智能仪器系统综合设计指导书

《智能仪器系统综合设计》指导书制造学院测控系 2014.12一．等精度频率计设计一、教学目的在工业生产中，频率是常用的测量参数。

频率计用于对外部输入信号的频率进行测量，输入信号形式包括正弦波、方波、三角波、锯齿波等。

输入信号的电平为TTL电平。

1、要求学生采用单片机实现频率参数的检测。

通过这一设计，掌握一般智能仪器的设计方法，达到课程综合训练的目的。

2、要求学生复习《传感器》、《测控电路》、《单片机》、《智能仪器》等专业课知识，训练综合所学知识解决实际问题的能力。

二、技术要求1、频率测量范围：1Hz—10MHz。

2、测量分辨率：4位（即测量1 Hz时显示1.000Hz，测量9.999MHz时显示9.999MHz）3、测量速度：>0.5次/秒，并且可设置。

4、采用5位以上数码管或LCD等显示，显示内容包括：测量的频率、单位、不同位置的小数点、当前测量状态等。

5、能通过小键盘或上位机设定测量速度等。

6、能与上位机（计算机）通讯，报告当前测量值。

7、能设置、更改系统基本参数，如分度值、测量速度、通讯速度、通讯格式等，每次开机后都采用设置好的基本参数作为当前值。

8、要求系统具有较高的可靠性，能完成开机自检、错误报告及错误恢复等功能。

三、设计报告内容和任务1、简述等精度频率测量原理，并比较其与传统测频原理的频率计的优缺点。

2、分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功能、作用。

3、分析影响系统精度的指标有哪些，要提高系统精度最重要的措施有哪些？4、分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指标。

分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。

5、根据设计选用器件，并说明选用器件的理由。

6、除设计的主要功能外，该系统是否需要其它辅助功能部件?（如电源、抗干扰措施等）如何实现？7、画出设计系统的元件原理图（用Protel、Proteus等），有条件（选做）可对该系统进行仿真（用multisim、Proteus等），检验系统否能达到设计要求。

8、分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。

9、画出各软件模块流程图并编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。

有条件可对软件进行仿真，检查执行情况。

10、画出设计系统的电路布线图（用Protel等）（选做）。

11、提交设计报告书。

要求打印，并列出参考文献。

设计说明书要求3000~5000字，必须独立完成；参考文献至少3~6篇（除参考书外）。

四、成绩评定及标准1、出勤情况、工作态度等综合表现成绩占20%；（由小组评定）2、资料收集、方案确定、软、硬件设计及绘图成绩占40%；（由小组评定）3、设计报告书占40%；4、总成绩评定按优（100~90分）；良（89~80）；中（79~70）；及格（69~60）；不及格（59以下）。

二．电容电感测试仪设计一、教学目的电容及电感是常用的电量参数。

电容电感测试仪可对常见电容、电感值进行测量，测量数据可上传到上位机进行统计。

1、要求学生采用单片机实现电容及电感参数的检测。

通过这一设计，掌握一般智能仪器的设计方法，达到课程综合训练的目的。

2、要求学生复习《传感器》、《测控电路》、《单片机》、《智能仪器》等专业课知识，训练综合所学知识解决实际问题的能力。

二、技术要求1、采用LC振荡法测量电容、电感值。

2、电感测量范围：0.1μH ~ 2H；分辨率：0.1μH；精度5%。

3、电容测量范围：10pF ~ 10μF；分辨率：10pF；精度5%。

4、测量速度：>1次/秒5、采用7位以上数码管或LCD等显示，显示内容包括：测量的内容（L、C）、数值、单位、不同位置的小数点、当前测量状态等。

6、能通过小键盘或上位机完成测量类型选择（L、C）、分度值设定、标定等工作。

7、能与上位机通讯，报告当前测量值。

能设置、更改系统基本参数，如分度值、通讯速度、通讯格式等，每次开机后都采用设置好的基本参数作为当前值。

8、要求系统具有较高的可靠性，能完成开机自检、错误报告及错误恢复等功能。

三、设计报告内容和任务1、简述电容电感测试仪的测量原理，并与其它测量方法做比较。

2、分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功能、作用。

3、分析影响系统精度的指标有哪些，要提高系统精度最重要的措施有哪些？4、分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指标。

分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。

5、根据设计选用器件，并说明选用该器件的理由。

6、除设计的主要功能外，该系统是否需要其它辅助功能部件?（如电源、抗干扰措施等）如何实现？7、画出设计系统的元件原理图（用Protel、Proteus等），有条件（选做）可对该系统进行仿真（用multisim、Proteus等），检验是否能达到设计要求。

8、分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。

9、画出各软件模块流程图并编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。

有条件可对软件进行仿真，检查执行情况。

10、画出设计系统的电路布线图（用Protel等）（选做）。

11、提交设计报告书。

要求打印，并列出参考文献。

设计说明书要求3000~5000字，必须独立完成；参考文献至少3~6篇（除参考书外）。

四、成绩评定及标准1、出勤情况、工作态度等综合表现成绩占20%；（由小组评定）2、资料收集、方案确定、软、硬件设计及绘图成绩占40%；（由小组评定）3、设计报告书占40%；4、总成绩评定按优（100~90分）；良（89~80）；中（79~70）；及格（69~60）；不及格（59以下）。

三．超声波风向风速测试仪设计一、教学目的超声波风向风速测试仪可对风速风向进行测量，测量数据上传到上位机进行统计。

1、要求学生采用单片机实现风速风向的检测。

通过这一设计，掌握一般智能仪器的设计方法，达到课程综合训练的目的。

2、要求学生复习《传感器》、《测控电路》、《单片机》、《智能仪器》等专业课知识，训练综合所学知识解决实际问题的能力。

二、技术要求1、风速测量范围：0m/s～60m/s；精度：±5% (＞5m/s)；分辨率： 0.1m/s2、风向测量范围：0～360°全方位，无盲区；精度：±5.0°；分辨率：0.5°3、测量速度：>1次/秒4、采用8位以上数码管或LCD等显示，显示内容包括：测量的内容（风速、风向）、数值、单位、不同位置的小数点、当前测量状态等。

5、能通过小键盘或上位机完成分度值设定、标定等工作。

6、能与上位机（计算机）通讯，报告当前测量值。

能设置、更改系统基本参数，如分度值、通讯速度、通讯格式等，每次开机后都采用设置好的基本参数作为当前值。

7、要求系统具有较高的可靠性，能完成开机自检、错误报告、错误恢复等功能。

三、设计报告内容和任务1、简述超声波风向风速测试仪的测量原理，并与其它测量方法做比较。

2、分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功能、作用。

3、分析影响系统精度的指标有哪些，要提高系统精度最重要的措施有哪些？4、分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指标。

分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。

5、根据设计选用器件，并说明选用该器件的理由。

6、除设计的主要功能外，该系统是否需要其它辅助功能部件?（如电源、抗干扰措施等）如何实现？7、画出设计系统的元件原理图（用Protel、Proteus等），有条件（选做）可对该系统进行仿真（用multisim、Proteus等），检验是否能达到设计要求。

8、分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。

9、画出各软件模块流程图并编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。

有条件可对软件进行仿真，检查执行情况。

10、画出设计系统的电路布线图（用Protel等）（选做）。

11、提交设计报告书。

要求打印，并列出参考文献。

设计说明书要求3000~5000字，必须独立完成；参考文献至少3~6篇（除参考书外）。

四、成绩评定及标准1、出勤情况、工作态度等综合表现成绩占20%；（由小组评定）2、资料收集、方案确定、软、硬件设计及绘图成绩占40%；（由小组评定）3、设计报告书占40%；4、总成绩评定按优（100~90分）；良（89~80）；中（79~70）；及格（69~60）；不及格（59以下）。

四．RLC测量仪设计一、教学目的电阻、电容及电感是常用的电量参数。

电阻电容电感测试仪可对常见电阻、电容、电感值进行测量，测量数据可上传到上位机进行统计。

1、要求学生采用单片机实现电阻、电容及电感参数的检测。

通过这一设计，掌握一般智能仪器的设计方法，达到课程综合训练的目的。

2、要求学生复习《传感器》、《测控电路》、《单片机》、《智能仪器》等专业课知识，训练综合所学知识解决实际问题的能力。

二、技术要求1、采用自由轴法进行测量，只测量主参数，副参数可做参考。

2、电阻测量范围（满量程范围）：20Ω、200Ω、2kΩ、20kΩ、200kΩ及2MΩ。

3、电容测量范围（满量程范围）：2nF、20nF、200nF、2μF、20μF、200μF。

4、电感测量范围（满量程范围）：0.2mH、2mH、20mH、200mH、2H、20H。

5、测量分辨率：1/3000；测量精度：1/1000。

6、测量采用频率：1kHz、100Hz。

7、测量速度：>1次/秒8、采用8位以上数码管或LCD等显示，显示内容包括：测量的内容（电阻、电容、电感）、数值、单位、不同位置的小数点、当前测量状态等。

9、能通过小键盘或上位机完成分度值设定、标定等工作。

10、能与上位机通讯，报告当前测量值。

能设置、更改系统基本参数，如分度值、通讯速度、通讯格式等，每次开机后都采用设置好的基本参数作为当前值。

11、要求系统具有较高的可靠性，能完成开机自检，错误报告，错误恢复等功能。

三、设计报告内容和任务1、简述该RLC测量仪的测量原理，并与其它测量方法做比较。

2、分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功能、作用。

3、分析影响系统精度的指标有哪些，要提高系统精度最重要的措施有哪些？4、分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指标。

分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。

5、根据设计选用器件，并说明选用该器件的理由。

6、除设计的主要功能外，该系统是否需要其它辅助功能部件?（如电源、抗干扰措施等）如何实现？7、画出设计系统的元件原理图（用Protel、Proteus等），有条件（选做）可对该系统进行仿真（用multisim、Proteus等），检验是否能达到设计要求。

8、分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。