测控系统原理及设计现代测控技术简介共46页
合集下载
第一章 现代测控技术
绪
论
二、自动化作用及发展状况
自动化技术是一门综合性的技术。 自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程 序或指令自动地进行操作或运行。 自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和 技术。 自动化主要研究的是人造系统的控制问题，自动控制除 了上述研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造 系统的控制问题。
(b)数字式显示以数字形式直接显示出被测参量数值 数字式显示以数字形式直接显示出被测参量数值 的大小。能有效地克服读数的主观误差， 相对 的大小。能有效地克服读数的主观误差，(相对 指示式仪表)可提高显示和读数的精度， 指示式仪表 可提高显示和读数的精度，还能方便地 可提高显示和读数的精度 与计算机连接并进行数据传输。 与计算机连接并进行数据传输。 (c)屏幕显示实际上是一种类似电视显示方法，具有 屏幕显示实际上是一种类似电视显示方法， 屏幕显示实际上是一种类似电视显示方法 形象性和易于读数的优点， 形象性和易于读数的优点，又能同时在同一屏幕上显 示一个被测量或多个被测量的(大量数据式 变化曲线， 大量数据式)变化曲线 示一个被测量或多个被测量的 大量数据式 变化曲线， 有利于对它们进行比较、分析。 有利于对它们进行比较、分析。
最后值得一提的是，以上七个部分不是所有的检测系统 仪 最后值得一提的是，以上七个部分不是所有的检测系统(仪 都具备的， 表)都具备的，而且对有些简单的检测系统，其各环节之间 都具备的 而且对有些简单的检测系统， 的界线也不是十分清楚，需根据具体情况进行分析。 的界线也不是十分清楚，需根据具体情况进行分析。
绪
论
二、自动化作用及发展状况
从自动控制结构看，经历了四个阶段： （1）20世纪50年代以基地式控制器等组成的控制系 统：单回路控制系统 （2）20世纪60年代出现了单元组合仪表组成的控制 系统：把自动控制系统仪表按功能分成若干单元，依 据实际控制系统结构的需要进行适当的组合 （3）20世纪70年代出现了计算机控制系统：DDC— —DCS （4）20世纪80年代以后出现了二级优化控制，在 DCS的基础上实现先进控制和优化控制
《测控技术》
测控技术1. 引言测控技术是一门应用于测量和控制系统中的关键技术领域。
它涵盖了多个子领域，包括传感器技术、数据采集与处理、自动控制以及信号处理等方面。
测控技术在工业生产、科学研究和日常生活中都扮演着重要角色。
本文将介绍测控技术的基本概念、应用以及未来发展趋势。
2. 测控技术的基本概念2.1 传感器技术传感器是指能够将物理量转换为电信号或其他形式的信号的装置。
传感器技术在测控技术中起着至关重要的作用。
不同类型的传感器可以测量和探测不同的物理量，如温度、压力、湿度、光照等。
传感器可分为模拟传感器和数字传感器两种类型，其中模拟传感器输出连续的模拟信号，而数字传感器输出离散的数字信号。
2.2 数据采集与处理数据采集是指通过传感器获取到的信号转化为数字信号的过程。
采集到的数字信号可以通过数据处理进行分析和计算。
数据采集与处理是测控技术中的核心环节，它涉及到信号采集、滤波、放大、数据编码等多个过程。
2.3 自动控制自动控制是指通过采集到的数据信号来控制系统的工作状态。
通过采集和分析数据，自动控制系统可以对被控对象进行调整和控制，以实现预定的目标。
自动控制可以应用于工业生产、交通运输、航天航空等多个领域，提高生产效率和系统稳定性。
2.4 信号处理信号处理是指对采集到的信号进行处理和分析的过程。
信号处理可以应用于滤波、降噪、信号提取等多个方面。
通过信号处理，可以提取出所需的有效信息，并去除干扰信号，从而得到准确的结果。
3. 测控技术的应用测控技术在各个领域都有广泛应用。
以下介绍几个典型的应用领域：3.1 工业自动化在工业生产中，测控技术被广泛应用于工艺控制、质量检测、设备监测等方面。
通过数据采集和自动控制，可以提高生产效率和产品质量，降低生产成本。
3.2 环境监测测控技术在环境监测中有着重要的应用。
通过传感器检测大气中的温度、湿度、气压等指标，可以及时监测和预警天气变化，保障人们的生活安全。
3.3 医疗健康测控技术在医疗健康领域发挥着重要作用。
测控系统原理及设计现代测控技术简介
6.5.1 嵌入式系统的定义 嵌入式系统 ( Embedded Systems ) 是指以 应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁 剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、 功耗严格要求的专用计算机系统。是将应用程序和 操作系统与计算机硬件集成在一起的嵌入在宿主设 备中的控制系统。
嵌入式计算机
5.4.4 基于计算机的网络控制 80年代后期，计算机控制开始采用开放式通 讯系统，可以和以太网接口，图示功能增强，组 态更加直观、灵活，基于计算机的网络控制系统 性能日益完善、应用逐渐普及。 1. 计算机集散控制系统DCS DCS(Distributed Control System)是以多个微 处理机为基础，利用现代网络技术、现代控制技 术、图形显示技术和冗余技术等实现对分散工艺 对象的控制、监视管理的控制系统。
6.1.1 现代测控技术的定义 现代测控技术隶属于现代信息技术，是以电 子、测量及控制等学科为基础，融合了电子技术、 计算机技术、网络技术、信息处理技术、测试测 量技术、自动控制技术、仪器仪表技术等多门技 术，利用现代最新科学研究方法和成果，对测控 系统进行设计和实现的综合性技术。 现代测控系统中的每一个环节都有新技术的 影子，如：新型传感器；专用集成芯片；以计算 机为核心；构建网络等。
6.3.2 虚拟仪器
虚拟仪器是测试技术和计算机技术结合的产物。
80年代后期
虚拟仪器（Virtual Instrument）
以通用计算机为基础，加上特定的硬件接口设 备和为实现特定功能而编制的软件而形成的一 种新型仪器。
1. 虚拟仪器的基本概念
所谓虚拟仪器（VI，Virtual Instrument），就 是在以计算机为核心的测控硬件和专用软件的平台 上，由用户设计定义测控功能、虚拟面板，由测控 软件实现的一种计算机仪器系统。
测控系统原理与设计
3.4.2 51单片机 用于频率测量
3.4 脉冲信号的采集
3.4.4 V/F转换
3.5.1 开关量输入信号的调 理
3.5.3 开关量输入信号与光 耦的连接
3.5.5 数字量输入信号的采 集
3 检测信号采集技术
3.5 开关量信号的采集
3.5.2 光电耦合器
3.5.4 开关量输入信号与 CPU的连接
3.6.1 VI的 结构
B
4.3.3 调制解调器集 成电路
C
4.3 数字信号的频带传输
4.4.1 发射电路
4.4.3 采用CC2400的收发 器电路
4.4.5 蓝牙技木
4 数据通信技术
4.4 数字信号的无线传输
4.4.2 接收电路
4.4.4 采用nRF24E2的发射 电路
4.4.6 实现远程数据无线通 信的一种方案
05
测控系统原理与设计
演讲人
2 0 11 - 11 - 11
01
1 概述
1 概述
01
02
03
04
1.1 测控系 统的分类与 组成
1.2 智能测 控系统
1.3 嵌入式 系统
习题与思考 题
1.1.1 测控系统的分类
1.1.3 测控系统的基本概念
1.1.5 测控系统的建模
1 概述
1.1 测控系统的分类与组成
1.1.2 测控系统的组成
1.1.4 测控系统的性能指标
1.1.6 测控技术的发展
1 概述
1.1 测控系统的分类与组成
1.1.7 控制策略与算法的发展
1 概述
1.2.1 智能测控 系统的概念
1.2.3 智能测控系统 的主要功能特征
现代测控技术与系统
填空选择：1光电效应：因光照引起的材料电学特性改变的现象称为光电效应，分为外光电效应（光电管和光电倍增管）和内光电效应，内光电效应又包括光电导效应（光敏电阻）和光生伏特效应（光敏二极管，光敏三极管，光电池）2热电偶的基本定律：a. 均质导体定律：两种均质导体组成的热电偶的热电势大小与电极的直径、长度以及长度方向的温度部分无关，只与热电极材料和温差有关。
如果材质不均匀，当热点，极上各处温度不同时，将产生附加热电势，造成无法估计得测量误差，因此热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要指标之一。
b. 标准电极定律：若导体ABC分别与三种导体C组成热电偶，那么由导体AB组成的热电偶的热电势可以由标准电极定律来确定。
标准电极定律指出：如果将导体 C （热点极，一般为纯铂丝）作为标准电极（也叫做参考电极），并且已知标准c. 中间导体定律：在热电偶回路中，只要中间导体两端温度相同，对热电偶回路的总电势没有影响。
D.中间温度定律：在热电偶回路中，当结点温度为T,TO时，总热电势等于该热电偶在节点温度为T,Tn 和Tn, TO时相应的热电势的代数和。
3误差来源：方法误差、环境误差、数据处理误差、使用误差、仪器误差、人身误差。
误差分类：系统误差：在相同条件重复测量同一量时，误差的绝对值和符号保持不变，或在条件改变时按照一定的规律变化。
产生的主要原因是仪表制造，安装或使用不当。
是一种有规律的误差，系统误差越小、则表明准确度越高。
随机误差：在相同条件下多次重复测量同一量时，误差绝对值和符号无规律变化的误差。
主要来源有机械干扰、热和湿干扰、电磁场变化、放电噪音，光空气原件噪声。
总体来说服从统计规律，误差大小放映数据的分散程度，误差越小，精密度越高。
粗大误差：测量值偏离实际值的误差。
操作不当造成的。
测得的值明显地偏离实际值所形成的的误差。
判断哪个测量值是坏值或是异常值，处理数据时应剔除。
4数字PID算法是比例、积分、微分算法。
现代测控电子技术第三章
详细描述
测控系统是一种集成了传感器、信号处理、控制和执行器等多个环节的技术，其目的是对各种物理量进行检测、 转换和处理，以实现对被控对象的精确控制。根据应用领域的不同，测控系统可以分为工业测控系统、环境测控 系统、医疗测控系统等。
测控系统的基本组成
要点一
总结词
测控系统通常由传感器、信号处理电路、微处理器和执行 器等部分组成，各部分相互协作，实现对被控对象的精确 控制。
02
测控信号与测量误差
Байду номын сангаас
测控信号的分类与特性
非周期信号
不具有固定周期的 信号，如方波、脉 冲波等。
确定性信号
可以用数学函数描 述的信号，如正弦 波、余弦波等。
周期信号
具有固定周期的信 号，如正弦波、余 弦波等。
随机信号
无法预测其规律的 信号，如噪声信号。
随机信号
无法用数学函数描 述的信号，如噪声 信号。
根据测量对象和精度要求，选择合适 的传感器进行信号采集。
设计硬件电路
搭建数据采集硬件电路，包括信号调 理、模数转换等部分。
编写与调试软件
编写数据采集软件，实现数据的实时 采集、处理和存储等功能。
数据采集的误差与校正
误差来源
分析数据采集过程中可能出现的 误差来源，如传感器误差、电路 噪声等。
误差校正方法
压力传感器
用于测量气体、液体或固体的 压力，广泛应用于工业控制、
气瓶压力监测等领域。
温度传感器
用于测量物体的温度，常见于 温度控制系统、空调、冰箱等 领域。
流量传感器
用于测量流体的流量，常见于 水表、燃气表等领域。
湿度传感器
用于测量空气的湿度，常见于 空调、加湿器等领域。
测控系统是一种集成了传感器、信号处理、控制和执行器等多个环节的技术，其目的是对各种物理量进行检测、 转换和处理，以实现对被控对象的精确控制。根据应用领域的不同，测控系统可以分为工业测控系统、环境测控 系统、医疗测控系统等。
测控系统的基本组成
要点一
总结词
测控系统通常由传感器、信号处理电路、微处理器和执行 器等部分组成，各部分相互协作，实现对被控对象的精确 控制。
02
测控信号与测量误差
Байду номын сангаас
测控信号的分类与特性
非周期信号
不具有固定周期的 信号，如方波、脉 冲波等。
确定性信号
可以用数学函数描 述的信号，如正弦 波、余弦波等。
周期信号
具有固定周期的信 号，如正弦波、余 弦波等。
随机信号
无法预测其规律的 信号，如噪声信号。
随机信号
无法用数学函数描 述的信号，如噪声 信号。
根据测量对象和精度要求，选择合适 的传感器进行信号采集。
设计硬件电路
搭建数据采集硬件电路，包括信号调 理、模数转换等部分。
编写与调试软件
编写数据采集软件，实现数据的实时 采集、处理和存储等功能。
数据采集的误差与校正
误差来源
分析数据采集过程中可能出现的 误差来源，如传感器误差、电路 噪声等。
误差校正方法
压力传感器
用于测量气体、液体或固体的 压力，广泛应用于工业控制、
气瓶压力监测等领域。
温度传感器
用于测量物体的温度，常见于 温度控制系统、空调、冰箱等 领域。
流量传感器
用于测量流体的流量，常见于 水表、燃气表等领域。
湿度传感器
用于测量空气的湿度，常见于 空调、加湿器等领域。
现代测控系统的体系结构
以通用微处理器为核心的嵌入式微机系统，其最大的特 点是软件开发和移植十分方便，从而可以节省较多的软件开 发成本。但是，其最大的不足在于体积较大，功耗较高，实 时性较差，成本较高，抗干扰和恶劣环境适应能力较弱。因 此，以通用微处理器为核心的嵌入式微机系统一般应用于对 体积、功耗和环境要求不高的工业测控领域。
因为在PC机硬件平台上构建软件开发平台是一件相对 非常容易的工作，大量的软件开发人员十分熟悉PC软件开 发平台，完全可以选用熟悉的软件工具进行测控系统的软 件开发，或根据需要选择各种标准的成品测控软件组件进 行软件的二次开发，从而可大大降低软件的开发难度和开 发成本，缩短软件开发周期。第三个方面是具有良好的人 机界面，便于测控系统的使用和维护。综合上述各方面的 优势，可以得出这样的结论：采用通用系统设计测控系统， 可以在很短的时间内以较低的人力成本完成测控系统的软 硬件设计。
2．基于数字信号处理器（DSP）
由于单片机并不适合要求高速、高精度数据处理能力 的测控系统，对于此类测控系统，一种方案就是采用数字 信号处理器，并以此为核心构建嵌入式微机系统，以满足 测控系统对性能的要求。
这种测控系统的构造模式带来的最大好处是可以按系 统的需要来配置测控系统的硬件平台，使系统硬件的应用/ 配置比达到或接近100％的水平，从而大幅度降低系统硬件 的购买成本。在测控系统的生产批量较大时，更能体现出 整体购买成本的优势。从另一个角度来考虑，如果要求测 控系统能够工作在恶劣环境下，如航空、航天、水下、野 外等，对测控系统的工作湿度范围、可靠性、功耗等指标 必将提出严格甚至苛刻的要求，而工控机或PC104计算机是 很难甚至根本无法满足这些要求的，即使可以满足要求， 其代价也将是十分高昂的。这时，设计专用的测控系统硬 件平台往往成为实现系统功能的惟一方式。
现代测控技术与系统
填空选择：1光电效应：因光照引起的材料电学特性改变的现象称为光电效应，分为外光电效应（光电管和光电倍增管）和内光电效应，内光电效应又包括光电导效应（光敏电阻）和光生伏特效应（光敏二极管，光敏三极管，光电池）2热电偶的基本定律：a.均质导体定律：两种均质导体组成的热电偶的热电势大小与电极的直径、长度以及长度方向的温度部分无关，只与热电极材料和温差有关。
如果材质不均匀，当热点，极上各处温度不同时，将产生附加热电势，造成无法估计得测量误差，因此热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要指标之一。
b.标准电极定律:若导体ABC分别与三种导体C组成热电偶，那么由导体AB组成的热电偶的热电势可以由标准电极定律来确定。
标准电极定律指出：如果将导体C（热点极，一般为纯铂丝）作为标准电极（也叫做参考电极），并且已知标准c.中间导体定律:在热电偶回路中，只要中间导体两端温度相同，对热电偶回路的总电势没有影响。
D.中间温度定律：在热电偶回路中，当结点温度为T,T0时，总热电势等于该热电偶在节点温度为T,Tn 和Tn，T0时相应的热电势的代数和。
3误差来源：方法误差、环境误差、数据处理误差、使用误差、仪器误差、人身误差。
误差分类：系统误差：在相同条件重复测量同一量时，误差的绝对值和符号保持不变，或在条件改变时按照一定的规律变化。
产生的主要原因是仪表制造，安装或使用不当。
是一种有规律的误差，系统误差越小、则表明准确度越高。
随机误差：在相同条件下多次重复测量同一量时，误差绝对值和符号无规律变化的误差。
主要来源有机械干扰、热和湿干扰、电磁场变化、放电噪音，光空气原件噪声。
总体来说服从统计规律，误差大小放映数据的分散程度，误差越小，精密度越高。
粗大误差：测量值偏离实际值的误差。
操作不当造成的。
测得的值明显地偏离实际值所形成的的误差。
判断哪个测量值是坏值或是异常值，处理数据时应剔除。
4数字PID算法是比例、积分、微分算法。
（增量型算法与位置型算法）5人耳可以听到的声波频率范围是16~20kHz，超过20kHz的声波称为超声波。
【精选】现代工程测控技术精讲PPT课件
五、现代工程测控技术的工程案例
1、南京南站屋盖网架滑移施工测控
滑移施工过程监测主要内容包括： （1）网架顶升时屋盖杆件应力及温度的监测； （2）网架滑移时屋盖杆件应力及温度的监测； （3）网架落架时屋盖杆件应力及温度的监测； （4）各片网架连接带连接时杆件应力及温度的监测； （5）各片网架连接成整体时杆件应力及温度的监测； （6）各片网架滑移过程中4条轨道之间同步性的监测与控制。
核物理学
物理量
距离、位移、速度、加速度、角位移、角 速度、角加速度、挠度、沉降量 轴力、应力、应变 温度、热导率、热容 波长、光强、折射率、透射率、反射率 电压、电流、功率、功率因数
磁场强度、磁感应强度、磁通量、磁化强 度、磁矩、磁化率、磁势、磁阻、磁导 辐射强度、辐射量
三、现代工程测控技术相关传感器
3、通讯技术： 通讯技术是测控系统的神经网络，如今的通讯技术有：卫星通讯、 INTERNET、微波通讯、移动通讯、无线电、激光通讯、光纤通讯等等。 工程测控系统可以根据情况选择合适的通讯方式进行集成。
一、现代工程测控技术发展概要
3、通讯技术： 通讯技术是测控系统的神经网络，如今的通讯技术有：卫星通讯、 INTERNET、微波通讯、移动通讯、无线电、激光通讯、光纤通讯等等。 工程测控系统可以根据情况选择合适的通讯方式进行集成。
是以载波相位观测量为基础的实时差分GPS测量技术，其基本
思想是：在基准站上设置1台GPS接收机，对所有可见GPS卫星
进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实
时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS
卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的
观测数据，然后根据差分定位原理，实时地解算整周模糊度
测控系统原理及设计概论
西安卫星 测控中心
测控系统原理及设计概论
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。
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。
测控系统原理及设计概论
1.2 测控技术的发展
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。
计算机测控系统
测控系统原理及设计概论
第1章 计算机测控系统概述
测控系统原理及设计概论
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。
测控系统原理及设计概论
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
测控系统原理及设计概论
学分 5
3.5 3.5 3.5
4 4 3 4 4 1 1 1
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。
计算机测控系统概述课件
测 控 非电量 对 象
传感器
输入信号 调理器
执行机构
输出信号 调理器
计算机测控系统概述课件
计算机
显示器
电厂生产车间
计算机测控系统概述课件
计算机集中监控室
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统硬件各部分功能描述
测控系统的演变
计算机测控系统概述课件
1、传统测控时代
被测参数
显示仪表
传统检测系统
计算机测控系统概述课件
被测控参数 执行机构
显示器
传统手动控制系统
计算机测控系统概述课件
2、电气测控时代
被
测
参
传感器
数
调理电路 模块
显示仪表
传感器检测系统
计算机测控系统概述课件
被
测
控 参
传感器
数
调理电路 模块
执行机构
计算机测控系统概述课件
1、被测控对象及其参数
1）环境特征； 2）参数类型； 3）测控要求
被
测 控 参
传感器
调理电路 模块
输入通道
数
计
算
机
执行机构
控制电路 模块
输出通道
计算机测控系统概述课件
2、传感器
1）选型；2）信号；3）量程；4）精度；5）环境
被
测 控 参
传感器
调理电路 模块
输入通道
数
计算机Fra bibliotek执行机构
计算机测控系统概述课件
实时系统
❖ 实时系统是对外来事件在限定时间内能 做出反应的系统。
现代测控技术与系统 第1章
2. 基于网络的测控系统模型：测控管一体化模型
1.2 现代测控系统的结构与设计
现代测控系统的设计方法
硬件设计： 硬件设计：
约束条件：对象方面主要考虑其大小、形状、距离、 约束条件：对象方面主要考虑其大小、形状、距离、环 物理量、用途等；测控系统需求方面主要考虑功能、 境、物理量、用途等；测控系统需求方面主要考虑功能、 反应速度、可靠性、测控精度等因素。 反应速度、可靠性、测控精度等因素。此外还需考虑研 制成本、产品成本以及开发周期。 制成本、产品成本以及开发周期。 系统模块设计技术：测控系统电路设计一般采用 系统模块设计技术：测控系统电路设计一般采用CPLD、 、 FPGA、DSP等高集成度器件技术，主要以 商用机和 等高集成度器件技术， 、 等高集成度器件技术 主要以PC商用机和 基于PC104工控机为主；低功耗器件，对降低功耗与抗干 工控机为主； 基于 工控机为主 低功耗器件， 扰有积极意义；采用通用化、标准化硬件电路； 扰有积极意义；采用通用化、标准化硬件电路；软测量 技术；采用动态链接库。 技术；采用动态链接库。
1.3 现代测控技术的分类
基于无线通信的测控技术 对于工作点多、通信距离远、 对于工作点多、通信距离远、环境恶劣且实时性和 可靠性要求比较高的远程测控场合， 可靠性要求比较高的远程测控场合，可以利用无线 电波来实现主控站与各个子站之间的数据通信。减 电波来实现主控站与各个子站之间的数据通信。 少复杂连线，无需铺设电缆或光缆，降低成本。 少复杂连线，无需铺设电缆或光缆，降低成本。如 小区的智能保安系统、油井远程监测系统、 小区的智能保安系统、油井远程监测系统、航空航 天技术中的无线跟踪测轨、遥测和遥控系统。 天技术中的无线跟踪测轨、遥测和遥控系统。
传感器从传统的压力、温度、 传感器从传统的压力、温度、流量和液位四大热工量的测 量发展到目前具有光、电、磁、力及生物信息的感知，光 量发展到目前具有光、 力及生物信息的感知， 生物信息传感器， 纤、光栅等光敏传感器，DNA、免疫等生物信息传感器， 光栅等光敏传感器， 光敏传感器 、免疫等生物信息传感器 超声波等声敏传感器，可燃性气体、氧气、电子鼻等气敏 超声波等声敏传感器，可燃性气体、氧气、电子鼻等气敏 声敏传感器 传感器，可见光、红外光等图像传感器等 传感器，可见光、红外光等图像传感器等。 图像传感器
1.2 现代测控系统的结构与设计
现代测控系统的设计方法
硬件设计： 硬件设计：
约束条件：对象方面主要考虑其大小、形状、距离、 约束条件：对象方面主要考虑其大小、形状、距离、环 物理量、用途等；测控系统需求方面主要考虑功能、 境、物理量、用途等；测控系统需求方面主要考虑功能、 反应速度、可靠性、测控精度等因素。 反应速度、可靠性、测控精度等因素。此外还需考虑研 制成本、产品成本以及开发周期。 制成本、产品成本以及开发周期。 系统模块设计技术：测控系统电路设计一般采用 系统模块设计技术：测控系统电路设计一般采用CPLD、 、 FPGA、DSP等高集成度器件技术，主要以 商用机和 等高集成度器件技术， 、 等高集成度器件技术 主要以PC商用机和 基于PC104工控机为主；低功耗器件，对降低功耗与抗干 工控机为主； 基于 工控机为主 低功耗器件， 扰有积极意义；采用通用化、标准化硬件电路； 扰有积极意义；采用通用化、标准化硬件电路；软测量 技术；采用动态链接库。 技术；采用动态链接库。
1.3 现代测控技术的分类
基于无线通信的测控技术 对于工作点多、通信距离远、 对于工作点多、通信距离远、环境恶劣且实时性和 可靠性要求比较高的远程测控场合， 可靠性要求比较高的远程测控场合，可以利用无线 电波来实现主控站与各个子站之间的数据通信。减 电波来实现主控站与各个子站之间的数据通信。 少复杂连线，无需铺设电缆或光缆，降低成本。 少复杂连线，无需铺设电缆或光缆，降低成本。如 小区的智能保安系统、油井远程监测系统、 小区的智能保安系统、油井远程监测系统、航空航 天技术中的无线跟踪测轨、遥测和遥控系统。 天技术中的无线跟踪测轨、遥测和遥控系统。
传感器从传统的压力、温度、 传感器从传统的压力、温度、流量和液位四大热工量的测 量发展到目前具有光、电、磁、力及生物信息的感知，光 量发展到目前具有光、 力及生物信息的感知， 生物信息传感器， 纤、光栅等光敏传感器，DNA、免疫等生物信息传感器， 光栅等光敏传感器， 光敏传感器 、免疫等生物信息传感器 超声波等声敏传感器，可燃性气体、氧气、电子鼻等气敏 超声波等声敏传感器，可燃性气体、氧气、电子鼻等气敏 声敏传感器 传感器，可见光、红外光等图像传感器等 传感器，可见光、红外光等图像传感器等。 图像传感器
第1章 测控系统简介
LOGO
测控软件技术
Measurement and Control Software Technology
第一章 测控系统简介
1.测控系统概念 2.测控系统作用
3.测控系统应用
4.测控系统组成 5.测控系统分类
6.测控软件概念
7.测控软件地位
1.测控系统概念 测控系统是计算机自动测量和 控制系统的简称。它是自动化 控制技术、计算机科学、微电 子技术和通信技术有机结合， 综合发展的产物。
数据 采集
数据 处理
输出
数据 传输
数据 显示
闭环控制系统
系统的输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量 对控制过程产生直接影响，如恒温箱自动控制系统。
只要被控制量的实际值偏离给定值，闭环控制就 会自动产生控制来减小这一偏差，因此，闭环控制 精度通常较高。 系统是靠偏差进行控制的，因此，在整个控制过 程中始终存在着偏差，由于元件的惯性（如负载的 惯性），若参数配置不当，很容易引起振荡，使系 统不稳定，而无法工作。
闭环控制系统框图
输入
被控 对象
信号 调理
数据 采集
数据 处理
输出
数据 传输
数据 显示
控制（反馈）
半闭环控制系统
系统的 反馈信号不是直接从系统的输出端引出， 而是 间接 地取自中间的测量元件。
一般可获得比开环系统更高的控制精度，但由于 只存在局部反馈，在局部反馈之外的部分所导致 的输出扰动无法通过自动调节的方式消除，因此， 其精度比闭环系统要低。
1
2
3
测控技术在现代科学技术、工业生产和国 防等诸领域中的应用十分广泛。
2.测控系统作用 今天，计算机测控系统在各个工业部门承 担着生产过程的控制、监督和管理等任务。
测控软件技术
Measurement and Control Software Technology
第一章 测控系统简介
1.测控系统概念 2.测控系统作用
3.测控系统应用
4.测控系统组成 5.测控系统分类
6.测控软件概念
7.测控软件地位
1.测控系统概念 测控系统是计算机自动测量和 控制系统的简称。它是自动化 控制技术、计算机科学、微电 子技术和通信技术有机结合， 综合发展的产物。
数据 采集
数据 处理
输出
数据 传输
数据 显示
闭环控制系统
系统的输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量 对控制过程产生直接影响，如恒温箱自动控制系统。
只要被控制量的实际值偏离给定值，闭环控制就 会自动产生控制来减小这一偏差，因此，闭环控制 精度通常较高。 系统是靠偏差进行控制的，因此，在整个控制过 程中始终存在着偏差，由于元件的惯性（如负载的 惯性），若参数配置不当，很容易引起振荡，使系 统不稳定，而无法工作。
闭环控制系统框图
输入
被控 对象
信号 调理
数据 采集
数据 处理
输出
数据 传输
数据 显示
控制（反馈）
半闭环控制系统
系统的 反馈信号不是直接从系统的输出端引出， 而是 间接 地取自中间的测量元件。
一般可获得比开环系统更高的控制精度，但由于 只存在局部反馈，在局部反馈之外的部分所导致 的输出扰动无法通过自动调节的方式消除，因此， 其精度比闭环系统要低。
1
2
3
测控技术在现代科学技术、工业生产和国 防等诸领域中的应用十分广泛。
2.测控系统作用 今天，计算机测控系统在各个工业部门承 担着生产过程的控制、监督和管理等任务。
测控技术简介PPT课件
测控技术简介ppt课件
• 引言 • 测控技术的发展历程 • 测控系统的基本组成 • 测控技术的应用实例 • 测控技术的未来展望
01
引言
什么是测控技术
测控技术定义
测控技术是一种综合性的应用技术， 涉及测量、控制和信息技术等多个领 域，主要用于实现各类工程和生产过 程的智能化、自动化和信息化。
测控技术重要性
空间内进行测量和控制。
03
测控系统的基本组成
传感器
传感器概述
传感器是测控系统中的前端装置，能 够感知被测量的变化，并将其转换为 可处理和传输的电信号。
传感器分类
按照工作原理，传感器可分为电阻式、 电容式、电感式、压电式、光电式等 多种类型。
传感器特性
传感器的特性包括线性度、灵敏度、 迟滞、重复性、漂移等，这些特性直 接影响测量精度和稳定性。
04
测控技术的应用实例
工业自动化生产中的测控技术
总结词
实现生产过程的自动化和智能化
详细描述
测控技术在工业自动化生产中发挥着关键作用，通过传感 器、控制器等设备，实现对生产过程的实时监测和控制， 提高生产效率、降低能耗，并确保产品质量。
总结词
提高生产过程的可靠性和安全性
详细描述
测控技术能够及时发现生产过程中的异常情况，如设备故 障、温度异常等，并采取相应的措施进行预警或自动处理 ，有效提高生产过程的可靠性和安全性。
随着工业4.0和智能制造的快速发展， 测控技术在提高生产效率、产品质量 和降低能耗等方面发挥着越来越重要 的作用。
测控技术的应用领域
工业自动化
测控技术在工业自动化领域的 应用广泛，如智能制造、机器
人、自动化生产线等。
航空航天
在航空航天领域，测控技术用于 精确测量和控制飞行器的各种参 数，保障安全和稳定运行。
• 引言 • 测控技术的发展历程 • 测控系统的基本组成 • 测控技术的应用实例 • 测控技术的未来展望
01
引言
什么是测控技术
测控技术定义
测控技术是一种综合性的应用技术， 涉及测量、控制和信息技术等多个领 域，主要用于实现各类工程和生产过 程的智能化、自动化和信息化。
测控技术重要性
空间内进行测量和控制。
03
测控系统的基本组成
传感器
传感器概述
传感器是测控系统中的前端装置，能 够感知被测量的变化，并将其转换为 可处理和传输的电信号。
传感器分类
按照工作原理，传感器可分为电阻式、 电容式、电感式、压电式、光电式等 多种类型。
传感器特性
传感器的特性包括线性度、灵敏度、 迟滞、重复性、漂移等，这些特性直 接影响测量精度和稳定性。
04
测控技术的应用实例
工业自动化生产中的测控技术
总结词
实现生产过程的自动化和智能化
详细描述
测控技术在工业自动化生产中发挥着关键作用，通过传感 器、控制器等设备，实现对生产过程的实时监测和控制， 提高生产效率、降低能耗，并确保产品质量。
总结词
提高生产过程的可靠性和安全性
详细描述
测控技术能够及时发现生产过程中的异常情况，如设备故 障、温度异常等，并采取相应的措施进行预警或自动处理 ，有效提高生产过程的可靠性和安全性。
随着工业4.0和智能制造的快速发展， 测控技术在提高生产效率、产品质量 和降低能耗等方面发挥着越来越重要 的作用。
测控技术的应用领域
工业自动化
测控技术在工业自动化领域的 应用广泛，如智能制造、机器
人、自动化生产线等。
航空航天
在航空航天领域，测控技术用于 精确测量和控制飞行器的各种参 数，保障安全和稳定运行。
计算机测控技术与系统第1章计算机测控系统概述课件
图1.9 分布式控制系统结构图
在分布式控制系统中，按地区把微处理机安装在测量装 置与控制执行机构附近，将控制功能尽可能分散，管理功能 相对集中。这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性。
2024/8/6
8
5.现场总线控制系统（FCS）
图1.10 现场总线控制系统结构图
从控制的角度看，FCS具有两个显著特点：（1）信号传输实 现了全数字化。（2）实现了控制的彻底分散。
A／D转换及采样程序 数字滤波程序
线性化处理程序
巡回检测程序
数据采集程序 越限报警程序
2024/8/6
数据管理程序
事故预告程序 画面显示程序
13
1.4计算机测控系统的发展趋势
1.数字化 数字化主要是指计算机技术的应用，特别是单片机
的高速发展，为测控系统的数字化提供了强有力的手 段，从传感器到远程终端设备很多都实现了数字化控 制。 2.智能化
1.1 测控系统的基本概念
1.现代测量技术
测量是采用各种方法获得反映客观事物或对象的运动属性 的各种数据。
根据系统中被测量信号类型的不同，可以分为模拟式和数 字式测量系统。
图1.1 模拟式测量系统
图1.2 数字测量系统
2024/8/6
1
2.现代控制技术
由经典控制系统可知，控制系统可以分为开环控制和闭环 控制。开环控制是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用 而没有反向联系的控制过程，不具备自动修正的能力。
4.虚拟化 虚拟仪器是随着计算机技术和现代测量技术的发展
而产生的一种新型虚拟化技术，代表着当今测控技术 发展方向。
2024/8/6
16
本章内容结束
2024/8/6
17
现代测控技术概论
2
1.3计算机控制系统概述
1.3.1微机过程控制系统的基本组成
过程控制一词具有特定的含义，广义地说，过程是一个 能被监视或控制的物理系统。而过程变量是指该系统中应按 照某种目的或规则变化的物理参数，也就是被控制量。控制 的目的是使一个或多个过程变量达到预定的最佳参考值，从 而使系统处于最佳工作状态。
图1-6微机过程控制系统的组成框图
1.3.2计算机控制系统的类别及要求
一般来说，各类控制系统均可以使用计算机进行在线控 制。但是,往往只有在那些更能体现计算机作用的控制系统 中才使用计算机。所使用的计算机档次需按系统控制任务的 情况恰当地选择。为了了解计算机控制系统的概貌,在前面 所介绍的基本型计算机过程控制系统的基础上,再按计算机 在计算机控制系统中所担任的不同控制任务分类， 几种:
人类在工程实践的过程中，一种需求是要采取各种方法 获得反映客观事物或对象的运动属性的各种数据、记录并进 行必要的处理，这种技术称为“测量”。另一种需求是要采 取各种方法支配或约束某一客观事物或对象的运动过程，达 到一定的目的，这种技术称为“控制”。
“测量”和“控制”是人类认识世界和改造世界的两项 工作任务。相应地，人们就要研制和发展测控仪器或系统以 实现测量和控制，与此相关的理论和技术就是测控技术。测 控仪器或测控系统按照任务的不同，可以分为三大类，即检 测系统、控制系统和测控系统。
4) A/D
A/D
(1)分辨率和量化误差。对于同样的量化值，分辨率由 寄存器的位数决定，也就是量化单位q。设满刻度为Xm，寄 存器位数为n位，则
q Xm 2n 1
(1.7)
量化误差为ε=q/2。
(2)偏移误差。偏移误差是指输入信号为零，输出信号 不为零时的值，所以也称为零值误差。偏移误差通常是由放 大器的偏移电压产生的，一般在静态时对电路进行调整，使 之最小。
1.3计算机控制系统概述
1.3.1微机过程控制系统的基本组成
过程控制一词具有特定的含义，广义地说，过程是一个 能被监视或控制的物理系统。而过程变量是指该系统中应按 照某种目的或规则变化的物理参数，也就是被控制量。控制 的目的是使一个或多个过程变量达到预定的最佳参考值，从 而使系统处于最佳工作状态。
图1-6微机过程控制系统的组成框图
1.3.2计算机控制系统的类别及要求
一般来说，各类控制系统均可以使用计算机进行在线控 制。但是,往往只有在那些更能体现计算机作用的控制系统 中才使用计算机。所使用的计算机档次需按系统控制任务的 情况恰当地选择。为了了解计算机控制系统的概貌,在前面 所介绍的基本型计算机过程控制系统的基础上,再按计算机 在计算机控制系统中所担任的不同控制任务分类， 几种:
人类在工程实践的过程中，一种需求是要采取各种方法 获得反映客观事物或对象的运动属性的各种数据、记录并进 行必要的处理，这种技术称为“测量”。另一种需求是要采 取各种方法支配或约束某一客观事物或对象的运动过程，达 到一定的目的，这种技术称为“控制”。
“测量”和“控制”是人类认识世界和改造世界的两项 工作任务。相应地，人们就要研制和发展测控仪器或系统以 实现测量和控制，与此相关的理论和技术就是测控技术。测 控仪器或测控系统按照任务的不同，可以分为三大类，即检 测系统、控制系统和测控系统。
4) A/D
A/D
(1)分辨率和量化误差。对于同样的量化值，分辨率由 寄存器的位数决定，也就是量化单位q。设满刻度为Xm，寄 存器位数为n位，则
q Xm 2n 1
(1.7)
量化误差为ε=q/2。
(2)偏移误差。偏移误差是指输入信号为零，输出信号 不为零时的值，所以也称为零值误差。偏移误差通常是由放 大器的偏移电压产生的，一般在静态时对电路进行调整，使 之最小。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
测控系统原理及设计现代测控技术简 介
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
Hale Waihona Puke
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
Hale Waihona Puke