智能仪器设计实例

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智能仪器设计实验报告

智能仪器设计报告姓名：学号：专业：电子信息工程日期：2012-11-14南京理工大学紫金学院电光系摘要本课题是设计并制作一个基于单片机和Labview的智能数字电压表，实现电压的自动换挡，提高测量精度。

电压表分成三档0~100mV；100mV~1V；1~5V，利用程控增益放大器改变放大器的放大倍数，将各档内的输入电压依次放大50倍，5倍，1倍；程控放大器的输出端经ADC0809进行A/D转换，转换结果传输给AT89C51，AT89C51根据结果将信息反馈给多路选择器从而改变放大器放大倍数的，并利用串行通信发送给上位机，在Labview上实现测量数据的显示。

关键词：智能数字电压表AT89C51 A/D转换程控放大器引言《智能仪器课程设计》是一门理论和实践相结合的课程。

它融入了现代电子设计的新思想和新方法，将智能仪器和虚拟仪器的理论和知识相结合，再结合所学的模拟电路和数字电路及单片机的理论和知识，设计、制作一个智能数字电压表，通过理论和实际的应用，帮助学生进一步提高系统的知识和实际设计能力。

本课程对于推动信息电子类学科面向21世纪课程体系和课程内容改革，引导、培养大学生创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，促进广大学生踊跃参加课外科技活动和提高毕业生的就业率都会起到了良好作用。

1 主要技术指标和要求1.1（1）输入电压：0~5V（直流）；（2）分成三档：0~100mV；100mV~1V；1~5V；（3）自动根据输入电压换挡；（4）测量精度：最大值的0.4%；（5）自动校零；（6）利用虚拟仪器实现测量结果在微机上显示1.2 实物要求根据智能仪器的设计要求，在仿真的基础上，对系统的程控放大器在面包板上完成连接、装配、调试并和单片机的开发系统连接并通过开发系统与微机连接，最后在微机上显示所测的电压数值。

1.3 实验仪器单片机与微机；功率函数信号发生器： SP1631A；万用表：UNI-T1.4 主要器件及典型电路形式（1）本次课程设计用器件介绍：单片机实验箱、微机、OP07、AD0808、Protues、Protel、Labview、Keil C51、（2）典型数字电路形式和模拟电路：程控运放电路2工作原理：2.1 智能仪器数字电压表电路设计1.软件设计总流程图：2.各个组成模块：I.量程自动切换电路:同相放大器的放大增益为：K=1+R f/R S , 在本电路中使R6、R7分别为R5的50 倍和5倍。

智能仪器设计综合实例

题目一:简易单回路温度控制器1.系统功能单回路温度控制器实际上是以单片机控制为核心，根据设定目标温度值进行自动或手动调节的单回路温度控制系统，主要包括温度控制、温度检测、参数显示、报警指示、通讯等部分。

根据模式值，可查看相应的参数，如设定温度值、温度上限报警值等，并根据需要可对参数进行修改、保存等。

同时本控制器能与上位机通讯，可以由上位机修改设定温度，并实时显示温度值和趋势曲线，与温度控制器配合可构成一套完整的温度监控系统。

2.技术指标1)设定温度显示、实时温度显示；2)温度上、下限报警；3)温度上、下限报警值设定；4)目标温度值设定；5)放大电路放大倍数设定；6)PID控制参数的设定；7)手动加热设定值；8)手动/自动设定；9)温度零点标定；10)参数保存；11)上位机目标温度值设定；12)上位机实时温度波形曲线图显示题目二: 基于单片机的烘干箱控制系统设计1.技术指标烘干箱的具体指标如下：(1) 烘干箱由2 kW电炉加热，最高温度为500℃。

(2) 烘干箱温度可预置，烘干过程恒温控制，温度控制误差≤±2℃。

(3) 预置时显示设定温度，烘干时显示实时温度，显示精确到1℃。

(4) 温度超出预置温度±5℃时发声报警。

(5) 对升降温过程的线性没有要求。

2 总体思路产品的工艺不同，控制温度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同。

就温度控制系统的动态特性来讲，基本上都是具有纯滞后的一阶环节，当系统精度及温控的线性性能要求较高时，多采用PID算法或达林顿算法来实现温度控制。

本系统是一个典型的闭环控制系统。

从技术指标可以看出，系统对控制精度的要求不高，对升降温过程的线性也没有要求，因此，系统采用最简单的通断控制方式，即当烘干箱温度达到设定值时断开加热电炉，当温度降到低于某值时接通电炉开始加热，从而保持恒温控制。

3 设计完成任务（1）完成硬件设计；（2）完成软件设计，包括：键盘管理程序、显示程序、温度检测模块、温度控制模块、温度越线报警模块、主程序和中断服务程序。

[精品]智能仪器设计实例

测试软件
测试软件
软件调试
初级子程序调试
模块程序调试
不需要调用其它子程序
监控程序调试
性能测试整机性能测试，需按照设计任务书规定的设计要求拟定一个测试方案，对各项功能和指标进行逐项测试。如果某项指标不符合要求，还得查明原因，作相应调整；直至完全达到设计要求为止。
第八章智能仪器设计实例
第一节第二节智能仪器的设计原则及研制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
第一节
智能仪器的设计原则及研制
智能仪器的研制开发是一个较为复杂的过程。为完成仪器的功能，实现仪器的指标，提高研制效率，并能取得一定的研制效益，应遵循正确的设计原则、按照科学的研制步骤来开发智能仪器。
2、较高的性能价格比原则
智能仪器的造价，取决于研制成本、生产成本、使用成本。设计时不应盲目追求复杂、高级的方案。在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单成熟的方案，意味着元器件少，开发、调试、生产方便，可靠性高。就第一台样机而言，主要的花费在于系统设计、调试和软件开发，样机的硬件成本不是考虑的主要因素。当样机投入生产时，生产数量越大，每台产品的平均研制费就越低，此时，生产成本就成为仪器造价的主要因素。显然，仪器硬件成本对产品的生产成本有很大影响。使用成本，即仪器使用期间的维护费、备件费、运转费、管理费、培训费等。必须在综合考虑后才能看出真正的经济效果，从而做出选用方案的正确决策。
软件设计研制：
软件设计作一个总体规划
程序功能块划分确定算法分配系统资源和设计流程图编写程序程序调试和纠错以及各部分程序连接及系
统总调
3．仪器综合调试及整机性能测试系统调试，以排除硬件故障和纠正软件错,并解决硬件和软件之间的协调问题。

智能仪器课程设计报告

智能仪器设计课程设计报告―――采用RS 485标准的主从式多机系统设计学生姓名：王**学号：*********班级：********任课教师：***成绩：1、设计要求a) 系统基本结构：1个51系列单片机主机、2个51系列单片机从机（从机1 和从机2）、采用RS 485组成主从式多机系统；b) 系统基本功能：在主机键盘上按“1”键，从机1的LED数码显示器上显示“1”，此后从机1键盘上每按下1个数字键，主机LED数码显示器上能显示对应的数字，当从机1键盘上按下“0”键时，此次通信结束，从机1键盘上再按下任意数字键，主机不显示相应数字；在主机键盘上按“2”，从机2的LED数码显示器上显示“2”，此后从机2键盘上每按下1个数字键，主机LED数码显示器上能显示对应的数字，当从机2键盘上按下“0”键时，此次通信结束，从机2键盘上按下任意数字键后，主机不显示相应数字；c) 选做：从机1和从机2可设计成相关物理量的测量系统，当主机呼叫从机时，从机能把最新的测量值发给主机。

2、方案论证（1）系统组成：由三个51单片机构成主从通信系统（本组使用的芯片型号是STC89C52，其功能是一致的），每个单片机搭配LED数码管显示器和键盘；通信采用RS-485标准，可使用MAX485芯片作为通信收发器，单片机控制MAX485的使能端进行发送和接受逻辑控制；单主机多从机的通讯系统需要区分地址信息和数据信息，可利用51串口模式中的模式2进行通信，修改主机的SCON.3状态表明主机发送的是否是地址信息，修改某台从机的SM2状态来建立和主机的唯一通信；数据输入使用键盘输入，数据显示可简单的使用数码管显示。

图1 系统结构图（2）串口模式分析：51单片机串口的2/3模式下是作为11位异步通信用，8位数据位后的第九位是可编程位SCON.3，主机可以对此位进行0或1赋值，进行地址信息和数据信息的区分，通常赋为1表示地址信息，为0表示数据信息；51单片机的串行口控制寄存器SCON的SM2位是专门用来使通信接口具有识别功能的多机控制位，在串行口以方式2/3接收时，若SM2=1，此时出现两种情况：第一，接收到的第九位为1（单片机接收时可编程位进入SCON.2），则前8位数据装入SBUF，并置RI为1，产生中断标志；第二，接收到的第九位为0，则不产生中断标志，接收信息被弃。

智能仪器课程设计

《智能仪器工程设计》课程设计报告姓名学号：学院：系(专业)：题目：智能温度测控仪2012年05月10日温度控制系统的设计摘要：本设计以AT89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。

温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。

文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、PC机与单片机串口通讯电路和一些接口电路。

单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。

文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。

目录1引言 (1)2 设计说明 (1)3 工作原理 (1)4 方案设计与论证 (2)4.1 主控制部分 (3)4.2 测量部分 (3)5 各单元的设计 (8)5.1 键盘单元 (8)5.2 温度控制及超温和超温警报单元 (10)5.3 温度控制器件电路 (11)5.4 温度测试单元 (11)5.5七段数码管显示单元 (11)5.6 接口通讯单元 (13)6 电源输入单元 (14)7 程序设计 (15)7.1 概述 (15)7.2 程序结构分析 (16)7.3 主程序 (17)8. 测试分析 (17)结论 (18)附录A使用说明 (19)附录B程序清单 (19)1 引言温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。

这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。

传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。

控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。

智能仪器整机设计报告

智能仪器整机设计报告智能仪器整机设计报告一、引言智能仪器是一种利用微处理器及相关技术，能够通过自主获取、处理和显示测量数据的仪器。

本设计报告旨在介绍一款智能仪器的整机设计，并详细说明设计所采用的硬件和软件方案。

二、设计原理该智能仪器主要由微处理器、传感器、显示屏和按键等组成。

微处理器用于采集、处理和存储传感器所获取的测量数据，通过显示屏和指示灯显示数据的具体数值和状态。

按键可以实现对仪器的开关和设置。

通过现代的通信技术，智能仪器还可以实现数据传输，实现与其他智能设备的联动。

三、主要模块设计1.微处理器模块：选用高性能的ARM架构微处理器，具有快速运算和稳定性好的特点。

可通过串口和其他模块进行通信。

2.传感器模块：根据测量需求选择相应的传感器，如温度传感器、压力传感器等。

采用模拟转数模块将模拟信号转换为数字信号，并与微处理器连接。

3.显示屏模块：选用高分辨率和高亮度的液晶显示屏，通过显示控制模块将微处理器处理的数据显示在屏幕上，供用户直观查看。

4.按键模块：用于用户对仪器的开关和设置操作。

通过按键控制模块将用户操作传递给微处理器。

5.通信模块：可以选择蓝牙、WIFI等通信方式，实现仪器与其他智能设备的通信和数据传输。

四、硬件设计该智能仪器整机设计需要配备合适的电源系统，以提供稳定的电源供应。

同时需要进行线路布局和电路连接，保证各个模块之间的连接和通信。

五、软件设计1.驱动程序设计：编写适配各个模块的驱动程序，包括传感器驱动程序、显示屏驱动程序和按键驱动程序等。

2.用户界面设计：设计直观简洁的用户界面，通过图形化显示数据和操作按钮，提供用户友好的操作体验。

3.数据处理算法设计：根据测量需求，设计合适的数据处理算法，对传感器获取的数据进行处理和分析，得到有效的测量结果。

4.通信协议设计：设计数据传输的通信协议，实现仪器与其他设备间的数据交互。

六、测试验证完成硬件和软件的设计后，进行整机测试验证，检查各个模块之间的连接和通信是否正常，测量结果是否准确可靠。

基于C51单片机的智能仪器综合设计实验

基于单片机的智能仪器综合设计实验一、实验目的在实验一~实验三的基础上，完成综合设计实验，学会信号采集、数据处理、键盘控制、LCD或LED显示等功能的智能仪器设计。

二、复习与参考实验一~实验三三、设计指标利用K分度号热电偶进行温度检测，测温范围为500-1200ºC，室温为20ºC，用LCD或LED显示室温和测量温度。

具有4路温度信号循环检测功能，通道切换时间可调；具有任意指定通道显示功能。

四、实验要求1.选择传感器，设计硬件电路,包括检测电路、信号调理电路、AD转换电路、单片机最小系统、LED显示（单号）、LCD显示（双号）、独立式按键，画出电路原理图。

2.画出软件流程图。

3.用Keil C51编写程序。

3.实验结果在LCD或LED上显示出来。

4．实验前完成第1、2项备查。

五、实验仪器设备和材料清单PC机；单片机实验板、连接导线、ST7920图形液晶模块Keil c51软件六、实验成绩评定方法实验成绩包括预习、实验完成质量、实验报告质量3部分组成，各部分所占比例分别为30%、40%、30%。

八、实验报告要求实验报告格式：●实验名称●实验目的●实验内容●硬件设计●软件设计●调试过程●参考文献●附1：电路原理图●附2：程序清单附录：实验程序源代码如下：(陈寅)#include "reg51.h"#define THC0 0xee //5ms时间常数设置#define TLC0 0x00sbit ADWR=P3^6; /***WR*****/sbit ADRD=P3^7; /***RD*****/sbit ADCS=P2^7; /***CS*****/sbit EOC=P3^3; /***EOC****/sbit ADA=P1^3; //通道选择引脚sbit ADB=P1^4;sbit ADC=P1^5;sbit CS =P1^0; /****************/sbit SID=P1^1; /**液晶引脚定义**/sbit SCLK=P1^2; /****************/sbit MODE=P2^0; /*************************/sbit UP=P2^1; /*四个按键接口，0表示按下*/sbit DOWN=P2^2; /*************************/sbit LED1=P2^3; /**4个LED灯引脚定义**/sbit LED2=P2^4; /********************/sbit LED3=P2^5; /********************/sbit LED4=P2^6; /********************//***************500～1200°C范围的K分度表，间隔10*******************/ unsigned int code K_TABLE[71]={20644,21066,21493,21919,22346,22772,23198,23624,24050,24476,24902,25327,25751,26176,26599,27022,27445,27867,28288,28709,29128,29547,29965,30383,30799,31214,31629,32042,32455,32866,33277,33686,34095,34502,34909,35314,35718,36121,36524,36925,37325,37725,38122,38519,38915,39310,39703,40096,40488,40897,41296,41657,42045,42432,42817,43202,43585,43968,44349,44729,45108,45486,45863,46238,46612,46985,47356,47726,48095,48462,48828}; unsigned char GetAdData[10]={0}; //存放获得AD值的数组变量unsigned char ViewTemperature[4]={"0000"}; //显示温度缓冲数组变量unsigned MODESelect=1;int ChangeTime=2; //通道切换时间，单位Sint TongDao=1;void delay(unsigned int j){unsigned char i;do{for(i=0;i<100;i++);}while(j--);}void send_command(unsigned char command_data) //发送命令{unsigned char i;unsigned char i_data;i_data=0xf8; //操作命令,可以查看资料delay(10);CS=1;SCLK=0;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}i_data=command_data;i_data&=0xf0;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}i_data=command_data;i_data=i_data&0x0f;i_data<<=4;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}CS=0;}void send_data(unsigned char command_data) //发送数据{unsigned char i;unsigned char i_data;i_data=0xfa; //操作命令,可以查看资料delay(10);CS=1;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}i_data=command_data;i_data&=0xf0;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}i_data=command_data;i_data=i_data&0x0f; //取低四位i_data<<=4; //左移四位，从而变成高四位for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}CS=0;}void InitLCD() //液晶初始化{send_command(0x30); //功能设置:一次送8位数据,基本指令集send_command(0x06); //点设定:显示字符/光标从左到右移位,DDRAM地址加1send_command(0x0c); //显示设定:开显示,显示光标,当前显示位反白闪动send_command(0x04); //显示设定:开显示,显示光标,当前显示位反白闪动send_command(0x01); //清DDRAMsend_command(0x02); //DDRAM地址归位send_command(0x80); //把显示地址设为0X80，即为第一行的首位}/* x,y为起始座标x(0<=x<=3),y(0<=y<=7),x为行座标,y为列座标;how为要显示汉字的个数;style为显示字符的类型，0表汉字，1表字母；str是要显示汉字的地址*/void Display(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char how,bit style,unsigned char *stri) //液晶显示{unsigned char hi=0;if(x==0) send_command(0x80+y);else if(x==1) send_command(0x90+y);else if(x==2) send_command(0x88+y);else if(x==3) send_command(0x98+y);if(style==0){for(hi=0;hi<how;hi++){send_data(*(stri+hi*2));send_data(*(stri+hi*2+1));}}elsefor(hi=0;hi<how;hi++) send_data(*(stri+hi));}float LvBo(void)//复合滤波{unsigned char max,min,i;unsigned int sum=0;float U1;max=GetAdData[0];min=GetAdData[0];for(i=0;i<10;i++){sum=sum+GetAdData[i];if(max<GetAdData[i]) max=GetAdData[i];if(min>GetAdData[i]) min=GetAdData[i];}sum=sum-max-min;U1=(float)sum/8;U1=10.0*((U1*5.0)/255); //换成mvreturn U1;}void search (void)//查表子函数{unsigned int da=0,max,min,mid,j;unsigned int var;da=LvBo()*1000; //u1扩大1000倍da=da+798; //20度max=71;min=0;var=0;while(1){mid=(max+min)/2; //中心元素位置if(K_TABLE[mid]==da) {var=mid*10;break;} //中心元素等于查表元素,计算相应温度else if(K_TABLE[mid]>da) max=mid-1;else min=mid+1;if(max-min==1) /*线性插值计算温度值*/{j=(K_TABLE[max]-K_TABLE[min])/10; /*表中相邻两值对应温度相差10°C*/j=(da-K_TABLE[min])/j;var=10*min+j;break;}if(max==min){if(da>=K_TABLE[min]){j=(K_TABLE[min+1]-K_TABLE[min])/10;j=(da-K_TABLE[min])/j;}else if(da<K_TABLE[min]){j=(K_TABLE[min]-K_TABLE[min-1])/10;j=(da-K_TABLE[min-1])/j;min=min-1;}var=10*min+j;break;}}var=var+500;ViewTemperature[0]=var/1000+0x30;ViewTemperature[1]=var/100%10+0x30;ViewTemperature[2]=var/10%10+0x30;ViewTemperature[3]=var%10+0x30;}void LcdDisplay(void){unsigned char ViewMODESelect,ViewTongDao[5]={"0 "},ViewChangeTime[5]={"00(S)"};ViewMODESelect=MODESelect+0x30;ViewTongDao[0]=TongDao+0x30;if(MODESelect==1||MODESelect==2){if(MODESelect==1) Display(0,3,5,0,"：自动切换");else if(MODESelect==2) Display(0,3,5,0,"：手动切换");Display(0,0,2,0,"模式"); //液晶显示Display(0,2,1,1,&V iewMODESelect);Display(1,0,5,0,"温度通道：");Display(1,5,5,1,V iewTongDao);Display(2,0,4,0,"温度值：");Display(2,4,4,1,V iewTemperature);Display(2,6,2,1,"℃");}else if(MODESelect==3){ViewChangeTime[0]=ChangeTime/10+0x30;ViewChangeTime[1]=ChangeTime%10+0x30;Display(0,0,2,0,"模式");Display(0,2,1,1,&V iewMODESelect);Display(0,3,5,0,"：设置时间");Display(1,0,5,0,"切换时间：");Display(1,5,5,1,V iewChangeTime);Display(2,0,14,1," "); //本行清屏}}void TDSelect(void) //AD通道设置{if(TongDao>=5) TongDao=1;if(TongDao<=0) TongDao=4;if(TongDao==1) {ADC=0;ADB=0;ADA=0;}else if(TongDao==2) {ADC=0;ADB=0;ADA=1;}else if(TongDao==3) {ADC=0;ADB=1;ADA=0;}else if(TongDao==4) {ADC=0;ADB=1;ADA=1;}}main(){unsigned char AdCount=0; //用来存放AD采集次数InitLCD();TMOD=0x11; //定时器0初始化TH0=THC0;TL0=TLC0;TR0=1;ET0=1;EA=1;P2|=0x07; //按键初始为高while(1){ADWR=1; /************/ADCS=0; /************/ADWR=0; /**AD初始化**/ADWR=1; /************/while(!EOC); //等待转换结束ADRD=0;GetAdData[AdCount]=P0; //读取转换结果AdCount++;if(AdCount>=10) //连续采集10次值{AdCount=0;search(); //查表LED1=!LED1;LcdDisplay(); //显示}}}void Timer0() interrupt 1{static unsigned char count=0,UPFlag=1,DOWNFlag=1; //按键标志位static unsigned int TimeCount=0;TH0=THC0;TL0=TLC0;if(MODE==0||UP==0||DOWN==0){count++;if(count>=30) //消抖处理{count=0;if(MODE==0) //按键按下{MODESelect++;if(MODESelect>=4) MODESelect=1;}else if(UP==0){UPFlag=0;if(MODESelect==2){TongDao++;TDSelect();}}else if(DOWN==0){DOWNFlag=0;if(MODESelect==2){TongDao--;TDSelect();}}}}else count=0;if(MODESelect==1){TimeCount++;if(TimeCount>=(ChangeTime*1000/5)){TimeCount=0;TongDao++;TDSelect();}}else if(MODESelect==3){if(UPFlag==0) {UPFlag=1;ChangeTime++;}else if(DOWNFlag==0){DOWNFlag=1;ChangeTime--;if(ChangeTime<=0) ChangeTime=1;}}}。

智能仪器课程设计实例

智能仪器课程设计实例一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握智能仪器的基本原理、结构和工作方式，培养学生具备分析和解决智能仪器实际问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解智能仪器的定义、分类和发展历程；（2）掌握智能仪器的基本原理和主要组成部分；（3）熟悉智能仪器的接口技术和通信协议；（4）了解智能仪器的应用领域和前景。

2.技能目标：（1）能够分析智能仪器的结构和工作原理；（2）具备智能仪器参数配置和调试能力；（3）能够运用编程语言进行简单的智能仪器编程；（4）具备智能仪器故障排查和维修能力。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对智能仪器行业的兴趣和热情；（2）树立学生科技创新意识，培养创新精神；（3）培养学生团队合作精神和沟通协调能力；（4）增强学生的社会责任感和使命感。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.智能仪器概述：智能仪器的定义、分类和发展历程；2.智能仪器的基本原理：传感器、微处理器、存储器、输入/输出接口等；3.智能仪器的结构与组成：硬件系统和软件系统；4.智能仪器的接口技术与通信协议：串口、以太网、USB、无线通信等；5.智能仪器的应用领域：工业自动化、生物医学、环境监测等；6.智能仪器的编程与调试：常用编程语言和开发环境，参数配置与调试方法。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行授课：1.讲授法：讲解智能仪器的基本原理、结构和应用领域；2.案例分析法：分析典型智能仪器的实际应用案例，提高学生的实践能力；3.实验法：学生进行智能仪器的操作和编程实践，锻炼学生的动手能力；4.讨论法：学生针对智能仪器的相关问题进行讨论，培养学生的思考和沟通能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《智能仪器设计与应用》；2.参考书：智能仪器相关论文和专著；3.多媒体资料：智能仪器的实物图片、原理图和视频教程；4.实验设备：智能仪器实验平台、编程软件和调试工具。

智能仪器实验报告模板

实验一、LabVIEW 编程实验（一）一、实验目的1、熟悉LabVIEW 图形编程环境。

2、熟悉前面板、方框图、快速和下拉菜单、选项板、VI 和帮助文档。

二、实验内容构建一个如图1所示的虚拟温度测量仪图1 虚拟温度测量仪本例模拟常用的温度传感器——AD590, AD590在一定的温度范围内, 可将温度数据线形变换为电流信号, 其转换公式为:I k temp =⋅其中I 为电流, temp 为温度, k 为温度系数。

整个温度测量仪的工作原理如下: AD590将温度数据转换为电流信号, 电流信号经过模数转换变为数字信号, 由虚拟温度测量仪显示电流数据, 计算出温度数据并显示出来。

为了设计方便, 用一个随机数据代替温度传感器输出的电流数据, 同时假设1/k A K μ=三、假定AD590的线形温度范围为0℃~100℃, 即273.1K~373.1K 。

四、实验步骤1、在前面板和框图上创建、选择、删除、移动对象。

2、单步调试代码、插入探针在程序执行时观察数据, 加亮执行观察代码执行。

3、完成实验要求的虚拟温度计的设计。

实验结果（包括前面板, 后面板）五、实验调试遇到的问题及解决方法实验二、LabVIEW编程实验（二）一、实验目的1.熟悉LabVIEW的循环结构、分支结构、顺序结构。

2.学会在LabVIEW中使用定时函数。

3.了解移位寄存器的使用。

4.熟悉公式节点。

5.熟悉反馈节点。

二、实验内容在掌握以上labview程序结构的基础上, 编程完成以下实例:1.while loop.vi: while循环2.feedback.vi: 反馈节点的使用3.fomular node.vi: 公式节点的使用4.register.vi, 移位寄存器的使用5、布尔case.vi：case结构, （0, 1）结构三、实验步骤1.熟悉编写虚拟子程序的设计和调试方法。

2.熟悉教学软件中给出的应用实例。

3、编程调试实现实验内容中规定的5个实例, 实例的Front panel 和Block Diagram都在附录中给出。

智能仪器的设计实例

多路远程温度检测系统采用分布式检测结构，由一台主机系统和多台从机系统构成。
➢ 从机根据主机的指令对各点温度进行实时或定时采集，测量结果不仅能在本地存储、显示，而且可以通过串行总线将采集数据传送至主机。
➢ 主机的功能是发送控制指令，控制各个从机进行温度采集，收集从机测量数据，并对测量结果进行分析、处理、显示和打印。
硬件电路设计的主要任务是从机系统及通信接口电路的设计。在从机系统中，键盘及LCD显示器的设计属于常规设计，此处省略。主要介绍模拟量输入通道(温度传感器、信号调理电路、A/D转换器)以及通信接口电路的设计。
1. 温度检测电路的设计
系统的温度检测范围为0～400℃，可选用的温度传感器有集成温度传感器、热电偶以及热电阻等。
❖ 稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。
第8章智能仪器的设计
仪用放大器AD620
❖ 差动放大电路适合一般的信号放大电路，但是电路精密度较差，且电路上变更放大增益时，必须调整两个电阻，影响整个信号放大精度的原因更复杂。
温度处于0～210℃时，继电器J1所在桥臂电阻为R32，继电器J2选择R5作为AD620的反馈电阻；温度处于195～ 400℃时，继电器J1所在桥臂电阻为R31与R32的串联，继电器J2选择R6作为AD620的反馈电组。系统在切换桥臂电阻时同步改变放大倍数，达到自动改变量程、提高测量精度之目的。
2. A/D转换电路的设计
第8章智能仪器的设计
❖ 本系统测量的是温度信号，不要求快速转换，可选用12位串行A/D转换器MAX187。
12位串行A/D转换器MAX187

哈理工智能仪器设计报告

哈尔滨理工大学课程实践题目:智能仪器原理及设计姓名:xxxxxxxx班级:测控12-5班学号：1205010510指导教师：苑惠娟成绩：完成时间：2015年6月18日目录目录 (2)一、实验目的及其意义 (3)1.1实验目的 (3)1.2实验意义 (3)二、实验内容 (4)2.1设计波形 (4)2.2设计内容 (4)2.3实验用设备 (4)三、实验要求 (4)3.1绘制原理图及线路板图 (4)3.2编写程序完成以下任务 (4)3.3实验安排 (5)四、硬件电路设计 (5)4.1单片机电路 (5)4.2显示及键盘接口电路 (5)4.3D/A转换电路 (6)4.4USB串口模块 (7)4.5时钟电路和复位电路 (7)4.68路LED (9)4.7PCB设计图 (9)五、程序设计 (10)六、软硬件调试 (16)七、波形图 (16)八、心得体会 (17)九、参考文献 (18)一、实验目的及其意义1.1实验目的（1）设计动态LED显示、键盘，画出原理图及线路板图，使学生对智能仪器中最基本的输入输出方法具有感性认识。

（2）通过一个相对完整的程序编程，使学生能够将单片机知识和智能仪器的设计融会贯通，同时掌握对智能仪器的软件构成及“硬件软化”方法。

1.2实验意义波形发生器作为一种常用的信号源，是现代测试领域内应用最广泛的通用仪器之一。

波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。

函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。

在70年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。

智能仪器设计实例课程设计方案

智能仪器设计实例课程设计方案一、课程目标知识目标：1. 学生能理解智能仪器的基本原理，掌握其设计流程和关键参数。

2. 学生能掌握至少一种智能仪器（如温度控制器、压力传感器等）的工作原理及使用方法。

3. 学生了解智能仪器在现实生活中的应用，并能结合实际情境进行分析。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的智能仪器系统，具备初步的创新能力。

2. 学生能通过查阅资料、团队协作等方式，解决智能仪器设计过程中遇到的问题。

3. 学生能熟练使用相关软件和工具，进行智能仪器的仿真与测试。

情感态度价值观目标：1. 学生对智能仪器产生兴趣，激发学习热情，形成积极的学习态度。

2. 学生在团队合作中学会相互尊重、倾听他人意见，培养良好的沟通能力和团队精神。

3. 学生了解智能仪器在国家和产业发展中的重要性，增强社会责任感和使命感。

课程性质：本课程为实践性较强的学科，旨在培养学生的动手能力、创新能力和实际应用能力。

学生特点：高中生具有一定的物理、数学和电子基础知识，思维活跃，好奇心强，对实际操作和设计有较高的兴趣。

教学要求：注重理论与实践相结合，鼓励学生动手实践和自主探究，提高学生的实际操作能力和解决问题的能力。

将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 智能仪器概述：介绍智能仪器的定义、分类、发展历程及发展趋势。

教材章节：第一章智能仪器概述2. 智能仪器原理：讲解智能仪器的核心组成部分、工作原理及性能指标。

教材章节：第二章智能仪器原理3. 智能仪器设计流程：阐述智能仪器设计的基本步骤，包括需求分析、方案设计、硬件选型、软件开发等。

教材章节：第三章智能仪器设计流程4. 常见智能仪器应用实例：分析温度控制器、压力传感器、流量计等智能仪器的实际应用案例。

教材章节：第四章常见智能仪器应用实例5. 智能仪器设计实践：指导学生进行智能仪器设计，包括选题、方案论证、硬件搭建、软件编程等。

教材章节：第五章智能仪器设计实践6. 智能仪器调试与优化：介绍智能仪器调试的基本方法、技巧以及优化策略。

智能仪器设计基础与应用实例

• 教材：
课程教材和参考书
•课程教材和参考书
王祁主编《智能仪器设计基础》，机械工业出版社 2010年
• 参考书：
1、赵茂泰，智能仪器原理及应用，电子工业出版社，1999 2、孙宏军等，智能仪器仪表，清华大学出版社，2007 3、尚振东张勇智能仪器工程设计西安电子科技大学出版社 2007 4、张元良等，智能仪表设计实用技术及实例 ,机械工业出版社 2008.4 5、赵新民智能仪器设计基础 , 哈尔滨工业大学出版社 1999.7 6、付华等，智能仪器设计北京，国防工业出版社2007.8
绪论
美国能源部杰出科学家R. F. Hirsch博士在最近一篇获奖演说中指出：“由新工具开创的科学新方向远比由新概念开创的科学新方向要多。由概念驱动的革命影响是用新概念去阐明旧事物。而由工具驱动的革命影响是去发现需要阐明的新事物”
绪论
二、智能仪器分类、基本结构与特点
1.分类
智能仪器四个层次
RLC测量仪、静电仪、磁参数测量仪等
★无线电参数测量仪器：如示波器、信号发生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信号分析仪等。
★集成电路测试仪器:
绪论 3、仪器仪表的发展过程
●第一代为指针式（或模拟式）仪器仪表 ●第二代为数字式仪器仪表 ●第三代就是智能式仪器仪表
绪论
• 第一代是摸拟式电子仪器基本结构：电磁式原理：基于电磁测量原理，使用指针来显示最终
绪论
• 第三代就是智能仪器
它是在数字化的基础上用微处理器装备起来的，是计算机技术与电子仪器相结合的产物。它具有数据存储、运算、逻辑判断能力，能根据被测参数的变化自选量程，可自动校正、自动补偿、自寻故障等，可以做一些需要人类的智慧才能完成的工作，即具备了一定的智能，故被称为智能仪器。

智能仪器设计实例

2、直接数字合成法（2种直接数字合成结构） 1）、基于地址计数器的数字频率合成法工作原理：将波形数据存储于存储器中，而后用可程控的时钟信号为存储器提供扫描地址，波形数据被送至DAC，经数模转换和低通滤波器后得到所需的模拟电压波形。假定地址计数器的时钟频率为fosc，波形一周期内有n个采样值，那么合成的波形频率为：如果改变地址计数器的时钟频率或存储器的地址步进大小，合成波形的频率都会随着改变。而要改变波形，只要在只读存储器中写入不同的数据。
读时序
写时序
3.4 波形数据存取电路采用RAM作为波形存储器是最方便的。波形存储器用来存储波形的量化数据。512K×8的高速CMOS静态RAM,一片存储高8位数据，另一片存储低8位数据，地址线共用。该存储器功耗低，单电源供电，读写时序简单，易于程序控制。
波形数据存取电路
3.5 DA转换电路
四、整体方案设计及工作原理
1、整体设计方案：
采用虚拟仪器技术、直接数字合成技术和计算机技术设计并研制低成本、高精度、人机界面友好的函数信号发生器。此方案硬件实现电路简单，电路中省去了单片机、液晶显示以及按钮等，节省仪器成本。
四、整体方案设计及工作原理
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根据公式1，正弦波在一个周期内的采样点值是：再将f(i)按DAC的比特数取整，从而得到：式中：n—数模转换器DAC的位数，n=16，INT— 取整函数每个周期共有N个点，式中：fosc是时钟发生器频率，fout是输出波形频率，由用户设定，是已知量。
五、波形数据的获取
双极性工作方式
五、波形数据的获取
DA转换电路
3.6 DAC的基准电源电路