测控系统原理及设计1_概论

本课程是测控专业的专业课，本课程 以
模拟电路、数字电路、传感器技术和微机 技术为前提，不同于先修课程，本课程主 要学习如何将各个功能模块组装起来构成 一个完整的测控系统，换言之，先修课程 是从微观上学习各模块自身的原理及构成， 而测控系统这门课程是从宏观上学习各个 模块之间的连接及影响，学习如何将各个 功能模块组合起来实现测试和控制的功能。
本课程的内容
测控系统 设计原则步骤与实例 可ຫໍສະໝຸດ Baidu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
测控技术即“测量”和“控制”的技术
测控技术与仪器即“测量技术”、“控制 技术”和实现它们的仪器。
测控技术涉及电子学、光学、精密机械、计算 机、信息与控制技术等多项技术，主要研究各种精 密测试和控制技术的新原理、新方法和新工艺。
制飞行状态的核心，航空仪表测量 的数据主要有：
（1）飞行高度和飞行速度的测量 （2）飞机状态和方向测量 （3）过载测量： （4）发动机状态参数测量： （5）加速度测量：
空中客车A380飞机驾驶舱
为了保证火箭正常飞行和航天器在轨道上正常 工作，除了火箭和航天器上载有测控设备外，还必 须在地面建立测控(包括通信)系统，地面测控系统由 分布全球各地的测控站及测量船组成。
测量：是人们对客观事物取得数量概念的一 种认识过程。测量技术是实现这一过程的方法。
控制：是人们对客观事物或过程进行驾驭、 支配的一种操纵过程。控制技术是实现这一过程 的方法。
测量和控制是测控技术的重要手段。测控 仪器属于仪器仪表范畴。
测控仪器和测控系统是检测技术的具体实 现 ，是获取信息的工具。
1.2 测控技术的发展
*家庭： 全自动照相机、洗衣机、电饭煲 *建筑： 自动门禁、自动监控系统
*银行： 自动取款机ATM
*交通： 自动控制红绿灯
化工控制使用的仪表种类繁多，温度测量使用的仪表 有热电偶、热电阻等；流量测量使用的仪表有差压式流量 计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计和质量流量 计等；液位测量使用的仪表有差压液位计、浮筒液位计、 雷达液位计和超声波液位计等；还有许多与产品质量相关 的物性如浓度、酸度、湿度、密度、浊度、热值以及各种 混合气体组分等测量仪表。
1）工业自动化仪表和控制系统 2）科学仪器 3）医疗仪器 4）电子与电工测量仪器 5）各类专用仪器仪表 6）传感器及仪器仪表元器件材料
除了卫星测控等非常专业的领域外，日常生活 中较少听到“测控”这个名词。更多听到的是这个 设备(工艺)是“自动化的”或“自动控制的”。上 述功能的本质都是测控技术。
测控技术不仅应用于现代生产、科学研究、航 空航天，也越来越多地应用于现代生活中。
智能仪器：
随着电子技术的飞速发展，仪器仪表的功能 从测量个别参数扩展为测量整个系统的各种参数； 从使用单个仪器进行测量转变为用测量系统进行 测量；从单纯的测量显示扩展为测量、分析、处 理、计算、控制与通讯。
控制器
温湿度计
1.3 测控技术的应用领域
现代仪器仪表按其应用领域和自身技术特性 大致划分为6个大类：
传统的测量仪器仪表用以测量、观察、监视 、验证、记录各种物理量、物质成分、物性参数 等。如压力表、测长仪、显微镜等。
随着工业的发展，测量和分析、计算、控制 常常融为一体。因此，现代仪器仪表还包括计算 、分析、控制、报警、信号传递和数据处理等功 能。
测量仪器与测控系统的发展
▪ 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 ▪ 第三代是智能式仪器仪表
1.1 测控技术的核心概念
测控技术研究的是如何运用各种技术工具延 伸人的信息获取、处理、控制和操纵的功能，使 动态过程稳定准确、提高效率、降低能耗等。
测控技术的核心是信息、控制与系统，尤其 是高度复杂系统的信息获取和控制问题，具有很 大的挑战性和潜在的经济效益。
如图水箱液位自动控制系统是典型的测控系统
计算机测控系统
第1章 计算机测控系统概述
1.2 测控技术与仪器专业的定位
测控技术与仪器专业是多个仪器仪表类专业 合并而成的大专业，“测控技术与仪器”是指对 信息进行采集、测量、存贮、传输、处理和控制 的手段与设备。包含测量技术、控制技术和实现 这些技术的仪器仪表及系统。其内涵如所示。
测控技术 与仪器
早期测控系统：
1926年美国建成第一条 汽车自动生产线
1952年美国研制出第 一台数控机床
70年代
独立式智能仪器（简称称智能仪 器）
微处理器的出现和广泛应用,产生以微处理器为 核心,将计算机技术与测量仪器相结合的仪器.
功能
可根据被测参数的变化自动选 择合适的量程，进行自动校准、 自动补偿、自动判断故障、优 化控制等，具有一定的人类智 能作用。
化工厂的控制室
• 2.2.7 测控技术在航空航天业中的应用
航空指的是在地球周围稠密大气层内的航行活 动；航空飞行器有气球、飞艇、飞机等。航空仪表 相当于飞机的耳目、大脑和神经系统，用来测量、 计算飞机的飞行参数、调整飞机的运动状态，对保 障飞机飞行安全、改善飞行性能起着重要作用。
飞机驾驶舱内的仪表盘是显示和控
西安卫星 测控中心
中国于2000年10月开始发射“ 北斗”定位卫星，可提供高精度的 定位、测速和授时服务，中国计划 在2015年形成覆盖全球的卫星导航 定位系统。
1981年美国“哥伦比亚” 号航天飞机首次发射成功
2005年我国成功发射载人飞船（神舟6号）
• 2.2.10 测控技术在农业中的应用
测量技术
控制技术
测量仪器 测量系统 控制仪器 控制系统
课程名称 电路 模拟电子技术（I） 数字电子技术 微机原理与接口技术 自动控制原理 单片机原理与应用 可编程逻辑器件原理与设计 传感器原理 数字化测试技术 传感器技术课设 可编程逻辑器件课设 单片机技术课设
学分 5
3.5 3.5 3.5
4 4 3 4 4 1 1 1
农业自动化意味着农业生产的电子化、仪表化 和计算机控制化，而不仅仅是机械化（如拖拉机、 收割机、插秧机等）和电气化（小水电站、电力灌 溉等）。农业自动化主要包括耕耘、栽培、收割、 运输、排灌、作物环境的自动控制和最优管理。