《智能仪器技术和应用》B卷答案

《智能仪器技术及使用》B卷答案

一、简答题（每题4分，共20分）

1、叙述智能仪器的基本组成、工作原理及发展趋势？

答：智能仪器由硬件和软件两大部分组成。硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、通信接口电路。软件分为监控程序和接口管理程序两部分。

如图为典型智能仪表结构，由三个层次构成

…………1’智能仪器的工作原理：传感器获取被测量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经a／d转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理（如非线性校正等）；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果和存储于片内flashrom（闪速存储器）或e2prom（电可擦除存贮器）内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号（如报警装置触发、继电器触点等）。此外，智能仪器还可以和pc机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种测量信号和数据，通过串行通信将信息传输给上位机——pc机，由pc机进行全局管理。…………2’智能仪器是计算机科学、电子学、数字信号处理、人工智能等新兴技术和传统的仪器仪表技术的结合，逐步实现微型化，多功能化，人工智能化，随着专用集成电路、个人仪器等相关技术的发展，智能仪器将会得到更加广泛的使用。可以预料，各种功能的智能仪器在不远的将来会广泛地使用在社会的各个领域。…………1’

2、为什么智能仪器要具备自检功能？自检方式有几种？常见的自检内容有哪些？

答：所谓自检就是利用事先编制好的检测程序对仪器的主要部件进行自动检测，并对故障进行定位。自检功能给智能仪器的使用和维修带来很大的方便。…………1’智能仪器的自检方式有三种类型：

（1）开机自检…………1’

（2）周期性自检…………1’

（3）键盘自检…………1’

3、什么叫软测量？软测量建模可以用那些方法？

答：对于难于测量或暂时不能用单独的仪表进行测量的被测变量（又称为主导变量），选择另外一些容易测量的变量（又称二次变量或辅助变量），想法构成这些辅助变量和被测变量之间的某种数学关系，就可以用数据处理软件代替单独的仪表这种硬件，通过计算、估计和推断确定被测变量。…………2’

软测量建模的方法：(1)机理建模；(2)机理建模和经验建模相结合；(3)回归分析建模；

(4)人工神经网络建模；(5)其它方法建模…………2’

4、什么是模糊控制？它的特点是什么？

答：模糊控制是基于模糊推理，模仿人的语言表达方式和思维方式，对难以建立精确数学模型的对象实施的一种智能控制技术。它是模糊技术和控制技术相结合的产物，是智能技术的一个重要分支。…………1’

模糊控制的特点在于：

（1）不要求知道被控对象的精确数学模型，只需要提供现场操作人员的经验及其操作数据；（2）控制系统的鲁棒性强，适合于解决常规控制难以解决的非线性、强耦合、时变和时滞系统；

（3）以语言变量代替常规的数学变量，容易构成专家“知识”；

（4）控制推理模仿人的思维过程，采用“不精确推理”，融入了人类的经验，因而能处理复杂乃至病态的系统。…………3’

5、如何抑制来自电网和电源的干扰？系统的屏蔽和接地应注意哪些问题？

答：智能仪表的供电线路是干扰的主要入侵途径, 而且微机系统对来自供电源的干扰又特别敏感, 所以设计一个抗干扰的直流稳压电源是智能仪表电磁兼容性设计的重要环节, 通常采取的措施有如下几种：(1)微机系统和产生干扰的设备分开供电(2)设计抗干扰稳压电源(3)选用高性能的电源(4)供电电路上的抗干扰措施(5)接地问题…………2' 系统的屏蔽和接地设计应注意如下几个方面:(1) 一点接地和多点接地的使用原则。(2) 屏蔽层和公共端的连接当一个接地的放大器和一个不接地的信号源连接时, 连接电缆的屏

蔽层应接到放大器公共端, 反之应接到信号源公共端。高增益放大器的屏蔽层应接到放大器的公共端。(3)信号地应和交流地、功率地分开。(4) 屏蔽地( 或机壳地) 接法随屏蔽目的不同而异。 …………2'

二、论述题（每题10分，共20分）

1、如何利用单片机及相应的外围电路实现频率信号的同精度测量？分析测量误差。

答：使用单片机的两个定时器，定时器0工作在方式1（16位定时器方式），定时器1为被测信号输入端，工作在方式1（16位计数器方式）。

单片机先清除两个计数器，再发出START 信号表示定时计数开始，在fx 的上升沿到来之前D 触发器仍关闭两计数门，由fx 上升沿开启两计数器计数，即定时开始和被测信号同步。单片机内部定时一到就改变START 信号，触发器要等fx 的又一个上升沿到来时才跳变而关闭计数器，即定时结束和被测信号同步。

…………5’

测频过程原理如下图所示，设被测信号和定时器0的计数周期分别为“T ”和“t ”，测频开始，被测信号第一个上升沿①到来时，同时打开定时器0和定时器1，开始计数，当定时器0计满65536个周期后，被测信号的下一个上升沿②到来时，同时关闭定时器0和定时器1，此时，设计数器1所计信号周期数为N ，定时器0的TH0，TL0中所计数为n 1，则定时器0所定时间为nt ＝(65536+ n 1)*t ，又因为NT ＝nt ，从而，得出被测信号的周期T ＝

nt/N ，进一步可求得被测信号的频率f ＝1/T 。

…………5’ 2、试述多单片机系统、计算机网络系统、现场总线系统以及它们之间的区别。

答：多单片机系统指单板（或多板）情况下，多单片机互联通信，交换数据，分工协作完成总体任务的系统。多单片机互连形式多种多样，通信协议不对外开放，通信形式和互联形式又是密切关联的。 …………3’ 计算机网络系统是计算机技术和通信技术相结合的产物，就是利用通信设备和线路将① ② NT 计数器1 nt

t 定时器0

65536t