该激光束穿过光学传输系统，经过透镜的聚焦使其能量集中在一个小的点上。
然后，激光束照射到待测物体上，根据物体对激光束的散射、折射等现象，测量出物体的形貌、轮廓、表面粗糙度等参数。
最后，通过光电探测器将激光束的反射信号转化为电信号，并经过数据处理与分析，得到最终的测量结果。
全智能光学仪器具有广泛的应用领域。
例如在制造业中，它可以用于测量和检测物体的尺寸、形状、形态等；在医学领域，可以用于眼科、牙科等领域的测量和检查；在地质勘探中，可以用于获取地下岩石和矿物的信息等。
此外，全智能光学仪器还可以应用于科学研究、环境保护、安防等领域，发挥着重要的作用。
总之，全智能光学仪器通过激光束的传播和物体的光学反射等现象，实现了对待测物体的快速、精确测量。
其工作原理简单明了，应用领域广泛，可以有效地满足不同领域的测量需求。
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第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法 3. 总线的自检
大多数智能仪器中的微处理器总线都是经过缓冲器再与各 I/O器件和插件等相连接的，这样即使缓冲器以外的总线出了 故障，也能维持微处理器的正常工作。这里所谓的总线自检， 是指对经过缓冲器的总线进行检测。由于总线没有记忆能力， 因此总线自检中设置了两组锁存触发器，用于分别记忆地址总 线和数据总线上的信息。这样，只要执行一条对存储器或I/O 设备的写操作指令，地址线和数据线上的信息便能分别锁存到 这两组触发器（地址锁存触发器和数据锁存触发器）中。我们 通过对这两组锁存触发器分别进行读操作，将地址总线和数据 总线上的信息与原有的输出信息进行比较，便可判知总线是否 存在故障。具体实现的电路原理图见图2-2。
第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法
2.1.2
1. ROM或EPROM的检测
由于智能仪器中的ROM或EPROM是用来存放仪器的控制程序 的，是不允许出故障的，因而对ROM或EPROM的检测是至关重要 的。ROM或EPROM故障的检测一般采用“校验和”的方法，其具 体的做法是：在将仪器程序机器码写入ROM或EPROM的时候，保 留一个单元（一般是最后一个单元）。此单元不是用于写程序 代码，而是用于写入“校验字”。“校验字”应能满足ROM或 EPROM中所有单元的每一列都具有奇数个“1”。自检程序的内容 是： 对每一列数进行异或运算，如果ROM或EPROM无故障，各列 的运算结果应都为“1”，即校验和等于FFH。这种算法见表2－1 所示。 表中ROM地址的前7个（0～6）单元是程序代码，最后一 个单元内容为对应于上面程序的奇数校验字01001110（使ROM 中 的 每 一 列 的 “ 1” 为 奇 数 个 ） 。 这 样 ， ROM 的 校 验 和 为 11111111，即FFH。
智能仪器仪表工作原理
智能仪器仪表是指基于信息技术和智能算法等先进技术，具备数据采集、处理、分析和控制等功能的现代化仪器设备。
其工作原理可以总结如下：
1.数据采集：智能仪器仪表通过传感器或测量模块对待测对象或环境进行数据采集。
传感
器将物理、化学或电子信号转换为电信号，并将其传输给智能仪器仪表的输入端。
2.信号处理：智能仪器仪表对输入信号进行预处理，包括滤波、增益调节、放大、降噪等
处理，以确保得到准确且可靠的测量结果。
3.数据分析：智能仪器仪表利用内置的处理器和算法对采集的数据进行分析和处理。
这些
算法可以是基于统计学、机器学习或人工智能等方法，根据不同的应用领域和需求进行选择。
4.结果显示与输出：智能仪器仪表将经过处理和分析的数据结果以数字形式显示在屏幕上，
同时也可以通过接口（如USB、RS232、无线通信等）输出给其他设备进行存储、显示或控制。
5.反馈与控制：智能仪器仪表可以根据测量结果和预先设定的条件进行反馈和控制操作。
比如，在自动化控制系统中，智能仪器仪表可以将测量结果与设定值进行比较，并根据差异调整输出信号，实现对被控制对象的精确控制。
6.用户交互：智能仪器仪表通常提供用户友好的界面，可以通过按键、触摸屏、语音识别
等方式与设备进行交互，方便用户设置参数、查看结果、进行操作等。
通过以上工作原理，智能仪器仪表能够实现高效准确的数据采集、处理和分析，并根据需要进行控制和反馈，广泛应用于科学研究、工业生产、医疗诊断、环境监测等领域。
智能化仪器原理及应用
智能化仪器原理及应用随着科技的发展和进步，智能化仪器在各个领域的应用越来越广泛。
智能化仪器是指集成了计算机、传感器、控制器等智能化技术的仪器设备，它能够自动采集、处理和分析数据，实现自动化操作和控制。
本文将从智能化仪器的原理和应用两个方面进行介绍。
一、智能化仪器的原理智能化仪器的原理主要包括智能化技术和传感器技术两个方面。
1. 智能化技术智能化技术是智能化仪器实现自动化操作和控制的核心。
它包括计算机技术、人工智能技术、模式识别技术等。
计算机技术是智能化仪器实现数据处理和分析的基础，通过计算机的高速运算和强大的存储能力，可以对采集到的数据进行复杂的计算和分析。
人工智能技术可以使智能化仪器具备学习和决策的能力，通过对大量数据的学习和分析，可以自主地做出判断和决策。
模式识别技术可以使智能化仪器自动识别和分析采集到的数据，从而实现对被测对象的特征和状态的判断。
2. 传感器技术传感器是智能化仪器采集被测量信息的重要组成部分。
传感器可以将被测量信息转化为电信号或其他形式的信号，然后通过智能化仪器进行采集和处理。
传感器技术的发展为智能化仪器提供了更加精确和灵敏的测量能力。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
这些传感器可以实时采集被测量对象的温度、压力、流量等信息，并将其转化为电信号或其他形式的信号，供智能化仪器进行处理和分析。
二、智能化仪器的应用智能化仪器的应用范围非常广泛，涉及到各个领域的实验、监测和控制。
1. 工业领域在工业领域，智能化仪器可以应用于生产过程的监测和控制。
例如，通过采集和分析生产线上的温度、压力、流量等数据，可以及时发现并解决潜在的问题，提高生产效率和产品质量。
另外，智能化仪器还可以实现对生产设备的远程监控和控制，减少人工干预，提高生产的自动化程度。
2. 环境监测智能化仪器在环境监测领域的应用也非常广泛。
例如，通过采集和分析大气中的污染物浓度、水源中的水质指标等数据，可以实时监测环境的变化情况，及时采取措施进行治理和保护。
[4]智能仪器原理及应用
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C PU ＋5 V
PSEN
P0 P1 P2 P3
(a)
(b)
图 4-3 MCS-51单片机结构框图与逻辑符号 (a) 结构框图； (b) 逻辑符号
第4章 智能型温度测量仪 2） 主机电路
第4章 智能型温度测量仪 4) 多种输出形式 智能型温度测量仪的输出形式可以有数字显示、打印记录、
声光报警，还可以多点巡回检测。它既可输出模拟量，也可输
出数字量（开关量）信号。 5) 自诊断和断电保护 智能型温度测量仪对仪表内部各种故障能自动诊断出来， 并能进行故障显示或报警。断电时，仪表内的切换电路自动接 上备用电池， 以保持储存的数据。
P 2 .3 XTAL1 P 2 .7 XTAL2 P 2 .0 ＋5 V P 2 .4 R ESET 8031 ALE EA P 0 .0 P 0 .7
PSEN
&
P2.7 P2.3
&
P2.7 P 2.3 P 2 .0 ～P 2 .3
～
P2 .
0
A0 ～A7 A8 ～A1 2 G 74LS373 E
R
∞ U0
△
A ＋
图4-7 差动放大电路第4章 智能型温度测源自仪4） 传感器引线电阻的补偿
实际测量中，由于被测温环境离控制室较远，因此传感器 要经较长的导线置于测温环境中，这样，引线电阻必然会影响 电桥的平衡。例如，50 m长的导线引入1 Ω 的引线电阻，会使
R(t)测温偏离约5℃的误差，所以对引线电阻要进行补偿。
各程序的执行；中断处理程序是用于人—机联系或输入产生中
智能仪器原理及应用.ppt
第1章 导 论
3)
智能仪器的测量过程和各种测量电路均由单片机来控制， 一般情况下这些控制端都是一根I/O线。由于MCS－51单片机具 有布尔处理功能，包括一整套位处理指令、位控制转移指令和 位控制I/O功能，这使得它特别适用于仪器仪表的控制。
第1章 导 论 智能仪器一般是指采用了微处理器（或单片机）的电子仪 器。由智能仪器的基本组成可知，在物理结构上，微型计算机 包含于电子仪器中，微处理器及其支持部件是智能仪器的一个 组成部分；但是从计算机的角度来看，测试电路与键盘、 通 信接口及显示器等部件一样，可看作是计算机的一种外围设备。 因此， 智能仪器实际上是一个专用的微型计算机系统， 它主 要由硬件和软件两大部分组成。
第1章 导 论 智能仪器的软件包括监控程序和接口管理程序两部分。 其中，监控程序主要是面向仪器操作面板、键盘和显示器的 管理程序。其内容包括：通过键盘操作输入并存储所设置的 功能、操作方式与工作参数。通过控制I/O接口电路对数据进 行采集； 对仪器进行预定的设置；对所测试和记录的数据与 状态进行各种处理；以数字、字符、图形等形式显示各种状 态信息以及测量数据的处理结果等。接口管理程序主要面向 通信接口，其作用是接收并分析来自通信接口总线的各种有 关信息、操作方式与工作参数的程控操作码， 并通过通信接 口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果来响应计 算机的远程控制命令。
第1章 导 论
1)
一般要求智能仪器中有大量的I/O口，并且需要有定时或 计数功能，有的还需要通信功能， 而MCS－51单片机片内具有 32根I/O口线、 两个16位定时/计数器，还有一个全双工的串 行口。这样，在使用MCS－51单片机后可大大简化仪器的硬件 结构，降低仪器的造价。
第1章 导 论 2)
智能仪器原理及应用教学设计
智能仪器原理及应用教学设计1. 引言随着科技的发展，智能仪器已经被广泛应用于工业、医学、能源等领域，并成为现代生产、科研中不可替代的重要工具。
智能仪器不仅可以提高生产效率，减少人力浪费，更可以提高检测精度，确保产品质量。
因此，掌握智能仪器原理及应用已成为现代科技人才必备技能之一。
而智能仪器原理及应用教学设计，就是为了让学生更好地掌握智能仪器原理及应用，从而更好地适应未来的科技发展。
2. 教学目标本教学设计旨在让学生掌握智能仪器的原理、体系结构、应用等基本知识，以及相关软件的使用方法，培养学生的工程实践能力和创新意识，使其能够适应未来的科技发展，具备较好的应用能力。
3. 教学内容1.智能仪器基本概念–仪器的概念–智能仪器的定义及特点2.智能仪器的体系结构–测量系统的组成–智能传感器的原理及应用–智能执行器的原理及应用3.智能仪器的工作原理–信号处理原理–控制原理4.智能仪器的应用与发展–智能仪器在工业上的应用–智能仪器在医学上的应用–智能仪器在能源上的应用5.相关软件的使用方法–Matlab的基本操作–LabVIEW的基本操作–Python的基本操作4. 教学方法1.课堂讲授：通过讲解基本理论及实际应用案例，传授智能仪器的基本概念、体系结构、工作原理、应用等相关知识。
2.实验操作：通过实际操作智能仪器及相关软件，让学生对仪器的工作原理有更深入的了解，同时培养学生的实践能力。
3.讨论交流：在课堂上组织学生进行讨论及交流，引导学生自主思考，提高学生的创新意识。
4.课堂练习：通过课堂练习，检验学生对课程内容的掌握情况，提高学生的学习积极性。
5. 教学评估针对本课程的教学评估，将分为以下三个方面：1.学生课前管理情况评估：通过查看学生的课前学习情况，了解学生对课程内容的掌握程度。
2.学生日常表现评估：通过学生的实验操作、课堂讨论、课堂练习等进行评估，了解学生的学习态度、学习效果等。
3.学生成果评估：通过学生独立完成实验报告等进行评估，了解学生的实践能力和掌握情况。
智能仪器原理及应用：第一章 概 述
定义：仪器仪表是信息获取的手段、是认识世 界的工具，是一个系统或装置。 基本作用：延伸、扩展、补充或代替人的听觉、 视觉、触觉等器官的功能。 分类：行业、性质、特点。
一、从传统仪器仪表到智能仪器
2.九类测试计量仪器
同学在学习和生活中，接触、 使用或了解哪些仪器仪表？
几何量：长度、角度、形貌、相互位置、位移、 距离测量仪器等；
三、推动智能仪器发展的主要技术
智数据处理能力，并能自检、
自校、自补偿的新一代传感器——
智能传感器。
微电子、光电子技术发展 半导体传感器、
加工工艺
MEMS传感器
新型智能敏感材料
三、推动智能仪器发展的主要技术
网络传感器 将网络接口芯片与智能传感器集成起 来并使通信协议固化到智能传感器的 ROM中，就产生了网络传感器。 网络信息技术 物联网：The Internet of Things （战略性新兴产业） 网络化仪器
PC总线
软件
电源
仪仪仪
仪通
器器器
器用
插 插 插 …… 插 接
件件件
件口
扩展底板或外部插件箱
个人仪器结构图
二 、智能仪器的分类、基本结构与特点 工控微机机P扩C展I 式
个人仪器结构图
二 、智能仪器的分类、基本结构与特点 3.智能仪器的特点
◆ 测量过程的程序控制：
“以软代硬” →灵活性强、可靠性高
◆ 数据处理 ：
→改善测量的精确度 →提供更多高质量的信息量
◆ 多功能化：一机多用
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 单片机与DSP的广泛应用 嵌入式系统与片上系统(SOC、SOPC) ASIC、FPGA／CPLD技术 LabVlEW等图形化软件技术 网络与通信技术 微型化技术
智能仪器原理及应用
传感器技术
通过使用各种传感器，智能仪器可以实时 获取环境数据和物体参数。
人工智能技术
借助机器学习和深度学习算法，智能仪器 可以对数据进行智能判断和预测。
信号处理技术
智能仪器将传感器获取的数据进行处理和 分析，提取有用信息。
通信技术
智能仪器可以与其他设备和系统进行数据 交互和远程控制。
智能仪器的应用领域
智能仪器的发展趋势
1
传感器技术的进一步发展
Hale Waihona Puke 传感器将变得更加精确、灵敏，并具备更多功能。
2
人工智能技术的应用扩展
智能仪器将更加注重对数据的智能处理和利用，实现更高水平的智能化。
3
通信技术的提升
智能仪器将更加便捷地与其他设备和系统进行数据交互和远程控制。
结论和总结
智能仪器的原理及应用已经取得了显著的进展，并在各个领域展示了广阔的 前景。我们有理由相信，智能仪器将在未来发挥更大的作用。
智能仪器原理及应用
智能仪器的定义及基本原理，并探讨其应用领域、优势和特点。分析智能仪 器的市场前景，并展望其未来的发展趋势。最后得出结论和总结。
智能仪器的定义
智能仪器是一种集成了传感器、处理器和通信技术的先进仪器，具备自动化、 智能化和网络化特性，能够实现自主感知、智能判断和远程控制。
智能仪器的基本原理
1 自动化
2 智能化
智能仪器能够自动完成数据采集、处理 和控制的过程，减少人工干预。
智能仪器借助人工智能技术，能够实现 智能判断、决策和优化。
3 高效性
4 可远程控制
智能仪器能够高效地获取和处理大量数 据，提高工作效率。
智能仪器可以通过通信技术实现对设备 的远程监控和控制。
常见的智能仪器应用及原理
常见的智能仪器应用及原理智能仪器简介智能仪器是指基于人工智能技术和先进传感器，能够实现自主学习和智能分析的仪器装置。
智能仪器的应用领域广泛，包括医学、环境监测、工业控制等。
医学应用智能仪器在医学领域的应用十分广泛。
常见的医学仪器包括心电图仪、血压仪、呼吸机等。
这些仪器通过传感器采集人体数据，并通过人工智能算法分析，实现对患者病情的诊断和监测。
例如，心电图仪通过对心电信号的分析，可以判断患者是否存在心脏疾病；血压仪可以对患者的血压进行实时监测，提醒医生及时采取措施。
环境监测应用智能仪器在环境监测中也起到重要作用。
例如，智能气象站可以通过传感器监测气温、湿度、风速等参数，并实时上传数据进行分析，用于天气预报和气候研究。
智能水质监测仪器可以通过水质传感器监测水中的溶解氧、PH值、浊度等指标，实现对水质的监测和评估。
这些智能仪器可以准确快速地获取环境数据，为环保决策提供科学依据。
工业控制应用在工业领域，智能仪器被广泛应用于工业过程的控制和监测。
例如，智能机器人在生产线上可以自主进行物料搬运、装配等任务，提高生产效率和质量。
智能温度控制器可以通过传感器监测温度，并通过控制器调整加热或冷却设备，实现对温度的精确控制。
这些智能仪器通过自主学习和智能分析，可以更好地适应复杂多变的工业环境，提高生产效率和产品质量。
智能仪器的原理智能仪器的原理主要包括传感器、数据采集、数据分析和决策控制四个方面。
1.传感器：智能仪器使用各种传感器获取物理量或化学量的数据，例如温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
传感器可以将这些数据转化为电信号，方便进一步处理和分析。
2.数据采集：智能仪器通过数据采集器将传感器采集到的数据进行采集和存储。
数据采集器一般包括模拟转换器、数模转换器和存储器等组件。
3.数据分析：智能仪器通过人工智能算法对采集到的数据进行分析。
常见的数据分析方法包括机器学习、模式识别、数据挖掘等。
通过数据分析，仪器可以识别出数据中的模式和规律，进一步进行判断和推理。
手机上的仪器原理与应用
手机上的仪器原理与应用1. 仪器原理现如今，随着智能手机的普及，手机上的仪器开始得到广泛的应用。
手机上的仪器利用手机的各种传感器和功能，结合相应的软件与算法，可以实现各种测量、监测和控制功能。
以下是几种常见的手机上的仪器原理：1.加速度计原理：手机上的加速度计基于MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）技术，利用微电子机械系统感知手机的加速度。
通过测量手机在三个轴上的加速度，可以实现手机的倾斜、晃动、运动等功能。
2.陀螺仪原理：手机上的陀螺仪利用微机电系统感知手机的旋转角速度。
通过测量手机在三个轴上的旋转速度，可以实现手机的方向感知、陀螺稳定、虚拟现实等功能。
3.磁力计原理：手机上的磁力计利用磁敏电阻或霍尔效应感知手机周围的磁场强度。
通过测量手机在三个轴上的磁场强度，可以实现指南针、地图导航、磁场检测等功能。
4.环境光传感器原理：手机上的环境光传感器利用光敏二极管感知周围环境的光照强度。
通过测量光敏元件的电流变化，可以实现自动调节屏幕亮度、环境光线检测等功能。
2. 仪器应用手机上的仪器应用丰富多样，以下列举几种常见的应用：1.健康监测：借助手机上的加速度计和心率传感器，可以实现步数统计、睡眠监测、心率监测等健康相关的功能。
用户可以通过手机上的软件记录自己的每日步数、睡眠质量和心率变化，并做出相应的健康反馈和建议。
2.导航与定位：手机上的磁力计、加速度计和地理定位功能可以实现导航和定位功能。
用户可以通过手机上的地图应用获取自身位置、规划路线、导航等功能，方便出行。
3.环境检测：手机上的环境光传感器和磁力计可以用于环境检测。
用户可以通过手机上的应用程序实时监测周围的光线强度和磁场强度，并据此调整屏幕亮度、检测电子设备的磁场是否正常等。
4.虚拟现实：手机上的加速度计和陀螺仪可以实现虚拟现实的功能。
用户可以利用手机上的虚拟现实应用，如游戏、教育等，通过头部的运动和转动来与虚拟场景进行交互。
《智能化仪器原理及应用》课件第3章
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
图3-5 带RS－232C接口的通信设备连接
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
2 “请求发送”（RTS）与“为发送清零”（CTS）信号 线用于半双工通信方式。半双工方式下发送和接收只能分时 进行，当DTE有数据待发送时，先发“请求发送”信号通知 调制解调器。此时若调制解调器处于发送方式，回送“为发 送清零”信号，发送即开始。若调制解调器处于接收方式， 则必须等到接收完毕转为发送方式时，才向DTE回送“为发 送清零”信号。在全双工方式下，发送和接收能同时进行，
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术 表3-1 RS－232C标准串行接口总线的常用信号线
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 20 22
符号 保护地 TXD RXD
RTS CTS DSR GND DCD DTR RI
方向
Out In Out In In
In Out In
功能
发送数据 接收数据 请求发送 为发送清零 DCE 就绪
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
图3-1 全双工、半双工、单工示意图
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
（1）单工（Simplex）方式：相互通信的任何一方仅允
（2）半双工（Half Duplex）方式：通信的双方既可 以发送又可以接收数据，但是发送和接收数据只能分时使用 同一传输线路，即在某一时刻只允许进行一个方向的数据传
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
图3-9 RS－232C与TTL电平变换器
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
4. 计算机中的数据是并行的，为了实现异步串行传输，发 送时必须进行并-串转换，而且要把数据字符组织成如图3-2 所示的数据格式；接收时必须从图3-2所示的格式中把有用 的字符提取出来，再进行串/并转换。此外，还要检验传送 是否正确。这些工作一般采用专用集成电路芯片UART（通 用异步接收器/发送器）来完成。UART作为计算机的串行通 信接口电路芯片，在相应的控制软件配合下，实现异步串行 数据传输。UART芯片种类很多，常用的有Intel8251、8250、 ZilogZ80 SIO、MotorolaMC6850等。许多单片计算机也具 有UART功能，详细内容读者可参阅有关的书籍和产品手册。
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《智能仪器原理及应用》测试题一、填空题（每空1分共25分）1、模拟量输入通道包括、。
2、为了将A/D转换器中的运算放大器和比较器的漂移电压降低，常采用技术。
3、克服键抖动常采用的措施、。
4、总线收发器的作用。
5、最基本的平均滤波程序是，改进型有、、。
6、多斜式积分器有，其优点是，还有一种是，其作用是。
7、在通用计算机上添加几种带共性的基本仪器硬件模块，通过软件来组合成各种功能的仪器或系统的仪器称为或。
8、ADC0809，假定REF+=+5V，VREF-接地，则模拟输入为1V时，转换成的数字量为，若REF+=+2.5V，VREF-接地则模拟输入为1V时，转换成的数字量为9、数字存储示波器可预置四种触发方式、、、。
10、智能仪器自检方式有三种、、。
二、简答（每题5分共35分）1、简述自由轴法测量原理。
2、系统误差的处理方法。
3、简述三线挂钩过程及作用。
4、智能仪器的设计要点。
5、若示波器屏幕的坐标刻度为8×10div，采用10位A/D，2K 存储器，则该示波器的垂直与水平分辨率各为多少？6、简述线路反转法原理。
7、简述D/A双极性输出电路原理三、综合1、（20分）在一自动控制系统中，有温度、压力、流量三个待测量，试设计一测量电路，要求使用8位A/D，4位LED及相关逻辑电路。
（1）画出硬件连接图（2）写出器件型号（CPU、A/D）（3）根据连接图，写出三通道的地址。
（4）简述测量过程。
2、（20分）下图为某一通用计数器框图(1) 要测量10Hz的信号，试计算应选用的时标及闸门时间。
(2) 简述测量过程(3) 其最大计数误差是多少？(4)为减小误差，应采用什么方法？《智能仪器设计基础》试题一、判断题（每题 2 分，共 20 分）1. 因中值滤波满足比例不变性，所以是线性的滤波器。
（）2. 基准电压Vr 的精度和稳定性影响零位误差、增益误差的校正效果。
（）3. 测量获得一组离散数据建立近似校正模型，非线性校正精度与离散数据精度无关，仅与建模方法有关。
（）4. RS232 通信采用的是TTL电平，因此它的传输距离比485 短。
（）5. USB协议为设备定义了2种供电模式:自供电和总线供电。
在自供电模式下，USB设备不需要任何外接电源设备。
（）6. LCD显示器有静态驱动和叠加驱动两种驱动方式，这两种驱动方式可在使用时随时改变。
（）7. 智能仪器中的噪声与干扰是因果关系，噪声是干扰之因，干扰是噪声之果。
( )8. 软件开发过程的三个典型阶段是定义、开发和测试。
（）9. RAM 测试方法中，谷值检测法无法检测“ 粘连” 及“ 连桥” 故障。
（）10.曲线拟合要求 y=f（ x ）的曲线通过所有离散点（ x i ， y i ）。
（）二、选择题（每题 2 分，共 20 分）1. 多通道数据采集系统的框图如下图所示。
其中（ 1 ）~（ 4 ）各部分的组成为:( )A. 放大器、A/D 转换器、D/A 转换器、计算机B. 多路开关、放大器、A/D 转换器、计算机C. 多路开关、放大器、D/A 转换器、计算机D. 放大器、多路开关、A/D 转换器、D/A 转换器2. 仪器采集数据中存在随机误差和系统误差，基本数据处理顺序是:( )A. 系统误差消除→数字滤波→标度变换B. 数字滤波→系统误差消除→标度变换C. 标度变换→系统误差消除→数字滤波D. 数字滤波→标度变换→系统误差消除3. 设采集数据由信号加噪声构成，应根据( )确定滤波算法？A. 噪声统计规律B. 信号特征和噪声统计规律C. 信号特征D. 只能用多种滤波算法试验，由处理效果确定。
4. 采样保持器的作用是( )A. 提高系统的采样速率B. 保持系统的数据稳定C. 保证在A/D转换期间ADC前的模拟信号保持不变D. 使A/D 转换器前信号能跟上模拟信号的变化5. 采集数据中含有脉冲性干扰，信号为直流，则应选择( )滤波算法。
A. 算数平均法B. 加权平均法C. 限幅滤波法D. 去极值平均法6. 在开发USB系统的时候，首要的任务是利用( )实现设备的枚举过程，提供各种设备信息。
A. 中断传输B. 控制传输C. 同步传输D. 批量传输7．若非编码矩阵键盘的列线外接下拉电阻，该矩阵的扫描码应是( )。
A．行线输出高电平B．列线输出高电平C．行线输出低电平D．列线输出低电平8．在智能仪智中，A/D 转换的抗干扰技术包括( )。
A. 对差模干扰的抑制B. 对共模干扰的抑制C. 采用软件方法提高A/D抗干扰能力D. 以上三种都包括9．在进行数字电路的可测试性设计时，下面说法错误的是( )。
A．设计上应避免“线或”逻辑B．所有不同相位和频率的时钟都应来自单一主时钟C．数字电路应设计成主要以异步逻辑电路为基础的电路D．电路应初始化到一明确的状态，以便确定测试的方法10．下面( )调试方式在目标机不存在的情况下也可以进行代码的调试。
A．ROM 仿真器B．在线仿真器C．片上调试D．JTAG三、填空（每空2分，共20分）1．假设一 12 位的 A/D 转换器，其满量程电压为 10V ，则它的分辨率是_____ 。
2．某仪器的非线性采用分段线性插值法进行校正，设段数为4，最少需要_____对（X i ，Y i ）已知实验数据。
3．利用 8 片模拟多路开关 CD4051 设计 64 路的输入通道。
已知 CD4051 的漏电流为20nA ，开关导通电阻300Ω，设信号源内阻 1000 Ω。
则多路开关漏电流和导通电阻产生的误差大小为_____ 。
如果采用级连方式连接，则需要多路开关_____片。
用级连方式连接电路产生的误差大小为_____ 。
4．某智能温度测量仪采用 8 位ADC ，测量范围为10 ～100 ℃，仪器采样数据经滤波和非线性校正后的数字量为0028H 。
A0=10 ℃，Am=100 ℃，Nm=FFH=255 ，Nx=28H=40 。
则对应的实测温度是_____ 。
5. 设在某数据采集系统中，对正弦信号 U=（ U msin ω t ）/2 采样。
采/保的孔径时间t AP=20ns ， A/D 转换器的位数为 12 位，求采样精度达到 1LSB 的最高信号频率是_____ 。
若 S/H 的捕捉时间t AC=3 μs ，稳定时间t s=2 μs ， A/D 转换时间t CONV=40 μs ，输出时间t OUT=4 μs 则通道的吞吐率是_____ 。
6．检测直流电压信号由于50Hz 工频干扰使测量数据呈现周期性波动。
设采样周期Ts=1ms ，采用算数平均滤波算法，消除工频干扰。
选择平均点数 _____。
7．某种仪器 100 台，工作 1000h ，假设有 2 台发生故障，则这种仪器的千小时的可靠率为_____ 。
四、简要回答下列问题（ 25 分）1. 简述推动智能仪器发展的主要技术。
2. 简述智能仪器设计的基本原则。
3. 简述 USB 既插既用机制实现的原理。
4. 可靠性是智能仪器中一个重要的技术指标。
请写出智能仪器中常用的提高硬件和软件可靠性的方法。
5. 什么是可测试性？智能仪器设计中引入可测试性设计有什么优缺点？五、设计题（15分）试设计一温度检测系统。
要求系统能检测 8 路温度信号（假设温度传感器的输出信号幅度 0~25mV ），测试的温度范围为0~500 ℃，温度分辨率为0.5 ℃。
测试的最终结果用 LCD 显示器或 LED 显示器显示出来。
对多通道的测量信号要有自动巡回检测的功能和选择某一通道进行单一测量的功能。
若采用自动巡回检测方式，要求每一通道每秒钟检测 100 次。
仪器要具有与其它仪器或微机进行通讯的能力。
画出仪器的硬件框图，并说明每部分的参数及其选择原则。
（1）根据设计要求，放大器的放大倍数至少应为多少？（2） A/D 转换器至少应选择多少位的？（3） A/D 转换器的速率至少为多少？（4）根据设计要求，如果选用 LED 显示器，至少应用几位 LED 显示？（5）测试系统与外界的通讯如选用串行通信，你准备选择哪种总线？它的最远传输距离是多少？（6）如果系统用 89C51 单片机做控制器，用字符式 LCD 显示模块做显示器，请画出图 2 中单片机与显示模块的三根控制线 RS 、 R/W 和 E 的接口电路。
这三根控制信号的时序图如图 1 ，它们的功能为：RS ：寄存器选择输入线。
当其为低电平时，选通指令寄存器；高电平时选通数据寄存器。
R/W ：读/ 写信号输入线。
低电平为写入，高电平为读出。
E ：使能信号输入线。
读状态下，高电平有效；写状态下，下降沿有效。
图 1答案：一、否、是、否、否、否、否、是、否、否、否二、B 、 B 、 B 、 C 、 D 、 B 、 A 、 D 、 C、 B 三、1．2.4mv2. 53. 1.6mv，9，0.36mv；4. 245．3.888KHz，20.4KHz；6. 207. 0.98四、传感器技术：信号检测是通过传感器实现的，为适应智能仪器发展的需要，各种新型传感器不断涌现。
A/D 等新器件的发展显著增强了仪器的功能与测量范围。
DSP 的广泛应用：由于 DSP 芯片是通过硬件来完成上述乘法和加法运算，因此，采用DSP 芯片可大大简化具有此类数字信号处理功能的智能仪器的结构并提高其相应的性能，极大地增强了智能仪器的信号处理能力。
ASIC 、FPGA ／CPLD 技术在智能仪器中的广泛使用：使仪器的可靠性、成本、速度等方面有提高。
LabVlEW 等图形化软件技术。
网络与通信技术：智能仪器要上网，完成数据传输、远程控制与故障诊断等；构建网络化测试系统，将分散的各种不同测试设备挂接在网络上，通过网络实现资源、信息共享，协调工作，共同完成大型复杂系统的测试任务。
2．从整体到局部（自顶向下）的设计原则：这种设计原则的含义是，把复杂的、难处理的问题分为若干个较简单、容易处理的问题，然后在一个个地加以解决。
较高的性能价格比原则：在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单的方案，因为方案简单意味着元器件少，开发、调试、方便，可靠性高。
组合化与开放式设计原则：开放系统是指向未来的 VLSI 开放，在技术上兼顾今天和明天，既从当前实际可能出发，又留下容纳未来新技术机会的余地；向系统的不同配套档次开放，为发挥各方面厂商的积极性创造条件；向用户不断变化的特殊要求开放，在服务上兼顾通用的基本设计和用户的专用要求等等。
即插即用技术包含 2 个技术层面，既热插拔和自动识别配置。
热插拔的关键技术在于电路接插件插、拔期间强电流的处理。
USB 在电缆以及接插件的设计上充分考虑了这一点，使得这个瞬时的强电流被安全地吸收，从而使 USB 设备实现了热插拔。
系统设备的自动识别是通过在 USB 主机或 Hub 的下行端口信号线上接有下拉电阻和在设备端的信号线上连接上拉电阻来实现的。