智能仪器原理与设计- (6)
智能仪器原理及设计教学设计
智能仪器原理及设计教学设计前言随着科技的不断发展，智能化已经成为现代制造业的趋势。
在这个背景下，智能仪器作为关键的工具，在检测、测量、实验等方面扮演着越来越重要的角色。
为此，本文将介绍智能仪器的原理及设计教学设计。
一、智能仪器原理智能仪器的核心是芯片，通过将芯片技术与检测技术相结合来实现智能化。
现代芯片技术的高度发展为我们提供了一种全新的思路。
芯片作为控制部分是智能仪器的核心，通过内部的程序实现对设备的控制和管理，同时也是设备数据采集、传输和处理的核心。
智能仪器的原理还牵涉到一些特殊的检测方法和技术，如红外线、紫外线、激光等。
这些检测方法和技术通常用于一些特殊的检测和测量领域，例如光学、材料、环保等。
此外，智能仪器的原理还包括中央处理器、传感器和信号处理器，它们共同构成了智能仪器的核心系统。
中央处理器负责控制系统的运行，传感器负责检测并采集样品的相关数据，而信号处理器则对采集得到的数据进行处理和分析。
二、智能仪器设计在智能仪器的设计中，首先要考虑的是设备的制造材料。
制造材料的选取直接影响到设备的质量、使用寿命和处理效率。
通常情况下，智能仪器的制造材料包括金属、陶瓷、塑料和玻璃等。
其次，需要考虑的是智能仪器的功能需求。
智能仪器的功能设计应当围绕着样品的测量对象和测量对象的物理特性等进行考虑。
在此基础上进行关键部件的选择，包括芯片、传感器和信号处理器等。
最后，需要考虑的是智能仪器的软件设计。
软件设计的重点包括控制指令的设计、控制模式的选用、编码技术的应用等。
在软件设计过程中，需要根据设备的功能需求和硬件设计进行相应的编程和测试。
三、智能仪器原理及设计教学设计在智能仪器原理及设计的教学设计中，需要将理论和实践相结合。
理论部分应包括智能仪器的原理、发展历程、重要技术和应用领域等；实践部分则应包括智能仪器的制造材料、关键部件的选择、软件设计等。
另外，在教学过程中还应注意以下几点：1.突出基础理论。
智能仪器原理及设计的授课应以基础理论为主，特别是芯片技术和传感器技术等。
丽水学院工学院2014-2015第二学期课表
数学史与 数学方法◇ 1-16(3,4 节)◇数学 121,122◇ 徐根海[103 人]
2203/50
大学物理 数字电子 （二）◇1技术◇116(3,4节) 16(1,2节) ◇物理学 ◇物理121 （光材）14 ◇余莉[39 ◇陈亚江 人] [23人]
2204/50
数字电子 技术◇116(3,4节) ◇物理122 ◇余莉[36 人]
量子力学◇116(1,2节)◇物 理122◇洪碧海 [36人]
2211/50
2212/50
概率论◇116(1,2节)◇信 计13◇李春娟 [37人]
2218/82
2222/156
2303/50
量子力学 ◇1-16(3,4 节)◇物理 121◇洪碧 海[39人]
2304/50 论文设计指导 书◇6-16(2节) ◇艺术设计（环 艺）12◇黄卫霞 [26人] 大学物理 （二）◇116(3,4节) ◇光源 141,142◇ 马松华[45 人]
借用[/工 程与设计 学院/成教 班固定教 室]◇(216)◇◇ [人]
16404/90
DSP及其应 供配电技 用◇1术◇116(1,2节) 16(3,4节) ◇电信 ◇自动化 121,122◇ 121,122◇ 蒋黎红[84 程明伟[78 人] 人]
自动化仪表及 过程控制◇116(1,2节)◇自 动化121,122◇ 叶国文/程明伟 [78人]
12A206/50 程序设计 基础（C语 言）◇116(3,4节) ◇计141◇ 卢敏[45人] 机电系统 设计◇116(5,6节) ◇机自 121,122◇ 张文辉[96 人]
12A208/54
信号与系统◇ 1-16(1,2节)◇ 电信131◇汪明 燕[43人]
12A210/100
智能仪器 第6章 总线与通讯系统
智能仪器原理与设计------第6章 总线和通信系统
测试仪器一般需要配置除控者功能(C)外的 其它9种功能，而输 出设备类的信号源、打印
机等就不需要配置控者功能(C)、讲者功能(T)、
源挂钩功能(SH)、服务请求功能(SR)、并行点 名功能(PP)。
接口功能通过接口消息来实现，接口消息
分为单线消息和多线消息。3根挂钩线和5根接 口管理线用来传送单线接口消息，而多线消息
串行通信按照数据流的传送方式可以分为 单工、半双工和全双工，见图6-2。 (1) 单工通信：如图6-2(a)所示，在单工 通信方式中，信号只能在单一通信信道上向同 一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传 送方向。 (2) 半双工通信：如图6-2(b)所示，在半 双工通信方式中，信号可以双向传送，但必须 交替进行，同一个时刻只能向一个方向传送数 据。
逻辑地 线和屏 蔽线
8
地线和屏蔽线
智能仪器原理与设计------第6章 总线和通信系统
3.三线挂钩原理
图6-3 三线挂钩时序图
智能仪器原理与设计------第6章 总线和通信系统
当控者已经将讲者和若干听者安排就绪后，通信过程如下： ①听者使NRFD为高电平(逻辑0)，表示已经准备就绪，可以接 收数据。 ②讲者检测到NRFD为高电平(逻辑0)后，将数据放到数据线 (DIO1一DIO8)上，并将DAV设置为低电平，表示数据线上的数 据有效。 ③听者检测到DAV为低电平后，首先将NRFD设置为低电平， 表示开始接收数据。 ④听者在读取数据并妥善保存好数据的过程中，一直将NDAC 维持低电平，直到数据收过程结束，才使NDAC为高电平。 ⑤讲者检测到NDAC为高电平后，得知全部听者已经可靠接收 到本次数据，便将DAV设置为高电平，表示数据线上的数据已经 完成任务，不再有效。 ⑥听者检测到DAV为高电平后，得知讲者已经收到收条，本次 收条的任务已经完成，便将NDAC设置为低电平，使收条作废， 然 后 将 NRFD 设 置 为 高 电 平 ， 准 备 接 收 下 一 字 节 的 数 据 。
实验四：标度变换(工程量变换)
西华大学实验报告（理工类）电气信息学院 专业实验中心 实验室：6A-222 实验时间 ： 2014年6月20日Nx ——实际测量值所对应的数字量。
式(1)为线性标度变换的通用公式，其中A 0，A m ，N 0，N m 对某一个具体的被测参数与输入通道来说都是常数，不同的参数有着不同的值。
为使程序设计简单，一般把一次测量仪表的下限A 0所对应的A/D 转换值置为0，即N 0=0。
这样式(1)可写成：（2）在多数测量系统中，仪表下限值A0=0，对应的N0=0，则式 （2）可进一步简化为：（3）式（1）、式（2）、式（3）即为在不同情况下的线性刻度仪表测量参数的标度变换公式。
例1：某加热炉温度测量仪表的量程为200 ~ 800℃，在某一时刻计算机系统采样并经数字滤波后的数字量为CDH ，求此时的温度值是多少？(设该仪表的量程是线性的)。
解：根据式(2)已知，A 0 = 200℃, A m = 800℃，N x = CDH = (205)D ，N m = FFH = (255)D 。
所以此时的温度为例2：某压力测量系统中, 压力测量仪表的量程为400～1200Pa,采用8位A/D,设某采样周期计算机中经采样及数字滤波后的数字量为ABH,求此时的压力值。
解：A0=400Pa, A ｍ＝1200Pa,Nx=ABH=171， Nm=FF=255D ，N0=0 则：三、非线性参数标度变换实际上许多智能仪器所使用的传感器是非线性的，则上面的三个线性变换式均不适用。
此时，一般先进行非线性校正，然后再进行标度变换。
但是，如果能将非线性关系表示为以被测量为因变量、传感器输出信号为自变量的解析式时，则一般可直接利用该解析式来进行标度变换。
通过具体实例介绍。
例如，在差压法测流量中，流量与压差之间的关系为（4）式中：Q —— 流体流量；∆P ——节流装置前后的差压；mx0m x )A N N A A A +-(=200255205)200+-(800== 682℃mx0m x )A N NA A A +-(=m xm x N N A A =936Pa400255171400)-(1200 )(00=+⨯=+-=A N N A A A mxm x PK Q ∆=K —— 刻度系数，与流体的性质及节流装置的尺寸有关。
智能仪器原理与设计教学大纲
智能仪器原理与设计教学大纲《智能仪器原理与设计》教学大纲课程代码：31040180学位课程/非学位课程：非学位课程学时/学分：46/3（其中实验8学时）先修课程：《电子技术基础》、《传感器原理与应用》、《微机原理与接口技术》适用专业：电子信息工程专业课程简介：本课程是电子信息工程专业的主干专业课。
本课程介绍智能仪器的特点、技术标准、发展概况、基本构成和先进控制技术。
本课程还着重介绍了智能仪器的设计思想和设计方法。
一、教学目标1、知识水平教学目标掌握智能仪器的输入输出通道及接口技术、常用组件的原理及性能指标；理解智能控制系统误差的形成原理及自动校准和自诊断技术、基本抗干扰技术；2、能力培养目标在学习电子技术基础，传感器原理及微机原理等技术基础课程的基础上，了解智能仪器的概念及其设计内容，学会利用单片机设计智能仪器的各种功能模块，了解每个环节上的抗干扰措施。
以便今后能从事智能仪器的设计、研发工作。
3、素质培养目标（1）求实精神：通过本课程教学，培养学生追求真理的勇气、严谨求实的科学态度和刻苦钻研的作风。
（2）创新意识：通过学习，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望，以及敢于向旧观念挑战的精神。
二、教学重点与难点1、教学重点：掌握智能仪器的输入输出通道及接口技术、常用组件的原理及性能指标；理解智能控制系统误差的形成原理及自动校准和自诊断技术、基本抗干扰技术；了解智能仪器设计的基本原则、步骤；了解智能控制系统的控制软件的基本结构及设计方法、硬件的基本构成及设计方法以及系统的调试方法。
2、教学难点：智能仪器中的抗干扰技术以及智能仪器系统的设计思想。
三、教学方法与手段四、教学内容、学习目标与学时分配教学内容教学目标课时分配（38学时）1导论了解22智能仪器模拟量输入/输出通道82.1模拟量输入通道掌握22.2高速模拟量输入通道掌握22.3模拟量输出通道掌握22.4数据采集系统掌握23智能仪器人机接口83.1键盘与接口掌握23.2LED显示及接口掌握23.3键盘/LED显示器接口设计掌握23.4CRT显示及接口了解13.5微型打印机及接口掌握14智能仪器通信接口84.1GPIB通用接口总线掌握24.2GPIB接口电路的设计掌握24.3串行通信总线掌握24.4串行通信接口电路的设计掌握25智能仪器典型处理功能65.1硬件故障的自检掌握25.2自动测量功能掌握25.3仪器测量精度的提高掌握15.4干扰与数字滤波掌握16电压测量为主的智能仪器66.1智能化DVM原理掌握26.2智能化DMM原理掌握26.3智能化RLC测量仪原理掌握2实验项目与学时分配表注：实验类型代码为1—演示性；2—验证性；3—综合性；4—设计研究；5—其它五、作业要求1、课外作业：布置与授课知识点相关课后习题2、阅读与自学：自学各种智能仪器的实用电路六、考核方式与考试范围1、考核方式：考试2、考试范围：全部教学内容1、教材。
智能仪器原理与设计课后答案
智能仪器原理与设计课后答案【篇一：《智能仪器设计》复习题及答案】>答：智能仪器有以下特点：（1）自动校正零点、满度和切换量程（2）多点快速检测（3）自动修正各类测量误差（4）数字滤波（5）数据处理（6）各种控制规律（7）多种输出形式（8）数据通信（9）自诊断（10）掉电保护。
2、简述智能仪表的设计思想和研制步骤。
答：智能仪表的设计思想是根据仪表的功能要求和技术经济指标，自顶向下（由大到小、由粗到细）地按仪表功能层次把硬件和软件分成若干个模块，分别进行设计和调试，然后把它们连接起来，进行总调。
智能仪表的研制步骤大致上可以分为三个阶段：确定任务、拟定设计方案阶段；硬件、软件研制及仪表结构设计阶段；仪表总调、性能测试阶段。
3、在mcs-51系列单片机中扩展外部存储器用哪几个i/o端口？答：在mcs-51系列单片机中扩展外部存储器用p0和p2口。
4、在8031扩展系统中，片外程序存储器和片外数据存储器共处一个地址空间，为什么不会发生总线冲突？答：因为片外程序存储器和片外数据存储器虽然共处一个地址空间，但它们的控制信号是不同的，其中8031的为片外程序存储器的读选通信号，而和为片外数据存储器的读和写选通信号。
5、mcs-51有哪些中断源？它们各自的中断服务程序入口地址是什么？答：mcs-51有5个中断源，它们分别是外部中断0、定时器0、外部中断1、定时器1和串行口。
它们各自的中断服务程序入口地址见下表。
6、当使用一个定时器时，如何通过软硬件结合的方法来实现较长时间的定时？答：首先用定时器定时一个时间，然后在数据存储器中设置一个计数器，通过计数器对定时器的溢出次数的累计即可实现较长时间的定时。
7、试述模拟量输入通道的结构形式及其使用场合。
答：模拟量输入通道有单通道和多通道之分。
多通道的结构通常又可以分为两种：（1）每个通道有独自的放大器、s/h和a/d，这种形式通常用于高速数据采集系统。
（2）多路通道共享放大器、s/h和a/d，这种形式通常用于对速度要求不高的数据采集系统。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基本系统设计原理与要求
第2章 智能仪器基本系统的设计
EPROM
EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程 ROM）芯片可重复擦除和写入，解决了PROM芯片只能 写入一次的弊端。EPROM芯片有一个很明显的特征，在 其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口， 可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯 片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到 EPROM擦除器。EPROM内资料的写入要用专用的编程 器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压 （VPP=12—24V，随不同的芯片型号而定）。
自动测试技术自动测试技术智 智能仪器基本系统的设计
EEPROM
EEPROM（电可擦写可编程只读存储器）是可用户更 改的只读存储器（ROM），其可通过高于普通电压的 作用来擦除和重编程（重写）。不像EPROM芯片， EEPROM不需从计算机中取出即可修改。在一个 EEPROM中，当计算机在使用的时候是可频繁地重编 程的。EEPROM的一种特殊形式是闪存，其应用通常 是个人电脑中的电压来擦写和重编程。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基 本系统的设计原理和要求
第2章 智能仪器基本系统的设计 EPROM的型号是以27开头的，包括低功耗的 COMS 器件 27Cxxx，如：27C32、27C64、27C128、27C512 。 如27C020(8*256K)是一片2M Bits容量的EPROM芯片。 EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布 把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。 EPROM芯片在空白状态时（用紫外光线擦除后），内部 的每一个存储单元的数据都为1（高电平）。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基 本系统的设计原理和要求
智能仪器课程设计报告
智能型温度测量仪报告题目：智能型温度测量仪院别：机电工程与自动化专业：生产过程自动化技术班级： xxx姓名： xxxXxxXxx指导老师： xxx目录引言................................................. 错误！未定义书签。
一、系统设计任务及要求........................................... - 2 -1.1系统设计任务 (2)1.2系统设计的基本要求 (2)1.3系统概述 (2)二、系统总体设计................................................. - 2 -整体设计方案的确定 (2)三、硬件电路设计及工作原理....................................... - 3 -3.1参数采集模块设计 (3)3.2显示温度模块和显示时钟介绍 (3)3.3具体硬件电路原理分析 (4)四、软件设计...................................................... - 7 -4.1主程序流程图 (7)4.2DS18B20温度读取程序（如图9） (8)4.3DS18B20温度传感器初始化 (8)4.4读出温度子程序 (9)4.5DS18B20的读写时序 (10)4.6按键流程图 (12)五、主要技术指标的测量........................................... - 12 -六、结论......................................................... - 13 -结束语........................................................... - 14 -附录:硬件原理图.................................................. - 15 -引言：温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量，也是工业控制中主要的被控参数之一。
智能化仪器原理及应用(第三版)课件：智能型温度测量仪
智能型温度测量仪
在RAM区中还开辟了4个通用工作寄存区， 共有32个通 用寄存器， 可以适用于多种中断或子程序嵌套的情况。 在MCS-51系列单片机内部， 还有1个由直接可寻址位组 成的布尔处理机， 即位处理机。 指令系统中的位处理指 令专用于对布尔处理机的各位进行布尔处理， 特别适用 于位线控制和解决各种逻辑问题。
智能型温度测量仪
MCS-51 简化结构框图与逻辑符号如图4-3所示。
XTAL1、 XTAL2： 内部振荡电路的输入/ RESET：
EA ： 内外程序存储器选择端。 当 EA 为高电平时， 访问内部程序存储器； 当 EA 保持低电平时， 只访问外部 程序存储器， 不管是否有内部存储器。
智能型温度测量仪
P2.０相连。 存储器和8155的控制信号线分别与8031的相应端
相接， 从而可实现各种器件的读写操作。
智能型温度测量仪
4.2.2
温度是一个很重要的物理参数， 也是一个非电量， 自然界中任何物理化学过程都紧密地与温度相联系。 在 很多产品的生产过程中， 温度的测量与控制都直接和产 品质量、 生产效率、 节约能源以及安全生产等重要经济 技术指标相联系。 因此， 温度的测量是一个具有重要意 义的技术领域， 在国民经济各个领域中都受到相当的重 视。
智能型温度测量仪
与此同时， 将数据显示和打印出来； 也可将输出的开关 量经D/A 转换成模拟量输出， 或者利用串、 并行标准接 口实现数据通信。 整机工作过程是在系统软件控制下进 行的。 工作程序编制好后写入只读存储器中， 通过键盘 可将必要的参数和命令存入读/写存储器中。
智能型温度测量仪 图 4-2 智能型温度测量仪的工作流程
智能型温度测量仪
智能化仪器原理及应用
智能仪器考试试题
智能仪器考试试题一、选择题（每题 3 分，共 30 分）1、智能仪器的核心部件是（）A 传感器B 微处理器C 显示器D 执行机构2、以下哪种通信方式常用于智能仪器的数据传输（）A 并行通信B 串行通信C 蓝牙通信D 以上都是3、智能仪器中的模拟信号转换成数字信号通常使用（）A ADC 转换器B DAC 转换器 C 计数器D 定时器4、以下哪项不是智能仪器的特点（）A 高精度B 高可靠性C 高成本D 多功能5、智能仪器的软件通常包括（）A 系统软件B 应用软件C 驱动软件D 以上都是6、在智能仪器的误差处理中，常用的方法不包括（）A 软件滤波B 硬件滤波C 校准D 忽略误差7、智能仪器的人机交互界面不包括（）A 键盘B 触摸屏C 指示灯D 电源开关8、以下哪种编程语言常用于智能仪器的软件开发（）A C 语言B Java 语言C Python 语言D 以上都是9、智能仪器的自诊断功能主要是为了检测（）A 硬件故障B 软件故障C 人为操作错误D 以上都是10、以下关于智能仪器的发展趋势，说法错误的是（）A 小型化B 单一功能化C 智能化D 网络化二、填空题（每题 3 分，共 30 分）1、智能仪器通常由_____、＿____和_____三大部分组成。
2、传感器的作用是将_____转换成_____。
3、微处理器在智能仪器中的主要作用是进行_____和_____。
4、智能仪器的显示方式有_____、＿____和_____等。
5、数据采集系统中，采样保持器的作用是_____。
6、智能仪器的抗干扰技术包括_____、＿____和_____等。
7、智能仪器的通信接口常见的有_____、＿____和_____。
8、智能仪器的软件设计原则包括_____、＿____和_____。
9、智能仪器的可靠性指标通常用_____和_____来衡量。
10、智能仪器的校准方法有_____和_____。
三、简答题（每题 10 分，共 20 分）1、简述智能仪器的工作原理。
智能仪器课程设计题目6
智能仪器课程设计题目6一、课程目标知识目标：1. 学生能理解智能仪器的原理与功能，掌握基本组成和工作方式。
2. 学生能掌握智能仪器在实际应用中的技术参数和操作方法。
3. 学生了解智能仪器在生活中的应用，并能够列举至少三种常见的智能仪器。
技能目标：1. 学生能够独立完成智能仪器的组装和调试。
2. 学生能够运用所学的知识解决智能仪器使用过程中的简单故障。
3. 学生能够通过实际操作，展示智能仪器的功能，提高动手实践能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对智能仪器产生浓厚的兴趣，培养探索精神和创新意识。
2. 学生在学习过程中，增强团队协作能力，提高沟通表达能力。
3. 学生能够认识到智能仪器在科技发展中的重要作用，增强社会责任感和使命感。
本课程针对高年级学生的知识深度，结合课程性质、学生特点和教学要求，旨在提高学生的理论知识和实践技能，培养他们独立思考和解决问题的能力。
通过本课程的学习，使学生能够在实际应用中运用智能仪器，为我国科技事业的发展贡献力量。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 智能仪器原理与功能- 理解智能仪器的定义、分类和基本原理。
- 掌握智能仪器的核心组件、功能特点及工作方式。
- 了解智能仪器的发展历程及其在科技领域的应用前景。
教学内容参考教材第3章“智能仪器的原理与功能”。
2. 智能仪器操作与应用- 学习智能仪器的主要技术参数及其影响。
- 掌握智能仪器的操作方法、调试技巧和维护保养知识。
- 分析智能仪器在实际应用中的优缺点，探讨其改进方向。
教学内容参考教材第4章“智能仪器的操作与应用”。
3. 智能仪器实践案例- 介绍三种常见智能仪器（如智能温度控制器、智能测距仪、智能机器人）的组成、原理和操作方法。
- 实践操作智能仪器，进行组装、调试和故障排除。
- 分组讨论并展示智能仪器的实际应用案例，分享学习心得。
教学内容参考教材第5章“智能仪器实践案例”。
三、教学方法针对本章节内容，采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：- 对于智能仪器的原理与功能等理论性较强的内容，采用讲授法进行教学，为学生系统讲解基本概念、原理和操作方法。
智能仪器原理与设计-采样保持器和模拟多路开关
从发出保持命令开始到采样/保持器输出达到保持终值（在确定的
一个n位二进制数共有2n个离散值，定义基本度量单
位 Q = VFS / 2n 。 模拟量的量化就是算出模拟量Vin用多少个Q表示，即
D=rnd（Vin/Q）
注：函数“rnd”表示对括弧中的项取整到最接近的整数（用n位二进制数表示）。
量化过程的输入输出关系
图中特性曲线呈阶梯状，每个台阶的宽度称为量化带。输入模拟量的 幅度在DQ与(D+1)Q之间时，输出都以D表示。显然，这是以有限的量 化值代替无限数目的模拟量的过程，因此，必然存在量化误差。由图
1.低速ADC（≥1ms） 2.中速ADC（1ms～10µs） 3.高速ADC（10µs～1µs） 4.超高速ADC（<1µs）
ADC的发展是在三个方面进行的。
一是专攻速度，牺牲一些精度指标。例如，速度已达 1000MHz的超高速ADC的分辨率只有8位，实际应用时的 有效精度只有6～7位。
二是专攻精度。24位的ADSl210/1211在保证精度下工作， 转换速度仅为10Hz，这是由于校正、滤波要花费大量的时 间，特别是滤波，需要有很多个周期数据才能完成。
3.5.2.4 量化噪声和有效分辨率 该部分内容请同学自学
3.5.3 ADC的种类及特点
分类方法 按器件工艺结构
类型
1.组件型ADC 2.混合（集成）电路型ADC 3单片式ADC （1）双极型；（2）MOS型；（3）双极MOS型
智能仪器原理及应用教学设计
智能仪器原理及应用教学设计1. 引言随着科技的发展，智能仪器已经被广泛应用于工业、医学、能源等领域，并成为现代生产、科研中不可替代的重要工具。
智能仪器不仅可以提高生产效率，减少人力浪费，更可以提高检测精度，确保产品质量。
因此，掌握智能仪器原理及应用已成为现代科技人才必备技能之一。
而智能仪器原理及应用教学设计，就是为了让学生更好地掌握智能仪器原理及应用，从而更好地适应未来的科技发展。
2. 教学目标本教学设计旨在让学生掌握智能仪器的原理、体系结构、应用等基本知识，以及相关软件的使用方法，培养学生的工程实践能力和创新意识，使其能够适应未来的科技发展，具备较好的应用能力。
3. 教学内容1.智能仪器基本概念–仪器的概念–智能仪器的定义及特点2.智能仪器的体系结构–测量系统的组成–智能传感器的原理及应用–智能执行器的原理及应用3.智能仪器的工作原理–信号处理原理–控制原理4.智能仪器的应用与发展–智能仪器在工业上的应用–智能仪器在医学上的应用–智能仪器在能源上的应用5.相关软件的使用方法–Matlab的基本操作–LabVIEW的基本操作–Python的基本操作4. 教学方法1.课堂讲授：通过讲解基本理论及实际应用案例，传授智能仪器的基本概念、体系结构、工作原理、应用等相关知识。
2.实验操作：通过实际操作智能仪器及相关软件，让学生对仪器的工作原理有更深入的了解，同时培养学生的实践能力。
3.讨论交流：在课堂上组织学生进行讨论及交流，引导学生自主思考，提高学生的创新意识。
4.课堂练习：通过课堂练习，检验学生对课程内容的掌握情况，提高学生的学习积极性。
5. 教学评估针对本课程的教学评估，将分为以下三个方面：1.学生课前管理情况评估：通过查看学生的课前学习情况，了解学生对课程内容的掌握程度。
2.学生日常表现评估：通过学生的实验操作、课堂讨论、课堂练习等进行评估，了解学生的学习态度、学习效果等。
3.学生成果评估：通过学生独立完成实验报告等进行评估，了解学生的实践能力和掌握情况。
智能仪器课程设计6
智能仪器课程设计6一、教学目标本章节的教学目标旨在帮助学生掌握智能仪器的基本原理、结构组成及其应用。
通过本章节的学习，学生应能理解并描述智能仪器的各个组成部分，了解其工作原理，并能够运用所学知识解决实际问题。
具体目标如下：1.了解智能仪器的基本概念及其发展历程。
2.掌握智能仪器的结构组成，包括传感器、微处理器、显示器、执行器等。
3.理解智能仪器的工作原理和应用领域。
4.能够分析智能仪器的各个组成部分的功能和相互关系。
5.能够运用所学知识对智能仪器进行简单的故障排查和维修。
6.能够设计简单的智能仪器控制系统。
情感态度价值观目标：1.培养学生对智能仪器技术的兴趣和好奇心，提高学生对新兴科技的关注度。
2.培养学生珍惜科技成就，树立科技创新的意识。
3.培养学生团队协作精神，提高学生解决实际问题的能力。
二、教学内容本章节的教学内容主要包括智能仪器的基本概念、结构组成、工作原理及其应用。
具体内容包括：1.智能仪器的基本概念：介绍智能仪器的定义、特点及其在现代工业中的应用。
2.智能仪器的结构组成：详细讲解传感器、微处理器、显示器、执行器等各个组成部分的功能和作用。
3.智能仪器的工作原理：阐述智能仪器各组成部分之间的工作原理和相互关系。
4.智能仪器的应用领域：介绍智能仪器在工业、农业、医疗等领域的具体应用案例。
三、教学方法为了提高教学效果，本章节将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
具体方法如下：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生了解智能仪器的基本概念、结构组成、工作原理及其应用。
2.案例分析法：通过分析具体案例，使学生更好地理解智能仪器的实际应用。
3.实验法：安排实验室实践活动，使学生亲自动手操作，加深对智能仪器原理的理解。
4.讨论法：学生分组讨论，培养学生的团队协作能力和解决问题的能力。
四、教学资源为了支持本章节的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的理论知识。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。
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。
智能化仪器的设计与开发研究
智能化仪器的设计与开发研究在当今科技飞速发展的时代，智能化仪器已经成为各个领域不可或缺的重要工具。
从医疗保健到工业生产，从环境监测到科学研究，智能化仪器以其高效、精准和便捷的特点，为我们的生活和工作带来了巨大的改变。
本文将深入探讨智能化仪器的设计与开发，包括其基本原理、关键技术以及未来的发展趋势。
一、智能化仪器的基本概念智能化仪器是指将计算机技术、传感器技术、通信技术等多种先进技术融合在一起，能够自动采集、处理、分析和传输数据的仪器设备。
与传统仪器相比，智能化仪器具有更高的精度、更强的适应性和更便捷的操作方式。
它能够根据不同的测量任务自动调整测量参数，对测量数据进行实时处理和分析，并通过网络将数据传输到远程终端，实现远程监控和管理。
二、智能化仪器的设计原则1、准确性原则准确性是智能化仪器设计的首要原则。
仪器的测量结果必须准确可靠，能够满足实际应用的要求。
为了保证准确性，在设计过程中需要选择高精度的传感器、优化测量电路、采用先进的信号处理算法等。
2、可靠性原则可靠性是智能化仪器长期稳定运行的保障。
仪器应具备良好的抗干扰能力，能够在恶劣的环境条件下正常工作。
同时，仪器的硬件和软件应经过严格的测试和验证，确保其稳定性和可靠性。
3、便捷性原则便捷性是提高用户体验的关键。
智能化仪器应具有简洁直观的操作界面，方便用户进行操作和设置。
此外，仪器的维护和维修也应简单便捷，降低使用成本。
4、开放性原则开放性是指智能化仪器应具备良好的兼容性和扩展性。
能够与其他设备进行无缝连接，方便数据共享和系统集成。
同时，仪器的软件和硬件应支持升级和扩展，以满足不断变化的需求。
三、智能化仪器的关键技术1、传感器技术传感器是智能化仪器的核心部件，它负责将物理量、化学量等转换成电信号。
目前，各种新型传感器不断涌现，如微机电系统（MEMS）传感器、光纤传感器、生物传感器等，这些传感器具有体积小、精度高、响应快等优点，为智能化仪器的发展提供了有力支持。
智能仪器课后习题答案解析
智能仪器课后习题答案1-1 你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。
选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想参考：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。
1-2 结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。
P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）仪器。
由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。
P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。
聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。
特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。
初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。
模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。
高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。
有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。
1-3 仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5（1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分。
智能仪器设计实验报告
一、实验目的本次实验旨在通过设计和搭建一个基于嵌入式技术的智能仪器，了解智能仪器的整体设计流程，掌握嵌入式系统硬件和软件的设计方法，提高动手实践能力，并加深对嵌入式系统原理的理解。
二、实验原理智能仪器是一种集测量、计算、显示和通信等功能于一体的自动化设备。
本实验所设计的智能仪器以嵌入式系统为核心，结合传感器、执行器等外围模块，实现数据的采集、处理、显示和传输等功能。
三、实验器材1. 嵌入式开发板：STM32F103C8T6核心板2. 传感器：温度传感器、湿度传感器3. 执行器：继电器4. 显示屏：LCD16025. 电源模块6. 连接线、焊接工具等四、实验步骤1. 系统设计根据实验要求，设计智能仪器的硬件和软件架构。
硬件部分包括微控制器、传感器、执行器、显示屏等；软件部分包括数据采集、处理、显示和通信等模块。
2. 硬件搭建（1）根据设计图纸，将微控制器、传感器、执行器、显示屏等模块焊接在开发板上。
（2）连接传感器和执行器，确保其正确连接。
（3）连接显示屏，设置合适的参数。
3. 软件编程（1）编写数据采集模块，实现温度、湿度等数据的采集。
（2）编写数据处理模块，对采集到的数据进行处理，如滤波、转换等。
（3）编写显示模块，将处理后的数据显示在LCD1602屏幕上。
（4）编写通信模块，实现数据传输功能。
4. 系统调试（1）检查硬件连接，确保各模块正常工作。
（2）调试软件程序，观察数据采集、处理、显示和通信等模块是否正常。
（3）根据实验要求，调整系统参数，确保系统稳定运行。
五、实验结果与分析1. 硬件搭建经过硬件搭建，智能仪器各模块连接正常，能够实现数据采集、处理、显示和通信等功能。
2. 软件编程通过软件编程，实现了数据采集、处理、显示和通信等功能。
实验结果显示，采集到的数据准确可靠，处理后的数据显示在LCD1602屏幕上清晰易懂。
3. 系统调试经过调试，智能仪器能够稳定运行，实现了预期的功能。
在实验过程中，对系统参数进行了调整，确保了系统的稳定性。
《智能仪器设计基础》试题及答案
《智能仪器设计基础》试题及答案一、判断题（每题 2 分，共20 分）1. 因中值滤波满足比例不变性，所以是线性的滤波器。
（2 ）2. 基准电压Vr 的精度和稳定性影响零位误差、增益误差的校正效果。
（1）3. 测量获得一组离散数据建立近似校正模型，非线性校正精度与离散数据精度无关，仅与建模方法有关。
（2）4. RS232 通信采用的是TTL电平，因此它的传输距离比485 短。
（2）5. USB协议为设备定义了2种供电模式:自供电和总线供电。
在自供电模式下，USB设备不需要任何外接电源设备。
（2）6. LCD显示器有静态驱动和叠加驱动两种驱动方式，这两种驱动方式可在使用时随时改变。
（2）7. 智能仪器中的噪声与干扰是因果关系，噪声是干扰之因，干扰是噪声之果。
( 1)8. 软件开发过程的三个典型阶段是定义、开发和测试。
（2）9. RAM 测试方法中，谷值检测法无法检测“ 粘连” 及“ 连桥” 故障。
（2 ）10.曲线拟合要求y=f（x ）的曲线通过所有离散点（x i ，y i ）。
（2）二、选择题（每题 2 分，共20 分）1. 多通道数据采集系统的框图如下图所示。
其中（1 ）~（4 ）各部分的组成为:(b )A. 放大器、A/D 转换器、D/A 转换器、计算机B. 多路开关、放大器、A/D 转换器、计算机C. 多路开关、放大器、D/A 转换器、计算机D. 放大器、多路开关、A/D 转换器、D/A 转换器2. 仪器采集数据中存在随机误差和系统误差，基本数据处理顺序是:(b )A. 系统误差消除→数字滤波→标度变换B. 数字滤波→系统误差消除→标度变换C. 标度变换→系统误差消除→数字滤波D. 数字滤波→标度变换→系统误差消除3. 设采集数据由信号加噪声构成，应根据( b )确定滤波算法？A. 噪声统计规律B. 信号特征和噪声统计规律C. 信号特征D. 只能用多种滤波算法试验，由处理效果确定。
4. 采样保持器的作用是( c )A. 提高系统的采样速率B. 保持系统的数据稳定C. 保证在A/D转换期间ADC前的模拟信号保持不变D. 使A/D 转换器前信号能跟上模拟信号的变化5. 采集数据中含有脉冲性干扰，信号为直流，则应选择( d )滤波算法。
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例：对一数字化测频装置进行原理设计，要求被测信号频率范围为1Hz ～10M Hz ，最慢1秒钟能得到一个测量结果，同时希望测量精度尽可能高，设测频装置所用计数器的最高计数频率为10M Hz 。
最后分析所设计装置的测量精度。
解：被测信号频率范围较宽，因此选用测频法与测周法相结合的方法。
由题意选取1,10t f Mφ==中界频率：最大测量误差为出现在中界频率处，为：1/20(/)3162f f t Hzφ=≈()()142max 1/ 3.1610f f t f φ−∆=±=±×f<3162H z 采用测周法；f>3162H z 采用测频法。
对于这种频率变化范围较宽的被测信号，还有别的方法吗？2.2.1.4 多周期同步法除前面介绍的测频法和测周法两种测量方法外，还有另外一种测量方法：多周期同步法。
多周期同步测量的原理波形如图所示。
多周期同步法的测量过程：①首先打开参考闸门，此时计数器并不开始计数，等到被测信号的上升沿到来时才开始计数。
③当参考闸门关闭时，计数器并不立即停止计数，而是等到被测信号上升沿到来时才结束计数，完成一次测量过程。
闸门实际打开的时间为t 。
由于计数器的开闭与被测信号是完全同步的，因而不存在对被测信号计数的±1个字误差。
②被测信号由计数器A 计数，时基脉冲由计数器B计数。
计数器A计数器B多周期同步法的测量结果与误差分析：实际闸门时间为t ，在此时间内，若计数器A 测得的被测信号的计数值为N X ，计数器B 测得的时基信号的计数值为N 0，已知时基信号的频率为，则被测信号的频率为:f φX N 0N ()0/X X f N N f φ=（1）测量结果计数器A计数器Bdf X =-(N X /N 02)dN 0分析f X 的测量误差时只需考虑N 0的测量误差。
上式对N 0微分可得:由前面分析可知，dN 0=±1，则测量的相对误差为:（2）误差分析()0/X X f N N f φ=被测信号频率：()0/1/1/X X f f N tf φ∆=±=±对比测频法与测周法相结合的方法的最大测量误差：()121/f t φ±多周期法精度更高结论：在相同的闸门时间t （最大测量时间）及时基频率（最高输入频率）的条件下，测量误差减小倍。
例如当=100MHz 、t =10ms 时，采用多周期同步法时的最大测量误差为，而采用测频法和测周法相结合的测量方法时的最大测量误为，二者相差1000倍。
610−±310−±多周期同步法误差：测频+测周法误差：()1/tf φ±()121/f t φ±()12tf φf φf φ2.2.2 脉冲宽度调制（PWM, Pulse-Width Modulation ）脉冲宽度调制技术就是通过改变脉冲占空比大小来实现改变输出信号的大小的一门技术。
l 什么是占空比？如右图所示，设高电平宽度为t H ，低电平宽度为t L ，脉冲周期为，则占空比表示为如下：t t 100%100%t t H H H L PWMt =×=×+占空比占空比可从0%～100%连续可调。
PWM H L t t t =+t Ht Lt PWMl 脉冲宽度调制的工作原理脉冲宽度调制的工作原理如图2.17所示：（a ）为脉冲信号频率（周期）固定,但占空比可调的PWM 信号（b ）图（a ）中PWM 信号的平均值可以通过控制（即占空比）来调节输出信号平均值的大小。
t H PWMt 这也就是说，图（a ）所示的数字信号经滤波后转换成了如图（b ）所示的模拟信号，即通过PWM 及相关的辅助电路可实现数字量（D ）到模拟量（A ）的转换（D/A 转换）。
l脉冲宽度调制技术的实现对于内含嵌入式微处理器的智能仪器而言，产生PWM信号的方法主要有两种。
（1）不带PWM的微处理器，如AT89C51等，可以通过内部定时器通过软件模拟的方法来完成。
（2）自带PWM的为处理器，如C8051F***系列，因为自带PWM功能，使用起来极为方便。
l举例：PWM技术可用于直流伺服电机的控制直流伺服电机有电磁式、永磁式、杯形电枢式、无槽电枢式、园盘电枢式、无刷式等多种类型，还有一种特殊的直流力矩电机。
不管哪种类型的直流伺服电机，电机的转速由电枢电压决定，在励磁电压和负载转矩恒定时：电枢电压越高，电机转速就越高；当电枢电压为零时，电机停转；当电枢电压极性改变时，电机就反转。
如何通过PWM技术来实现对直流伺服电机的控制呢？转速ß电枢电压大小ß占空比用PWM 技术实现直流伺服电机开环调速的结构原理如图2.18所示。
图2.18 开环脉冲宽度调速系统原理图直流伺服电机的平均转速Vd 与占空比D 之间的关系如图2.19所示。
图中，Vmax 为电机最高转速，D 为占空比。
由图可见，Vd 与D 的关系近似为Vd =VmaxD采用场效应管作为驱动器的开环PWM直流伺服电机调速系统的原理如图2.20 所示（只能正转）。
图中，51系列单片机的P1.0输出的PWM信号通过光电耦合器隔离后由场效应管驱动电机（光电耦合器的作用是切断以单片机为主的控制系统与以电机等为主的控制现场之间的电气联系而提高单片机系统的可靠性）。
PWM的频率为500Hz（即T为2ms）时能使直流电机平衡运转，当占空比从0%~100%时，转速以1%的变化率连续可调。
101光电耦合器2n定时时间=（—计数初值）×机器周期;初始化程序CONTL: MOV TMOD, #01H;定义T0方式1MOV IE,#82H;允许T0中断MOV IP,#02H;定义T0为高优先级MOV TH0,#0FAH;T0预置64136（=65536-1400），实际计数1400MOV TL0,#88HSETB00H;置输出“1”标志SETB P1.0;电机转动P1.0输出“1”SETB TR0;启动定时器.;T0中断服务程序T0INT:CPL00H;状态标志求反CPL P1.0JNB00H,T0INT1MOV TH0,#0FAH;预置64136MOV TL0,#88H;计数1400(=2000×70%)，1400×1μs=1.4msSJMP T0INT2T0INT1:MOV TH0,#0FDH;预置64936（=65536-600），实际计数600MOV TL0,#0A8H;计数600(=2000×30%)，600×1μs=0.6msT0INT2:RETI初始化程序：CONTL: MOV TMOD, #01H;定义T0方式1TMOD:工作方式控制寄存器MOV IE,#82H;允许中断，允许T0中断；IE:中断允许控制寄存器MOV IP,#02H;定义T0为高优先级IP:中断优先级控制寄存器MOVTH0,#0FAH ;T0预置64136（=65536-1400），实际计数1400MOV TL0,#88H 定时时间=（—计数初值）×机器周期2n ()31661.4102110x −−×=−××162140065536140064136x =−=−=SETB00H ;置输出“1”标志SETBP1.0;电机转动P1.0输出“1”SETB TR0;启动定时器0TCON:启停与中断控制寄存器T0中断服务程序T0INT:CPL 00H ;状态标志求反CPL P1.0JNB 00H,T0INT1 ；为0跳转到T0INT1MOV TH0,#0FAH ;预置64136MOV TL0,#88H ;计1400(=2000×70%)，1400×1μs=1.4msSJMP T0INT2T0INT1:MOV TH0,#0FDH ;预置64936（=65536-600），实际计数600MOV TL0,#0A8H ;计数600(=2000×30%)，600×1μs=0.6ms T0INT2:RETI 定时时间=（—计数初值）×机器周期2n ()31660.6102110y −−×=−××1626006553660064936y =−=−=练习题：根据下列条件，采用软件方法产生PWM 信号：设MCS-51系列单片机的晶振频率f OSC =6MHz ，若t PWM =2ms ，PWM 信号的占空比为50%，试确定相应的计数值x 和y(x,y 分别为和t H 和t L 对应的计数初值）。
为获得最小的非零占空比，x 和y 的值分别为多少？解：t PWM =t H +t L =2/1000st H =(216-x)·12/fosc=2(216-x)·10-6t L =(216-y)·12/fosc=2(216-y)·10-6为获得50%的占空比，要求t H = t L ，即x=y ，这样2(216-x)·10-6=10-3x=216-500=65036=y为获得最小的非零占空比，t H =min>0，则x=216-1=65535，t H =2·10-6t L = t PWM -t H =2·10-3-2·10-6= 2 (216-y)·10-6y=216-999=64537定时时间=（—计数初值）×机器周期2n当电机需要按两个方向运转时，可采用原理如图所示的控制电路。
图2.21中的驱动电路中，采用了H桥电路实现电机的换向.。