简单计算机测控系统
测控系统概念
第一章1.1测控系统的概念测控系统是现代检测技术与现代控制技术发展的必然和现实的需要，是以检测为基础，以传输途径，以处理为手段，以控制为目的的闭环系统。
测控系统的基本构成由四个部分构成：传感检测部分：感知信息（传感技术、检测技术）信息处理部分：处理信息（人工智能、模式识别）信息传输部分：传输信息（有线、无线通信及网络技术）信息控制部分：控制信息（现代控制技术）1.3测控系统的基本特点❖设备软件化：简化硬件、缩小体积、降低功耗、提高可靠性。
❖过程智能化：以计算技术和人工智能为核心。
❖高度灵活性：实现组态化、标准化、分布式。
❖高度实时性：采集、传输、处理、控制高速化。
❖高度可视性：图形编程、三维技术、虚拟现实。
❖测控一体化：测量、控制、管理。
二、测控系统的分类和组成（ppt图10页）1.检测系统又称数据采集系统。
以通用计算或嵌入式计算系统为核心，单纯实现系统信号的检测、处理、记录和显示为目的的系统。
2.控制系统以通用计算机或嵌入式计算系统为核心，单纯以实现控制为目的的系统。
3. 测控系统以通用计算机或嵌入式计算机系统为核心，以实现检测、传输、处理和控制为目的的系统4. 局域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在局部区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统5. 广域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在大范区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统四、测控技术的发展方向◆微型化：向微机电系统方向发展◆网络化：向无线网、自组织网、物联网、泛在网方向发展◆智能化：向人工智能化方向发展◆虚拟化：向虚拟现实方向发展测控系统的网络化（1）有线测控网络工业总线、局域网络、广域网（2）无线测控网络ADhoc自组织网络、传感网（3）混合测控网络物联网、泛在网第二章MEMS器件的封装要求(1)封装应对传感器芯片提供一个或多个环境通路(接口)；(2)封装给传感器带来的应力要尽可能的小；(3)封装与封装材料不应对应用环境造成不良影响；(4)封装应保护传感器及其电子器件免遭不利环境的影响；(5)封装必须提供与外界的通道。
测控系统
2010年
第一章 概述
• 就技术而言： 测控系统是传感器技术、通信技术、计算机技术、控制技术、 计算机网络技术等信息技术的综合；
• 就其应用而言： 广泛应用于国民经济的各个领域，如化工、冶金、纺织、能源、 交通、电力，城市公共事业的自来水、供热、排水、医疗， 在科学研究、国防建设和空间技术中的应用更是屡见不鲜。
放大器是任何一台现代测量仪器不可缺少的基本电路。越灵 敏的仪器，越需要高增益高性能的放大器。根据实际仪器的 功能和要求的不同，对放大器也有这样或那样的性能要求， 如增益的高低，频带的宽窄，输入阻抗的高低等等。实际上， 放大器的参数远不止这些，还有许许多多的参数来表征放大 器，如非线性放大器，程控放大器，差动放大器，微功耗放 大器，轨—轨放大器……所以，放大器的种类举不胜举。往 常，通用运算放大器是设计工程师们的“万金油”。不管什 么样的放大器都用通用运算放大器来设计。虽然有的运算放 大器在某个或某些参数上具有突出的特性，比较适合于某些 应用场合。但可以说，最适合应用于某种场合的放大器一般 都不是采用通用运算放大器所构成的放大器，而是采用某些 有特色的运算放大器或专门设计的放大器芯片
●第三代就是智能式仪器仪表：计算机置于仪器中
●第四代为虚拟仪器：仪器仪表置于计算机中
以计算机为核心
• 门捷列夫：“科学是从测量开始的”
• 钱学森：“新技术革命的关键技术是信息技术。 信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三 部分组成。测量技术是关键和基础”
数据采集技术
数据采集系统的组成结构
传感器
★时间频率：各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时间频率测 量仪等
★电磁量：交、直流电流表、电压表、功率表、RLC测量仪、 静电仪、磁参数测量仪等
测控
一．概述1.计算机测控技术的含义：是传感技术，自动控制技术，计算机技术，通信技术，计算机网络技术，智能技术和数据库管理技术综合发展的产物。
2.计算机测控系统的含义：是以测量与控制为目的，在无人直接参与的情况下，应用计算机测控技术实现目标对象的数据采集，信息处理，决策控制，监督管理的综合自动化系统。
3.测试系统特点：网络化，多功能，智能化，易操作，可靠性高等。
4.测控系统的基本组成：测控对象；测控系统硬件（测试主机，检测与执行机构，过程通道，通信与网络接口，人机接口）；测控系统软件（数据采集，分析及处理，控制决策，控制输出，监控报警，数据通信系统管理）5.典型的测控系统：1）基于处理器的测控系统；2）基于工控机的测控系统；3）集散控制系统（DCS）；4）基于现场总线的测控系统；5）工业以太网测控系统；6）基于无线通信的测控系统；7）基于Internet的网络测控系统。
6.微处理器化测控系统的组成：嵌入式微处理器（最核心），外围硬件设备，接口部件及软件。
特点：1）功能丰富，性价比高；2）结构紧凑，可靠性高；3）具有自测试和自诊断功能；4）系统自动化水平高；5）系统能实现复杂的运算和控制功能；6）系统的人机对话能力强；7）系统构成柔性化。
7.集散控制系统（DCS）：体系机构按垂直分解通常分为三级：第一级即分散过程控制级（基础）；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。
集散控制系统特点：1）采用分级递阶结构；2）采用微处理器技术；3）采用工业以太网络通信技术；4）采用高可靠性技术；5）具有丰富的软件功能。
8.现场总线控制系统（FTS）是以现场总线为基础，是开放式，数字化，多点，铜线的网络化控制系统。
FCS的特点：1）全数字化；2）系统开放性；3）互操作与互换性；4）现场是被智能化，功能自治；5）高度分散性；6）高度环境适应性；7）低成本；8）信息系统化。
9.测控系统发展趋势：测控系统的智能化，网络换，虚拟化，多样化，标准化。
第一章计算机测控系统概述
第一章计算机测控系统概述计算机测控系统是一种用计算机和相关设备进行控制和测量的系统。
它通常包括硬件设备、软件工具和算法，用于收集、分析和处理测量数据，并根据需要控制被测对象。
计算机测控系统被广泛应用于各个领域，如工业自动化、环境监测、科学研究等。
计算机测控系统的基本构成主要包括传感器、数据采集卡和数据处理器。
传感器用于将被测量转换为电信号，传感器的种类多种多样，根据不同的测量对象和需求选择合适的传感器进行测量。
数据采集卡是连接传感器和计算机的接口，它负责将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，然后传输给计算机进行处理。
数据处理器是计算机或嵌入式设备，它负责接收和处理采集到的数据，并根据需要进行控制操作。
计算机测控系统的核心技术包括数据采集和处理、数据传输和通信、控制和决策算法等。
数据采集和处理是系统的基础部分，它涉及到模拟信号转换为数字信号的过程，以及对采集到的数据进行滤波、去噪、校准等处理。
数据传输和通信是系统与外部设备或网络之间进行信息交换的方式，通常使用串口、以太网等接口进行数据传输。
控制和决策算法是系统的核心部分，它根据测量数据进行分析和判断，并根据需要进行自动或手动控制操作。
计算机测控系统的优势在于其高效、准确和灵活的特点。
通过计算机的处理能力和算法优势，可以对大量的测量数据进行实时分析和决策，提高系统的控制精度和效率。
同时，系统的硬件设备可以根据需要进行扩展和更新，以适应不同的测量对象和环境要求。
此外，计算机测控系统还可以实现远程监控和操作，便于用户对系统进行远程控制和数据访问。
然而，计算机测控系统也存在一些挑战和问题。
首先，系统的稳定性和可靠性是一个关键问题，由于测控系统常常运行在复杂的工业环境中，例如高温、强电磁干扰等，因此对系统的硬件设备和软件工具进行可靠性设计是至关重要的。
其次，系统的数据安全和保密性也是需要考虑的问题，特别是在一些敏感领域和国家级重点工程中，对系统的数据进行保护和防护是必不可少的。
《计算机测控技术》课件
航天航空
利用计算机测控技术，可以实时监测和控制飞 行器的参数，确保飞行安全和任务顺利完成。
计算机测控系统的构成和工作原理
构成
工作原理
计算机测控系统由传感器、数据 采集卡、计算机和执行器等组成， 通过软硬件的协同工作实现测量 和控制功能。
控制器接收传感器采集的数据， 经过处理和分析后，输出控制信 号给执行器，实现对被控对象的 控制。
3 智能农业
利用计算机测控技术，实现农田的自动化浇灌和监测，提高农作物的产量和质量。
总结与展望
总结
计算机测控技术是一种结合计算机科学和测量控制 技术的应用技术，广泛应用于各个领域，提高了测 量和控制的准确性和效率。
展望
随着科技的不断发展，计算机测控技术将继续创新， 实现更高水平的测量和控制，为人类的生活和工作 带来更多便利。
计算机测控技术的应用领域
工业自动化
计算机测控技术广泛应用于工业自动化领域， 用于监测和控制工业术，可以实时监测环境参数 如温度、湿度、气压等，用于环境保护和资源 管理。
医学仪器
计算机测控技术在医学仪器中的应用使得医学 诊断和治疗更加准确和可靠，提高了医疗水平。
3
未来
未来计算机测控技术将更加智能化和自动化，结合人工智能和大数据分析等技术， 实现更高水平的测量和控制。
案例分析：计算机测控技术在实际项 目中的应用
1 智能家居
计算机测控技术与物联网技术结合，实现智能家居的自动化控制，提高生活品质。
2 智能交通
通过计算机测控技术，实现交通信号灯的智能控制，优化交通流量和减少交通拥堵。
数据处理
数据处理是计算机测控系统的核 心环节，包括数据采集、数据转 换、数据存储和数据分析等。
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。
第一章计算机测控系统概述
期望温度
输 入 变 换
+
电 压 放 大
功 率 放 大
执 行 机 构
减 速 器
调 压 器
电 热 器
炉 子
实际温度
热电偶
给定电压
比较 热电偶
u 前 置 放 大 功 率 放 大
执行机构
减速器
M
电热器 调压变压器
炉子
~220V
1-24
扰动 输入量 + -
控制器
控制量
被控对象
输出量
反馈元件
特点： 1) 由负反馈构成闭环，利用误差信号进行控制； 2) 对于外界扰动和系统内部参数的变化等引起的误差能够 自动纠正；
1）计算机主机
2）过程通道 3）操作控制台
1-28
过程通道
1) 接口与输入输出通道：主机与被控对象信息传递的纽带。 2) 检测元件及仪表：将被测（被控）参数由非电量变为电 量，并将这些电量变为A/D转换器所能转换的统一电压。 3) 执行机构：执行控制动作从而达到控制被控参数的目的 （有电动、气动、及液动控制形式、各种控制电机 （交、 直流电机、步进电机等。））
1-43
分布控制系统也称集散控制系统，是以微处理器为基础的集中 分散控制系统，主要特征是集中管理和分散控制 主要分为三部分：操作管理站、现场控制站和通信网络，以实 现分散控制与集中管理和操作的功能。 操作管理站负责系统的管理、控制组态、系统生成，实现控 制系统的控制操作、过程状态显示、报警状态显示、历史数 据的收集和各种趋势显示及报表生成与打印等
1-16
控制周期（采样周期）：完成实时数据采集、 实时控制决 策，实时控制 输出所用的时间。
实时的概念：是指信号的采集、计算决策、输 出控制都要在一定的时间内完成， 满足系统的要求。
嵌入式测控系统
2）输出设备，用于数据的输出。常见的输出设备有各种显示器、各种打印机、绘图仪等。
3）外存储设备，用于存储程序和数据。常见的外存储设备有硬盘、软盘、光盘设备、存储卡等。
（2）专用外设及其接口：在嵌入式测控系统中，专用外设是指那些为完成用户要求的功能而必须使用的外 设。在实际应用中，由于对测控系统功能要求的多样性，实现这些要求的技术途径灵活性，使得专用外设的种类 繁多。例如，发光二极管、继电器、直流电A/D器件、D/A器件、按键等都可以认为是专用外设。
(2)实时性
嵌入式测控系统的一大特点就是必须实时响应和处理事件。因为，在这样的系统中，经常对事件的响应提出 规定的时限，要求刻不容缓地进行处理。当嵌入式测控系统比较复杂，要求实时响应的事件比较多时，设计者就 更应当考虑和处理有关实时性的问题。现实中的事件有非周期性随即出现的，也有周期性发生的。对于前者，在 系统设计时就必须考虑到最坏的情况一一即最大出现率的情况下，如何应付这种情况。对于后者，在设计时就必 须保证有足够的性能来响应它们。
简介
简介
嵌入式计算机系统的出现，是计算机发展史上一个重要的里程碑。嵌入式系统诞生于微型计算机时代，它与 通用计算机系统的专业化分工发展导致20世纪末、21世纪初计算机技术的飞速发展。通用计算机按照高速、海量 存储技术发展，而嵌入式系统的发展则完全不同，走的是单芯片化道路。它以体积小、功能全、性价比高等诸多 优点而独具特色，在工业控制、军事武器、通信设备、信息处理、家用电器等用领域中独占鳌头，迅速地将传统 的电子系统发展为智能化的现代电子系统时代 。
不管是常规外设还是专用外设，它们的接口要完成的功能是都是一样的。接口应该提供计算机与外设的信息 传送的通路;实现外设状态的输入和对外设控制信息的输出；实现电平转换、信号形式(数字信号与模拟信号)的 转换以及快速的处理器与慢速的外设间的同步 。
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。
测控技术简介
39
智能测控的含义
近年来，人们发现一些现代信息处理技术，如模式识 别、聚类分析、信息融合等也从不同角度模仿了人类 对处理信息的思维和行为，并将它们引入到智能测控 系统中，取得很好的结果。计算机在处理大量数据、 图像信息、符号逻辑、模糊信息、知识和经验等方面， 具有强大的功能，是实现智能测控最有力的、不可缺 少的工具。因此，智能测控系统可以认为是自动控制、 人工智能(专家系统、模糊逻辑、神经网络)、现代信息 处理(模式识别、聚类分析、信息融合)以及计算机等多 门学科的集合和交叉。
测控专业概论——谢维成
8
凤凰卫视关于中国导弹击毁卫 星的报道
测控专业的角度如何实现
计算机技术，软件技术 传感器技术 测控系统实时性，实时性的保障
测控专业概论——谢维成
9
测控系统的典型结构框图
测控系统中计算机根据给定输入信号、反馈信 号与系统的数学模型进行信号处理，实现控制 策略，通过执行机构控制被控对象，达到预期 的控制目标。
测控专业概论——谢维成
34
其他虚拟仪器开发平台
目前 LabVIEW 已经成为虚拟仪器开发的主流 平台 , 其图形化的编程方式已经被广为接 受。 但是 , 部分科研人员已经对 C 语言、 VisualC++ 和 Visual Basic 等高级语言相当熟 悉 , 并且已经开发了大量用于测量的原代码。 为了使这部分用户也可以快速、高效地开发虚 拟仪 器程序 , 美国 NI 公司又开发了 Measurement Studio 。
测控专业概论——谢维成
5
测控专业概论——谢维成
6
测控专业概论——谢维成
7
计算机测控系统的概念
测就是测量和感知，也就是要获得目标 对象的信息，控就是控制，是根据目标 对象的现象判断目标对象是否符合预期 控制目标，并采取相应措施。测和控只 是某一时间段就可以完成的行为，而根 据测量结果判断目标状态是否符合要求 则需要控制算法的判断参与，这一作出 决定的过程可以由人工或控制系统来完 成，测、控、以及控制算法就构成一个 测控系统。
arm和单片机的区别
ARM和单片机的区别首先，在指令上的区别：51单片机的指令格式是8位的，arm汇编的指令是32位的，而且arm还支持16位的指令。
2, arm是单周期指令，而51单片机要多arm是单周期指令，要多个机器周期才执行完一条指令。
其次，说说嵌入式系统，是指嵌入式硬件和嵌入式软件，ARM准确来说是一个软核，别的公司购买这个授权后就可以生产ARM处理器如三星的44b0,2410,2440,单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
在使用范围中：单片机：适用于简单的测控系统，功能相对简单，价格较低,单片机的工作ARM和dsp都能作，只是它便宜（而且有些单片机可靠性比arm和dsp都要强，比如工业控制用的单片机），主要当作简单的控制器来使用，比如工业中的温度控制等。
ARM：具有强大的事务处理功能，可以配合嵌入式操作系统使用,ARM是通用处理器，和x86一样，可以在上面跑各种操作系统。
单片机的应用可以很广,不是你理解的简单测控系统,现在航空上的使用器件也有不少是"简单"的单片机控制的..即使说到8位的单片机, 目前大部分工控如果做的还可以的话,都够用了。
单片机是指采用超大规模集成电路技术把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块芯片上，构成独立的的计算机系统。
因此从概念来讲51系列和arm系列都属于单片机。
51单片机出现比较早，现在还大量应用，厂家很多、芯片类型丰富，应用非常广泛。
ARM出现比较晚，但功能强大，功耗低，产品系列也很丰富，现在应用也非常多。
其次,单片机和arm的区别在于它的单位时钟频率不同, 这2个都可以配合操作系统使用.. 能完成的功能和他外围的设计相关，arm是用来跑系统，做事务调度的；单片机一般认为就是微控制器，侧重于控制，数据处理能力很弱。
第1章 测控系统简介
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。
计算机控制技术01 计算机控制系统概述
9）通信或网络功能。利用计算机的数据通 信功能，可以大大增强测控系统的外部接口功 能和数据传输功能。采用网络功能的测控系统 则将拓展一系列新颖的功能。
10）自我诊断功能。采用计算机技术后， 可对控制系统进行监测，一旦发现故障则立即 进行报警，并可显示故障部位或可能的故障原 因，对排除故障的方法进行提示。
计算机控制系统是以微机为核心，单纯 以程序“控制”为目的的系统。
计算机
输出信号 调理器
执行机构
控 制 非电量 对 象
计算机测控系统
以微机为核心，以“监测”和“控制”为
目的、测控一体化的系统。
这种系统对被控对象的控制是依据对被控对象的
测量结果决定的。一般称为“计算机控制系统”
测 控 非电量 对 象
传感器
执行机构
输入信号 调理器
输出信号 调理器
计算机 显示器
计算机集中监控室
测控系统微机化的重要意义
传统的测控系统主要由“测控电 路”组成，所具备的功能较少，也比 较弱。随着计算机技术的迅速发展， 使得传统的测控系统发生了根本性变 革，即采用微型计算机作为测控系统 的主体和核心，替代传统测控系统的 常规电子线路，从而成为新一代的微 机化测控系统。
被测控参数 执行机构
显示器
传统手动控制
被
测
参
传感器
数
调理电路 模块
显示仪表
现代检测系统
被
测
控 参
传感器
数
调理电路 块
执行机构
显示仪表
现代手动控制系统
被
测
控
参
传感器
数
调理电路 模块
执行机构
控制电路 模块
电气自动控制系统
4. 什么是测控系统的关键组成部分？
4. 什么是测控系统的关键组成部分？4、什么是测控系统的关键组成部分？测控系统在现代科技领域中扮演着至关重要的角色，它广泛应用于工业生产、航空航天、医疗设备、环境监测等众多领域。
那么，究竟什么是测控系统的关键组成部分呢？让我们一起来深入探讨一下。
首先，传感器是测控系统的“感知器官”。
它们负责将被测量的物理量，如温度、压力、位移、速度等，转换为电信号或其他易于处理和传输的信号。
传感器的精度、灵敏度、响应速度和稳定性直接影响到整个测控系统的性能。
例如，在工业生产中的压力传感器，如果其精度不够高，就可能导致生产过程中的参数控制不准确，从而影响产品的质量。
在航空航天领域，用于测量飞行器姿态和速度的传感器，必须具有极高的灵敏度和可靠性，以确保飞行安全。
数据采集模块则是将传感器输出的信号进行收集和整理的重要环节。
它要能够准确地获取传感器的信号，并进行必要的滤波、放大、模数转换等处理，将模拟信号转换为数字信号，以便后续的计算机处理。
一个高性能的数据采集模块能够有效地减少噪声干扰，提高数据的准确性和可靠性。
计算机系统是测控系统的“大脑”。
它负责对采集到的数据进行处理、分析和存储。
通过各种算法和软件，计算机可以对数据进行实时监测、趋势分析、故障诊断等操作。
强大的计算能力和高效的软件算法是保证测控系统能够快速、准确地处理大量数据的关键。
例如，在复杂的工业控制系统中，计算机需要实时处理多个传感器的数据，并根据预设的控制策略，迅速做出决策，调整生产过程中的参数。
通信模块是测控系统的“信息通道”。
它确保了数据在系统内部各组件之间以及与外部设备之间的顺畅传输。
无论是有线通信还是无线通信，都需要具备高速、稳定、可靠的特点。
在现代测控系统中，网络通信技术的应用越来越广泛，使得远程监控和分布式测控成为可能。
执行机构是测控系统的“行动力量”。
根据计算机系统的指令，执行机构对被控制对象进行相应的操作。
例如，在自动化生产线上，电机、阀门等执行机构根据控制信号来调整生产线的运行速度、物料流量等。
计算机测控技术知识点
第一章计算机控制系统概述1. 什么是计算机控制系统? 其工作原理是怎样的？2. 画图说明计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？3. 计算机控制系统的软件起什么作用？4. 计算机控制系统中的实时性、在线方式和离线方式的含义是什么？实时、在线方式和离线方式的含义是什么?5. 计算机控制系统的典型形式有哪些?各有什么优缺点?6. 计算机控制装置可以分成哪几种类型?7. 简述计算机控制系统的发展概况。
8. 讨论计算机控制系统的发展趋势。
1.画图说明模拟量输出通道的功能、各组成部分及其作用。
2.D/A转换器的性能指标有哪些？3.用8位DAC芯片组成双极性电压输出电路，输出电压范围为-5V--+5V，求对应下列偏移量的输出电压：（1）80H；（2）01H；（3）7FH；（4）40H；（5）FFH；（6）FEH4.请分别画出D/A转换器的单极性和双极性电压输出电路，并分别推导出输出电压与输入数字量之间的关系式5.试用DAC0832芯片设计一个能够输出频率为50Hz的方波电路和程序。
6.DAC0832与CPU有哪几种连接方式？他们在硬件接口及软件程序设计上有何不同？7.为什么高于8位的D/A转换器与8位危机接口连接时必须采用双缓冲方式？这种双缓冲方式与DAC0832的双缓冲方式在接口上有什么不同？8.试用8255A与DAC1210设计一个12位的D/A转换接口电路，并编写出程序（8255A的地址为8000H～8003H）1.画图说明模拟量输出通道的功能、各组成部分及其作用。
2.请分别画出一路有源I/V 变换电路和一路无源I/V 变换电路图，并分别说明各元器件的作用。
3.试用CD4051设计一个32路模拟多路开关，要求画出电路图并说明其工作原理。
4.采样有几种方法？采样周期越小越好吗？为什么？5.采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器?为什么？6.简述逐次逼近式、双积分式和电压/频率式的A/D转换原理。
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
测控系统技术
测控系统技术测控系统是指能够对被测对象进行准确测量和控制的系统。
它广泛应用于工业生产、科研实验、环境监测等领域。
测控系统技术的发展，推动了现代化生产和科学研究的进步。
本文将介绍测控系统技术的基本原理、应用领域和发展趋势。
基本原理测控系统技术的基本原理包括传感器、信号调理、数据采集与传输、数据处理与分析以及控制执行等方面。
1.传感器：传感器是测控系统的重要组成部分，用于将被测量转化为与其相对应的信号。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。
传感器的选择要根据被测量的特性和精度要求进行。
2.信号调理：传感器输出的信号通常十分微弱，信噪比低，需要进行信号调理以提高信号质量。
信号调理包括放大、滤波、增益调整等过程，以保证后续的数据采集和处理能够获得高质量的信号。
3.数据采集与传输：数据采集器负责将信号转换为数字信号，并通过数据总线传输给计算机或控制设备。
采用模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，并通过串行或并行接口传输。
4.数据处理与分析：通过计算机对采集到的数据进行处理和分析，提取出有用的信息。
数据处理包括数据滤波、数据校正、数据压缩等过程。
数据分析可以通过统计学方法、机器学习算法等手段进行。
5.控制执行：测控系统技术的最终目的是对被测对象进行控制。
通过控制执行器，对被测对象进行控制，以达到预定的目标。
应用领域测控系统技术在众多领域得到了广泛应用。
1.工业生产：在工业生产中，测控系统可用于实时监测生产过程中的各项参数，如温度、压力、流量等。
通过对这些参数的控制和调节，可以提高产品质量和生产效率。
2.科研实验：在科学研究中，测控系统可用于实时监测实验过程中的各种参数，如温度、湿度、压力等。
通过对这些参数的监测和控制，可以保证实验的准确性和可重复性。
3.环境监测：测控系统可应用于环境监测领域，如大气污染监测、水质监测等。
通过测控系统对环境参数进行实时监测和控制，可以及时发现和处理环境问题。
- 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)。
单片机系统连接光电开关模块，该模块的功能为采集外部开关信号。代表是否有人通过。
单片机系统连接继电器模块，该模块的功能为控制外部220V交流照明灯的亮与灭。
计算机与单片机系统通讯通过RS232来进行。
命令协议格式： 协议字节顺序 第一字节
第二字节
第三字节 第四字节
协议格式含义
数据头
操作类型选Leabharlann 操作内容9.2简单计算机干预自控系统项目目标与项 目规范
• 9.2.1简单计算机干预自控系统设计思想 • 整体系统行为过程分析： • （1）单片机系统启动后将有两种可能，一种是等待计算机发来命令在确定是进入开始
工作状体还是进入停止工作状态。但是考虑到单片机系统等待的过程实际上就是不工 作，也就是相当于进入了停止状态，所以开机应该直接进入停止工作状态。 • （2）由1的分析，开机直接进入停止工作状态后，应当向计算机系统不间断发出采集 的数据信号，因此采集数据应当是独立运行的软件。在单片机系统中应当采用定时器 中断来实现。 • （应3当）实当时收发到送计数算据机到发计来算的机开。始因工此作也命应令当则有进2入中开的始定工时作器状中态断。软即件便部是分开的始实工时作采状集态信也号。 • （电4器）开开灯始。工当作信状号态消的失行等为待：一单段片时机间系后统关等闭待继采电集器光，电则传灯感被器关的闭信。号此，过如程果一有直则重启复动。继 • （5）开始工作命令与停止工作命令的切换，当在工作状态收到停止工作命令时，应当 完成当前任务之后再进行切换；停止工作命令则无此问题。命令接收只需要串口中断 即可。
• 在第七章的7.1节当中我们简单介绍了入侵检测系统，本章希望通 过基于前面章节的设计来完成一个带有计算机干预的测控系统。 该系统需要达到两方面的能力，第一方面是系统本身是独立的， 大致与第七章一致。第二方面是系统能够完成基本的计算机通讯 能力，即：由计算机干预该独立系统的工作过程，该系统能够实 时向计算机汇报其工作状态
数据尾
系统开启
0XAA
FF
FF
0X55
系统关闭
0XAA
FF
00
0X55
9.2简单计算机干预自控系统项目目标与项
目规范
[要求]
1、必须写出算法文档（中文、伪代码均可）
9、讲解用PPT,讲解用PPT上交文件名为：
模块项目讲解文件.PPT
[注意]
10、全部文档资料整理打包,文件名为：
1、主程序一个算法
序号_姓名.rar
9.2简单计算机干预自控系统项目目标与项 目规范
• 9.2.1简单计算机干预自控系统设计思想
计算机 系统
串行通 讯软件
V
D+ D-
V
D+ D-
USB转 RS232
RX TX
G
G 模块 G
继电器 模块
VSG
单片机 主控板
VSG
光电传感 器模块
9.2简单计算机干预自控系统项目目标与项 目规范
• [任务名称]简单计算机干预自动控制系统设计要求
9.1计算机干预自控系统简介
单片机 主控板
控制部分 测控 目标
测量部分
• 上图表达了本章需要设计与实现的计算机干预测控系统的基本架构。上面的设计 思路是可以用计算机来控制单片机主控系统，也就是将单片机的测控系统过程当 中引入计算机的干预过程。其中：计算机与单片机主控之间实现双向通讯，单片 机主控一方面获取测量的数据，一方面对控制部分进行控制调节。对于被测目标 而言，这属于一个简单的闭环自动控制系统。本章的目标是希望这个简单的自动 控制过程中能够引入计算机的干预，将系统状态反馈给计算机，并由计算机进行 突发的决策干预过程
• 本章的主要顺序为： 首先给出简单计算机控制系统的项目规范，其中包含需要实现的
具体功能。 第二，使用对物理的电路连接方式进行介绍； 第三，实际搭建出该简单计算机控制系统；最后通过编写控制代
码来对该简单计算机控制系统进行测试与使用
本章要点
• 本章需要掌握的要点如下： ·简单计算机控制系统的物理电路设计思想与实际搭建 ·简单计算机控制系统的软件算法设计思想 ·使用C语言编写软件实现简单计算机控制系统的行为
a) 源代码中最上面一行加一个注释，写上：序号_姓名
4. 硬件测试文档,硬件测试文档上交文件名为：
2. 每个子程序（函数）各自一个算法
[注意]序号_姓名.rar打包文件目录列表：
2、必须画出程序流程图
1. XXX算法文档.doc
[注意]
2. 程序流程图.doc
1、主程序一个程序流程图
3. XXX.C
2. 每个子程序（函数）各自一个程序流程图
[注意]源代码需要达到如下要求：
3. 源代码上交与注释规范。
• 本章需要了解的要点如下： ·简单计算机控制系统的基本原理 ·简单计算机控制系统的简单项目规范
目录
• 9.1计算机干预自控系统简介 • 9.2简单计算机干预自控系统项目目标与项目规范 • 9.3硬件系统设计与实现 • 9.4软件系统设计与实现 • 9.5系统联合调试
9.1计算机干预自控系统简介
9.2简单计算机干预自控系统项目目标与项 目规范
• [目标] 一个受到计算机控制的感应灯系统
• 计算机能够随时干预该系统的开启工作与停止工作，当该系统开 启工作状态时、检测外部信号来即启动继电器开灯，并在信号离 开一段时间之后关灯，其工作过程与感应灯一致；当该系统处于 停止工作状态时，无论是否有外部信号来临不作任何操作。并且， 该系统能够不间断发送外部状态信号与灯开关状态信号到上位机 系统。
第九章：简单计算机测控系统
Introduction
• 简单计算机控制系统是将自动控制与计算机通讯联合起来进行设计与 实现的一个简单计算机干预测控系统。本章需要介绍的计算机控制系 统是在前面章节学习的基础上，通过结合第八章介绍的RS232通讯、与 第七章介绍的简单测控系统，来设计与实现一个基本计算机干预控制 系统。
• [目标简述]完成简单计算机干预下的感应照明灯自动控制系统
• [具体功能]
单片机系统启动后直接进入停止工作状态，等待计算机发送开始自动工作命令。
计算机系统发送开始工作命令，单片机系统进入自动工作状态。
计算机系统发送停止工作命令，单片机系统进入停止工作状态，并等待计算机发送开始工作命 令
无论在开始工作还是在停止工作状态，单片机系统应该实时向计算机系统传递测控端目标接口 的工作状态数据。