第8章智能仪器相关设计实例相关设计实例
智能仪器中无线通讯单元的设计
毕业设计（论文）
智能仪器中无线通信单元的设计
学院（系） Biblioteka 专业班级： 学生姓名： 指导老师：
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目录
摘要....................................................................................................................................................................... I abstract ................................................................................................................................................................. II 1 绪论...................................................................................................................................................................1 1.1 设计背景........................................................................................................................................................1 1.2
电子秤的设计
简单，成本随着自动化测量技术的不断发展，传统的称重系统在功能、精度、智能化、性价比等方面越来越难以满足人们的需要，尤其对一些微小质量的测量更显得力不从心。为了实现高智能化的微小质量测量，以及商业流通领域中经常进行各种精度范围的重量测量，传统的秤砣加秤盘模式已经很难适应现代商业零售的需要。同时商品种类的繁多和对服务更高的要求也促使电子秤的功能进一步扩展，而成为集度量、结算于一体的商业销售终端。
当商品放到秤盘上时，秤盘下的重量变化产生一电信号，信号的强弱随商品重量的大小而变，该电信号经放大电路放大后，送入A/D转换芯片进行模数转换，转换后的数字量与物重成正比，再进入AT89S52单片机经过数据处理，AT89S52单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出实际重量。另一方面，商品单价通过键盘扫描电路送入AT89S52单片机，经过数据处理，送至显示电路显示出商品单价。物重与单价经过运算产生总价，也在显示电路上同时显示出来。
方案二在前一种方案的基础上进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外界对单片机内部的数据设定，使电子称实现称重计价的功能。
结构简图如下：
图2-2带有键盘输入的结构简图
此方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能，在显示时只能显示单价、购物总额等。在显示重量时，如果数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案需要较多的数码管接入电路中。这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多的I/O接口供数码管使用，比较麻烦。
Keywords
Intelligence electronic weighing;MCU;A/D converter;weighingsensor
绪论
随着科学技术和经济的发展，出售商品品种的增加，需要称量物品的设备也需要更新换代，人们对称重装置的要求也越，电子称重装置推广，从而进入到传感器，电子学和微处理机领域、使得称重装置变成为电子仪器。它的特点是：精确、智能、方便、明了、可靠，克服了传统的杆秤、盘秤不精确、速度慢、不能计价、易作弊等缺点，在商业领域应用越来越多。
19280智能仪器原理及应用
课程名称：智能仪器原理及应用课程代码： 09280第一部分课程性质与特点一、课程性质与特点1．课程性质《智能仪器》是高等教育自学考试电子工程本科专业必修的专业基础课程之一。
智能仪器在通信、家电、自动控制、仪器仪表中得到了广泛的应用。
通过本课程的学习，使学生掌握利用微处理器系统使电子仪器实现智能化的具体方法，包括硬件和软件两个方面。
2．课程特点智能仪器课程侧重讨论智能仪器实际设计过程中所涉及的具体方法与技巧。
旨在使学生运用所学的微型计算机和电子技术等方面的基础知识，解决现代电子仪器开发过程中的实际问题，逐步具备能够设计以微型计算机为核心的电子系统的能力。
本课程中既有硬件的原理和组成，又有针对硬件的软件编程，软件与硬件必须同时兼顾。
因此本课程具有实用性强、理论和实践结合、软硬件结合等特点二、课程目标与基本要求1．课程目标使学生运用所学的微型计算机和电子技术等方面的基础知识，解决现代电子仪器开发过程中的实际问题，逐步具备能够设计以微型计算机为核心的电子系统的能力。
2．基本要求掌握智能仪器的结构、设计要点，模拟量输入输出通道，人机接口，通信接口，以及典型处理功能，掌握电压测量为主的智能仪器、智能电子计数器和数字存储示波器的工作原理和结构组成，还要掌握个人仪器和虚拟仪器的基本概念、组成原理和设计方法，了解VXI和LabVIEW仪器系统的组成原理。
三、与本专业其他课程的联系1．学习本课程主要涉及模拟电子技术、数字电子技术以及微机原理课程中有关接口和汇编程序、微机控制方法等方面的有关知识。
因此，应当尽可能地在先修《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《微机原理》和《微机接口技术》，《单片机原理与应用》等课程或者学过“电路基础”、“数字电路”、“单片机原理与应用”等课程的基础上进行自学.2．本课程将为有关智能仪器系统设计方面的课题打下必要的基础。
第二部分考核内容与考核目标第一章导论一、学习目的与要求通过本章学习，学生应重点掌握智能仪器的组成及特点、智能仪器及测试系统的发展以及智能仪器设计的要点。
精品文档-智能化仪器原理及应用(第二版)(曹建平)-第1章
第1章 导 论
以上只是智能仪器的基本组成和简单工作过程， 至于 智能仪器各组成部分的软、 硬件结构及仪器的典型处理功 能， 将在以后的各章节中详细阐述。
第1章 导 论
1.1.3 单片机的出现与应用， 对科学技术的各个领域都产生
第1章 导 论
1.1.1 智能仪器的发展概况 智能仪器是一类新型的、 内部装有微处理器或单片机
的微机化电子仪器， 它是由传统的电子仪器发展而来的， 但在结构和内涵上已经发生了本质的变化。
回顾电子仪器的发展历程， 我们可以发现， 从仪器 使用的器件来看它大致经历了三个阶段， 即真空管时代、 晶体管时代和集成电路时代。 若从仪器的工作原理来看， 它又可以分为以下几个阶段：
第1章 导 论
第一代——模拟式电子仪器（又称指针式仪器）。 这 一代仪器应用和处理的信号均为模拟量。 如指针式电压表、 电流表、 功率表及一些通用的测试仪器， 均为典型的模 拟式仪器。 这一代仪器的特点是： 体积大、 功能简单、 精度低、 响应速度慢。
第1章 导 论
第二代——数字式电子仪器， 如数字电压表、 数字 式测温仪、 数字频率计等。 它们的基本工作原理是将待 测的模拟信号转换成数字信号并进行测量， 测量结果以数 字形式输出显示。 数字式电子仪器与第一代模拟式电子仪 器相比， 具有精度高， 速度快， 读数清晰、 直观的特 点。 其结果既能以数字形式输出显示， 还可以通过打印 机打印输出。 此外， 由于数字信号便于远距离传输， 因 此数字式电子仪器适用于的智能仪器主要是采用单片机作为核心 控制部件的智能化电子仪器。 单片机被引入传统的电子仪 器以后， 大大加快了仪器仪表智能化的进程。 此外， 与 多芯片组成的微型计算机相比， 单片机具有体积更小、 功耗更低、 功能更强大、 价格也较便宜的优点。 用单片 机开发的各类智能化产品， 其开发周期短、 成本低， 在 仪器仪表微机化设计中， 有着一般微型计算机无法比拟的 优势。 本书重点介绍由当前流行的高档8位单片机MCS-51 组成的智能仪器的组成原理、 智能化处理功能、 故障诊 断与抗干扰技术、 典型电路及其应用等。
智能仪表设计
内蒙古科技大学智能仪表综合训练设计说明书题目：带有实时曲线的温湿度监测系统学生姓名：xx学号：xx专业：测控技术与仪器班级：xx指导教师：xx由于生产及生活的需要，经常需要对环境中的温湿度进行监测及显示。
液晶是现代电子产品中使用越来越多的一种显示器件，液晶不但用来显示各种文字,还可以动态的显示各种图案及画面。
本设计是一个基于单片机STC89C52的温湿度检测及显示装置。
该装置由温湿度检测模块、液晶显示模块、键盘输入模块及声光报警模块四部分组成，本设计检测模块采用技术成熟的DHT11作为测量温湿度的传感器；控制系统芯片采用功能强大、价位低廉的AT89C52单片机；显示系统采用大屏幕的QC12864B液晶显示屏。
整个电路采用模块化设计，由主程序、DHT11温湿度转换的驱动程序、显示子程序等模块组成。
DHT11温湿度传感器数字信号经单片机综合分析处理，实现温湿度显示以及曲线绘图各种功能。
由本设计课题做成的温湿度检测系统结构简单、价格便宜、量程宽，具有较高的可靠性、安全性及实用性。
关键字：温湿度；STC89C51单片机；12864；DHT11第一章绪论1.1 研究背景随着计算机技术的发展,基于微处理器的智能仪表已成为仪表的主体。
越来越多的智能仪表采用图形点阵液晶模块,液晶显示模块提供了丰富灵活的显示内容 ,更符合人性化的特点。
智能仪表的功能是否强大、用户操作性是否方便 ,都必须通过界面友好的外观和可操作性来体现。
可见,人机界面是智能仪表开发中的主要环节,在开发的工作量中占了很大的比例。
目前已有很多文献对液晶显示技术、图形用户界面设计作了研究。
1.2 液晶概述某些固体物质在一定条件下会呈现液态晶体状态,这种状态既不同于各向同性的液体,也不同于在三维空间分子完全规则排列的固体晶体,但又具有液体的流动性、连续性和分子排列的有序性。
这种处于液体和晶体之间过渡相态的物质称为液晶。
液晶分为热致液晶和溶致液晶。
前者是物质在某一温度范围内呈现液晶状态,后者是物质溶于水或有机溶剂而形成的。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基本系统设计原理与要求
第2章 智能仪器基本系统的设计
EPROM
EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程 ROM）芯片可重复擦除和写入，解决了PROM芯片只能 写入一次的弊端。EPROM芯片有一个很明显的特征，在 其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口， 可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯 片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到 EPROM擦除器。EPROM内资料的写入要用专用的编程 器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压 （VPP=12—24V，随不同的芯片型号而定）。
自动测试技术自动测试技术智 智能仪器基本系统的设计
EEPROM
EEPROM（电可擦写可编程只读存储器）是可用户更 改的只读存储器（ROM），其可通过高于普通电压的 作用来擦除和重编程（重写）。不像EPROM芯片， EEPROM不需从计算机中取出即可修改。在一个 EEPROM中，当计算机在使用的时候是可频繁地重编 程的。EEPROM的一种特殊形式是闪存，其应用通常 是个人电脑中的电压来擦写和重编程。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基 本系统的设计原理和要求
第2章 智能仪器基本系统的设计 EPROM的型号是以27开头的，包括低功耗的 COMS 器件 27Cxxx，如：27C32、27C64、27C128、27C512 。 如27C020(8*256K)是一片2M Bits容量的EPROM芯片。 EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布 把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。 EPROM芯片在空白状态时（用紫外光线擦除后），内部 的每一个存储单元的数据都为1（高电平）。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基 本系统的设计原理和要求
《智能仪器设计》课堂及实践教学探讨
部分 ， 除介绍常规 的Ｒ ２２４ ２ ８ 、Ｐ Ｉ 通信 接 口外 ， Ｓ ３／２／ ５ Ｇ —Ｂ ４ 还介绍 Ｕ Ｂ Ｓ 通用 串行 总线 、 以太 网接 口技术 、 现场总线 （ Ａ 、 Ａ Ｔ Ｐｏ — ｕ等 ）蓝牙接 口技术等 内容 ， 用 Ｃ Ｎ Ｈ Ｒ 、ｒｆ ｂ ｓ 、 ｉ 利
得了较好的效果 。 课堂教学 内容体 系及教学方法改革 课堂教学 内容 与先修课程微 机原理 、单 片机与嵌
一
、
入式 系统相衔 接 ， 主要讲 授 ： 据采集 技术 、 数 模拟 量与 控制信 号输 出技术 、 机接 口技 术 、 信接 口技术 、 人 通 数 字滤波方法 、误差 校正和量程 自动切换等数 据处理算 法、 智能仪器 的软件结构及 程序设计 方法 、 仪器 自检与 抗 干扰技术及其他 常用 的提高仪器仪 表可靠性 的硬软 件设计方法等 。 １ ． 以应用 为主线 结合大作业组 织教学内容。 学过 教 程 中， 为强调仪器 仪表的整体概念 ， 以大作业形 式给 出 若 干仪表设计 的实 际案例 ， 结合课 堂教学 的不 同阶段 。 分模块设 计完成 。大作业包 括 ： 自动供 水系统设计 、 多
新技术及其发展动 向。包括现代 传感技术 、 新型元器件 及智能芯 片 、 可编程器件 、 网络及通信技术等 。如通信
实的基础 。为不 断提高课程 的教学质量 ， 我们在教学研 究与实践 中 ， 断总结经验 ， 不 在课 堂教学 、 验 、 实 课程设 计及 成绩考 核等具 体环节 中采 取 了一些有 效措施 ， 取
一
２ 化 仪器仪 表智 能化及相关新技术的教学 内容 。 强 课 堂教 学 中， 除介绍智 能仪器可 以 自动选择量 程 、 自动 存储测 量结果 、 显示， 印 、 打 自校准 、 自诊断等初级智 能 外 ，加强 了具有 更高层 次智 能水平仪 器方 面的知识 ， 如： 分析 、 判断 、 推理 、 习等在智能仪器 中的实现 。同 学 时， 将模 糊数学 、 经 网络 、 神 专家 系统等方 面 的知识 引 入到智能仪器设计 。结合火电厂的一些控制设备 ， 介绍 智能控制方 面知识的应用 ， ： 如 模糊控制 、 专家控制 、 自 适应控 制等。智能仪器 的发展与现代科学技 术密切相 关 ，因此教学 中也应关 注与仪 器仪表有关 的新理论 和
智能仪器仪表课程设计
智能仪器仪表课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解智能仪器仪表的基本原理，掌握其功能、分类及在工程领域的应用。
2. 学会分析智能仪器仪表的电路结构，了解其主要部件的工作原理及相互关系。
3. 掌握智能仪器仪表使用及维护的基本方法，具备解决实际问题的能力。
技能目标：1. 能够运用所学知识，对智能仪器仪表进行简单的操作与调试。
2. 能够分析并解决智能仪器仪表使用过程中出现的常见故障。
3. 培养学生的动手实践能力，提高团队协作和沟通能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对智能仪器仪表的兴趣，激发他们探索科学技术的热情。
2. 增强学生的责任感，使其认识到智能仪器仪表在工程领域的重要作用。
3. 培养学生严谨、务实的科学态度，提高他们的创新意识和创新能力。
本课程针对高年级学生，结合学科特点和教学要求，旨在使学生掌握智能仪器仪表的基本知识，提高实践操作能力，培养他们的创新精神和团队协作能力。
课程目标具体、可衡量，便于教师进行教学设计和评估。
通过本课程的学习，学生将能够更好地适应未来工程领域的发展需求。
二、教学内容1. 智能仪器仪表概述- 了解智能仪器仪表的发展历程、功能特点及分类。
- 掌握智能仪器仪表在工程领域的应用。
2. 智能仪器仪表的原理与结构- 学习传感器、执行器、微处理器等主要部件的工作原理。
- 分析典型智能仪器仪表的电路结构及其相互关系。
3. 智能仪器仪表的使用与维护- 掌握智能仪器仪表的安装、调试、操作方法。
- 学会智能仪器仪表的日常维护及故障排除。
4. 智能仪器仪表实践操作- 设计并实施简单的智能仪器仪表操作实验。
- 分析实验结果，解决实际问题。
5. 智能仪器仪表案例分析- 研究典型智能仪器仪表在实际工程中的应用案例。
- 分析案例中智能仪器仪表的作用和价值。
教学内容依据课程目标进行选择和组织，确保科学性和系统性。
教学大纲明确教学内容安排和进度，与教材章节相对应。
通过本章节的学习，学生将全面了解智能仪器仪表的相关知识，为实际应用打下坚实基础。
智能仪器课程设计6
智能仪器课程设计6一、教学目标本章节的教学目标旨在帮助学生掌握智能仪器的基本原理、结构组成及其应用。
通过本章节的学习，学生应能理解并描述智能仪器的各个组成部分，了解其工作原理，并能够运用所学知识解决实际问题。
具体目标如下：1.了解智能仪器的基本概念及其发展历程。
2.掌握智能仪器的结构组成，包括传感器、微处理器、显示器、执行器等。
3.理解智能仪器的工作原理和应用领域。
4.能够分析智能仪器的各个组成部分的功能和相互关系。
5.能够运用所学知识对智能仪器进行简单的故障排查和维修。
6.能够设计简单的智能仪器控制系统。
情感态度价值观目标：1.培养学生对智能仪器技术的兴趣和好奇心，提高学生对新兴科技的关注度。
2.培养学生珍惜科技成就，树立科技创新的意识。
3.培养学生团队协作精神，提高学生解决实际问题的能力。
二、教学内容本章节的教学内容主要包括智能仪器的基本概念、结构组成、工作原理及其应用。
具体内容包括：1.智能仪器的基本概念：介绍智能仪器的定义、特点及其在现代工业中的应用。
2.智能仪器的结构组成：详细讲解传感器、微处理器、显示器、执行器等各个组成部分的功能和作用。
3.智能仪器的工作原理：阐述智能仪器各组成部分之间的工作原理和相互关系。
4.智能仪器的应用领域：介绍智能仪器在工业、农业、医疗等领域的具体应用案例。
三、教学方法为了提高教学效果，本章节将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
具体方法如下：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生了解智能仪器的基本概念、结构组成、工作原理及其应用。
2.案例分析法：通过分析具体案例，使学生更好地理解智能仪器的实际应用。
3.实验法：安排实验室实践活动，使学生亲自动手操作，加深对智能仪器原理的理解。
4.讨论法：学生分组讨论，培养学生的团队协作能力和解决问题的能力。
四、教学资源为了支持本章节的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的理论知识。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。
智能仪器仪表 .ppt
60 61 63 34 36 39 45 40
VCC 9
VSS 42 VSS 10
96系列单片机引脚图及功能特点 ACH0 /P0.0
ACH1 /P0.1 ACH2 /P0.2 ACH3 /P0.3 ACH4 /P0.4 ACH5 /P0.5 ACH6 /P0.6 ACH7 /P0.7
（详细）
一、国外智能化仪器、仪表发展
1．5高．度按智国能际化上制,多定功的能串和行综总合线应的用规的约智,能将仪由器两日三台 益普或遍几十。台智能仪器组成一个类似自动测试系统的 2. 复使杂用智的能微化处仪理器器。容量从 8位增加到 1 6位 ,有的 还达6．到国3 外2位智能,不化仅仪功器能有多的,而具且有测专试家速系度统和和精推确断性、 均有分大析幅、决度提策高、。优化控制功能。 3．7智．能国仪外器智、能仪仪器表拥的有改通进和信功更能新换,能代遥频控繁诊,一断种信仪 息。器的生命力长则 3～ 5年 ,短则不足 1年。 4．8单．片智微能机化采仪用器在专用国Ｉ外Ｃ发展,使的仪另器一智特能点程就度是越个来人 越高仪。器的出现。
（8086/286/386/486/586/P/PⅡ/PⅢ/P4）
1.3.1 Intel系列单片机及其发展过程简介
1976年Intel发布了8位单片机MCS-48系列。 如1同98生0产年微发型布计了算高机档的8位微单处片理机器M一C样S-，51系列。 I先n1t锋e9l。8公3司年在推单出片了机16的位研单究片和机制M造CS方-9面6也系堪列称。
年向以。2通0过%大的量速的资度料增调长查分,而析微结处果表理明器,和我国微智
型能计化算仪机器在、仪仪器表目中前的开应发用研则制以的每侧年重点3 是5%工的业 速在度线递过增程。控制仪表 ,这也是国内智能化仪器竞
第8章 智能仪器与虚拟仪器
8.2 智能仪器简介
模型化仪器是在初级智能仪器基础上又应用了建模技术和方法,它是以 建模的数学方法及系统辨识技术作为支持的。这类仪器可以对被测对象状 态或行为做出估计,可以建立对环境、干扰、仪器参数变化做出自适应反应 的数学建模,并对测量误差(静态活动态误差)进行补偿。模式识别可以作为 状态估计的方法而得到应用。这类仪器应具有一定的自适应、自学习能力。 目前这类仪器的技术与方法、工程实现问题正在研究。
第8章 智能仪器与 虚拟仪器
目录
8.1 概述 8.2 智能仪器简介 8.3 虚拟仪器与软件
8.1 概述
仪器仪表的发展可以简单地划分为三代。第一代为指针式(或模拟式)仪 器仪表,如指针式万用表、功率表等,它们的结构是电磁式的,基于电磁测量原 理采用指针来实现最终的测量结果指示。第二代为数字式仪器仪表,如数字电 压表、数字功率计、数字频率计等,它们的基本结构离不开A-D转换环节,并以 数字方式指示或打印测量结果。第二代仪器响应速度较快,测量准确度较高。 第三代就是本书要讨论的智能式仪器仪表(简称为智能仪器)。
图8-2 微机内嵌式智能仪器的基本结构
8.2 智能仪器简介
由图8-2可知,微机内嵌式智能仪器由单片机或DSP等CPU为核心,扩展必 要的RAM、EPROM、I/O接口,构成“最小系统”,它通过总线及接口电路与输 入通道、输出通道、仪器面板及仪器内存相连。EPROM及RAM组成的仪器内存 可保存仪器所用的监控程序、应用程序及数据。中断申请可使仪器能够灵活 反应外部事件。仪器的输入信号要经过输入通道(预处理部分)才可以进入微 机。输入通道包括输入放大器、抗混叠滤波器、多路转换器、采样/保持器、 低通滤波器等部分。仪器的数字输出可与LCD等显示器相接,也可与打字机相 接,获得测量信息。外部接通信接口负责本仪器与外系统的联系。
测速仪
第一节 智能仪器的设计实例（一）—智能测速仪转速测量问题实质上是转速传感器输出脉冲信号的频率测量问题，因此，在分析测速仪之前，先介绍测频方法。
一、常用的数字化测频方法智能仪器中常用的数字化测频方法主要有两种：测频法和测周法。
1、测频法（1）原理测频法是按照频率的定义（即f ＝N ／t ）对信号的频率进行测量的一种方法，其原理如图1所示。
图中，在与门的两个输入端分别输入被测信号以及持续时间为t 的高电平信号。
这样，只有在时间间隔t 内，被测的脉冲信号才能通过与门。
如果在这段时间内，计数器的计数值为N ，则被测信号的频率可表达为f ＝N ／t 。
图1 测频法测量信号频率的原理图（2）误差分析由f ＝N ／t 可得f t t f N N f f f /])/()/[(/∆∂∂+∆∂∂=∆由于 2//,/1/,//1t N t f t N f N t f -=∂∂=∂∂=所以 t t N N f f ///∆-∆=∆考虑到极限情况，测频法相对误差的最大值为)//()/(m a x t t N N f f ∆+∆±=∆式中，f f /∆为测量频率时的相对误差；N N /∆为计数值的相对误差；t t /∆为与门开启时间的相对误差。
下面首先分析N N /∆。
在测量过程中，与门开启时刻与计数脉冲之间的时间关系是不相关的，即它们在时间轴上的相对位置是随机的。
在图2中，第一次与门的开闭时刻和被测计数脉冲随机配合的结果使计数器读数为N ；第二次与门的开闭时刻和被测计数脉冲配合与第一次不同，结果使计数器为N +1。
即两次读数相差一个脉冲。
图2 两次计数器读数相差一个脉冲 图3 测频法测量频率时的±1误差当与门开闭时间t 与被测脉冲周期的整数倍相接近或相等时，测频法测量频率的最大可能误差为±1，如图3所示。
此误差常被称为“±1个字误差”或 “±1误差”。
±1误差对测量的影响为)/(1/tf N N ±=∆。
《智能仪器》(第二版 程德福 林君)课后习题参考答案
智能仪器考试题型：名词解释、简答、简述、综合没有给重点，但是老师说考题都是由课后习题凝练出来的，所以我将大部分课后习题答案整理出来，仅供参考。
难免有错误，望大家谅解并指出。
课后习题参考第一章1-1 你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。
选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。
解：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。
1-2 结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。
解：P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）仪器。
由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。
P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。
聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。
特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。
初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。
模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。
高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。
有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。
1-3 仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5解：（1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分。
智能仪器采集系统课程设计
智能仪器采集系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解智能仪器采集系统的基本原理与构成，掌握数据采集、处理与分析的基本方法。
2. 使学生掌握智能仪器采集系统中传感器的工作原理及应用，了解不同类型传感器的特点。
3. 让学生了解数据传输与通信的基本原理，熟悉相关协议和标准。
技能目标：1. 培养学生运用智能仪器采集系统进行数据采集、处理与分析的能力。
2. 培养学生设计简单的智能仪器采集系统方案，具备初步的系统集成与调试能力。
3. 培养学生利用所学知识解决实际问题的能力，提高创新意识和团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对智能仪器采集系统的兴趣，培养其探究精神和动手实践能力。
2. 培养学生严谨的科学态度和良好的学习习惯，提高自我管理和团队合作能力。
3. 增强学生的环保意识和社会责任感，使其认识到智能仪器采集系统在环保、医疗等领域的应用价值。
课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，结合理论教学与实验操作，注重培养学生的动手能力和创新能力。
学生特点：学生具备一定的电子技术基础和编程能力，对新技术和新设备充满好奇，喜欢动手实践。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，以项目为导向，培养学生的实际操作能力和团队协作能力。
通过课程学习，使学生能够达到上述具体的学习成果。
二、教学内容1. 智能仪器采集系统概述- 介绍智能仪器采集系统的基本概念、发展历程和广泛应用。
- 分析系统组成、工作原理及其在现实生活中的应用案例。
2. 传感器及其应用- 讲解常见传感器的类型、工作原理及性能参数。
- 分析不同传感器在智能仪器采集系统中的应用场景。
3. 数据采集与处理- 介绍数据采集的基本方法、信号处理技术及数据传输协议。
- 通过实例分析，让学生了解数据采集与处理在智能仪器采集系统中的重要性。
4. 数据通信与网络技术- 讲解数据通信的基本原理、网络协议和标准。
- 分析无线通信技术在智能仪器采集系统中的应用。
大学生智能仪器课程设计
大学生智能仪器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解智能仪器的原理、结构与分类，掌握常见智能仪器的功能与应用。
2. 学生能够掌握智能仪器设计的基本流程与方法，具备分析、解决实际问题的能力。
3. 学生能够了解智能仪器在工程领域的应用现状及发展趋势。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的智能仪器系统，具备实际操作与调试的能力。
2. 学生能够运用相关软件工具，对智能仪器进行仿真与优化，提高系统性能。
3. 学生能够通过团队协作，完成具有一定难度的智能仪器项目设计，提高沟通与协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到智能仪器在现代科技领域的重要性，激发对相关领域的学习兴趣。
2. 学生能够树立创新意识，勇于尝试新方法，培养解决复杂问题的自信心。
3. 学生能够遵循工程伦理，关注智能仪器在生活中的应用，具备社会责任感。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在培养学生的动手能力、创新意识和团队合作精神。
学生特点：大学生具备一定的理论基础，具有较强的学习能力和探索精神，对实际操作和项目设计有较高的兴趣。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程和实际工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 智能仪器原理与结构- 智能仪器的定义、特点与分类- 智能仪器的核心部件及功能- 智能仪器的工作原理与性能指标2. 常见智能仪器及其应用- 数据采集与处理仪器的应用- 控制器与执行器的工作原理及选型- 网络化智能仪器的发展与现状3. 智能仪器设计方法与流程- 系统需求分析- 硬件设计原理与电路图绘制- 软件设计方法与编程实践4. 智能仪器仿真与优化- 常用仿真软件的使用方法- 智能仪器性能指标仿真分析- 系统优化方法与策略5. 智能仪器项目实践- 项目设计与实施流程- 团队协作与沟通技巧- 项目成果展示与评价教学内容安排与进度：1. 第1-2周：智能仪器原理与结构2. 第3-4周：常见智能仪器及其应用3. 第5-6周：智能仪器设计方法与流程4. 第7-8周：智能仪器仿真与优化5. 第9-12周：智能仪器项目实践教材章节关联：1. 第1章：智能仪器概述2. 第2章：智能仪器硬件设计3. 第3章：智能仪器软件设计4. 第4章：智能仪器系统仿真与优化5. 第5章：智能仪器项目实践与案例分析三、教学方法本课程将采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：- 对于智能仪器的原理、结构与分类等基础理论知识，采用讲授法进行教学，使学生在短时间内掌握基本概念和原理。
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5．TMS320系列DSP中，有哪些芯片适合智能仪器，
概括其主要性能特点。 6．简述《仪器设计任务书》的主要内容、主要作用 和编写注意事项。 7．智能仪器设计时如何考虑硬件和软件之间的关系。 8．简述微处理器内嵌式智能仪器硬件设计时应注意 哪几方面的问题。 9．简述智能仪器软件调试、综合调试、整机性能测 试的一般方法。 10．画出相关处理的快速算法流程。概述相关检测 的主要应用。 11．自选仪器设计题目，能较充分体现你的设计能 力、综合所学知识、展示创新性构想，提出设计方
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
思考题与习题
1．简述智能仪器设计的基本要求。 2．智能仪器设计时一般应遵循的基本 原则。怎样理解“组合化与开放式设 计思想”。 3． 智能仪器中微机系统有哪几种构 成方式，分别适用于哪些场合？ 4． 总结目前市场流行的单片机型号、 特点。
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
设固体标本的质量为M、体积为V，测量密
度为σ，有：σ=M/V V M0 P1 P2
固体标本在空气中的重量为：P1=Mg 0 0•g
在水中的重量为：P2=（M--M0）g，
则浸没在水中前后的重量差为：P1--P2M=M0g，
V
其中g表示重力加速度，M0表示与固体标本同 体积的水的质量。根据阿基米德浮力定律，
计实例
二、硬件电路设计
密度仪组成框图
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
1、传感器设计
应变片压阻电桥
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
固体密度测量系统中传感器由四片性能完全相同的压阻式应变 片组成，通过压阻效应实现重力到电阻的转换，再由电桥将 电应变阻片的R变2、化R转4是换受为拉电电压阻。。其中，应变片R1、R3是受压电阻，
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
四、测试结果
1．主要技术指标 • 测量密度范围：1—7.5g/cm3； • 均方误差<0.01； • 测量体积范围：（50—300）cm3； • 体积分辨率：0.1cm3； • 测量重量范围：<500g。
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
测试数据（g/cm3）
(4).通信模块
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
4．软件设计
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
数 据 处 理 软 件 流 程
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
B通道的信号波形
A通道的信号波形
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
B通道信号滤波前的功率谱
B通道信号滤波后的功率谱
2．信号放大电路
由于传感器输出信号较弱，为了进行有效放 大，提高抗干扰能力，信号放大电路中采用 了仪用放大器AD620。
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
3．数字信号处理电路
数字信号处理电路由AT89C51单片机及外围电 路组成
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
三、软件设计
软件主要包括上 电自检、逻辑判 断初始化、数据 存储、测试计算、 出错处理五大模 块。
f 1.84V f1.8 4150H0z30H 00 z
2a 23.1 40.15
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
漏水声音信号与传感器
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
3.相关测漏仪硬件设计
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
（1）.24位A/D CS5360与DSP的接口
第八章 智能仪器设计实例
第一节 智能仪器的设计原则及研制 第二节 固体密度测试仪的研制 第三节 基于DSP处理器的地下管道
漏水检测仪设计
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
实例1： 固体密度测试仪的研制
三种固体密度测试法 :有天平法、机械 法、电子自动法。
➢测量原理 ➢硬件电路设计 ➢软件设计 ➢测试结果分析
模数转换输出时序图
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
模数转换器与DSP连接原理图
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
(2).程序存储空间
DSP与FLASH的连接框图 第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
(3).数据空间的扩展
DSP与SRAM的连接图 第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
不规则固体的体积为：
V
M0
P1 P2
0 0 •g
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
则不规则固体的密度为：
P/g 1
P 1
(PP)/( •g) 0 PP
1
2
0
1
2
式 中 σ0 为 水 的 密 度 ， 因 为 σ0=1g/cm3 ， 于 是 所测固体的密度为：
P1
P1 P2
可见，只要分别求出不规则固体在空气中的重 量P1和该固体在水中的重量P2，根据上式即可得 到被测固体的密度值。 第8章智能仪器相关设计实例相关设
• 2.689 • 2.690 • 2.689 • 2.689 • 2.691 • 2.678 • 2.688 • 2.686 • 2.687 • 2.688
平均值（g/cm3） 2.687
均方差（g/cm3） 0.0035
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
实例2：基于DSP的地下管道漏 水检测仪设计
相关检测漏水原理 第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
一、TMS320VC5402性能特点及 应用开发
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
二、地下管道漏水检测仪设计
1.设计原理
L O A( t V 0L A)B /2
L O B(L AB t V 0)2
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
第8章智能仪器相关设计实 电子自动法是一种基于阿基米德浮力定 律实现对固体的密度测试的方法。
• 物理学中密度的定义为物体单位体积的 质量数。
• 在测量密度时，首先测量固体标本在空 气中的重量，再将固体标本浸没在装有 水的容器中，测量固体受水浮力后的重 量，根据阿基米德浮力定律可求出固体 的体积，计算密度值。
若 R1 =R3 =R2 =R4=R；ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR 则 U01 = EΔR/R = KP 式中：K—重力到电压的转换系数； P—电阻传感器所受到的重力； U01—传感器桥路输出电压； E—电桥电源电压。 对应0-450克的重量范围， 本传感器的输出电压0-10mv。
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例