智能仪器设计基础PPT课件
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《智能仪器仪表》课件
空气质量监测
01
智能仪器仪表可以实时监测空气质量，为环境保护部门和公众
提供准确的数据。
水质监测
Байду номын сангаас
02
通过智能仪器仪表，可以检测水体的各种参数，如pH值、浊度
、溶解氧等，确保水质安全。
气象监测
03
智能仪器仪表在气象监测中发挥着重要作用，如风速、风向、
温度、湿度等参数的监测。
05
智能仪器仪表的未来展望与挑战
1 2
医疗诊断设备
智能仪器仪表广泛应用于医疗诊断设备中，如心 电图机、血压计等，提高诊断准确率。
病人监护系统
通过智能仪器仪表，可以实时监测病人的生理参 数，为医护人员提供及时准确的病人信息。
3
医疗影像设备
智能仪器仪表在医疗影像设备中发挥着重要作用 ，如CT、MRI等设备中的图像处理和数据分析。
环境监测领域的应用
总结词
随着智能仪器仪表的普及，安全与隐私保护成为亟待解决的问题，需要加强数据 加密、访问控制和安全审计等方面的措施。
详细描述
由于智能仪器仪表通常需要收集和处理大量敏感数据，因此需要采用强大的加密 技术和访问控制机制来保护数据安全。同时，应加强安全审计和监控，及时发现 和应对潜在的安全威胁。
成本与普及率的考量
04
智能仪器仪表的实际应用案例
工业自动化领域的应用
自动化生产控制
智能仪器仪表在工业自动 化领域中主要用于实时监 测和控制生产流程，确保 产品质量和生产效率。
智能传感器
通过智能传感器，可以实 时监测机器的运行状态， 预测潜在故障，并及时采 取措施，减少停机时间。
数据集成与分析
智能仪器仪表能够收集大 量生产数据，通过数据分 析，帮助企业优化生产流 程，降低成本。
第7章 智能仪器的设计与调试
（4）成本低。仪器系统使用的功能模块，一般为批量 生产，成本低而且性能稳定，因此组合成的系统成本也较低。
第7章 智能仪器的设计与调试
7.1.2 设计一台智能仪器的一般过程如图7-1所示，主要分为
三个阶段。第一阶段，确定设计任务，并拟定设计方案；第 二阶段，硬件和软件设计；第三阶段，系统调试及性能测试。 下面简要介绍各阶段的工作内容和设计任务。
第7章 智能仪器的设计与调试
2.软件、硬件协调原则 智能仪器的某些功能（如逻辑运算、定时、滤波）既可通过硬 件实现，也可通过软件完成。硬件和软件各有特点，使用硬件可以 提高仪器的工作速度，减轻软件编程任务。但仪器成本增加，结构 较复杂，出现故障的机会增多。以往人们在智能仪器设计中，过多 地着眼于降低硬件成本，尽量“以软代硬”。随着LSI （LargeScaleIntegration）芯片功能增强、价格下降，这种情况正在 发生着变化。哪些设计子任务应该“以硬代软”,哪些应该“以软代 硬”，要根据系统的规模、功能、指标和成本等因素综合考虑。一 般的原则是，如果仪器的生产批量较大，应该尽可能压缩硬件投入， 用“以软代硬”的办法降低生产成本。此外，凡简单的硬件电路能 解决的问题不必用复杂的软件取代；反之，简单的软件能完成的任 务也不必去设计复杂的硬件。在具体的设计过程中，为了取得满意 的结果，硬件与软件的划分需要多次协调和仔细权衡。
第7章 智能仪器的设计与调试
当仪器总体方案和选用的微处理器种类确定之后，采用 “自顶向下”的设计原则，把仪器划分成若干个便于实现的 功能模块。仪器中有些功能模块既可以用硬件实现，也可以 用软件实现，设计者应该根据仪器的性能价格比、研制周期 等因素对硬件和软件的选择做出合理安排。在对仪器硬件和 软件协调之后，作出仪器总体硬件功能框图和软件功能框图。
第7章 智能仪器的设计与调试
7.1.2 设计一台智能仪器的一般过程如图7-1所示，主要分为
三个阶段。第一阶段，确定设计任务，并拟定设计方案；第 二阶段，硬件和软件设计；第三阶段，系统调试及性能测试。 下面简要介绍各阶段的工作内容和设计任务。
第7章 智能仪器的设计与调试
2.软件、硬件协调原则 智能仪器的某些功能（如逻辑运算、定时、滤波）既可通过硬 件实现，也可通过软件完成。硬件和软件各有特点，使用硬件可以 提高仪器的工作速度，减轻软件编程任务。但仪器成本增加，结构 较复杂，出现故障的机会增多。以往人们在智能仪器设计中，过多 地着眼于降低硬件成本，尽量“以软代硬”。随着LSI （LargeScaleIntegration）芯片功能增强、价格下降，这种情况正在 发生着变化。哪些设计子任务应该“以硬代软”,哪些应该“以软代 硬”，要根据系统的规模、功能、指标和成本等因素综合考虑。一 般的原则是，如果仪器的生产批量较大，应该尽可能压缩硬件投入， 用“以软代硬”的办法降低生产成本。此外，凡简单的硬件电路能 解决的问题不必用复杂的软件取代；反之，简单的软件能完成的任 务也不必去设计复杂的硬件。在具体的设计过程中，为了取得满意 的结果，硬件与软件的划分需要多次协调和仔细权衡。
第7章 智能仪器的设计与调试
当仪器总体方案和选用的微处理器种类确定之后，采用 “自顶向下”的设计原则，把仪器划分成若干个便于实现的 功能模块。仪器中有些功能模块既可以用硬件实现，也可以 用软件实现，设计者应该根据仪器的性能价格比、研制周期 等因素对硬件和软件的选择做出合理安排。在对仪器硬件和 软件协调之后，作出仪器总体硬件功能框图和软件功能框图。
智能测控系统设计PPT课件
V/I变换
电流放大
XTR110范围选择
智 能 测 控 系 统 设 计
3.7 电压频率变换器（V/F）
1.基本原理
智 能
2.电压频率变换器AD650
测
控 系
3.电压频率变换器AD652
统
设
计
基本原理：电荷平衡转 换法
复位状态：开关在S端， 对应单稳态正脉冲(暂 态)，电容积累电荷。
qc= ucCint=(IRiI)TR
智 能 测 控 系 统 设 计
AD
210
应
用
示 智能例
测 控 系 统 设 计
光电耦合隔离放大器
ISO100
智 能 测 控 系 统 设 计
ISO100主要技术指标
智 能 测 控 系 统 设 计
ISO100应用示例
精密电桥隔离放大器
智 能 测 控 系 统 设 计
3．2 仪器放大器
高精度差动放大器，输入阻抗高，共模抑制 比大，输入失调电压、电流小，输入偏置电 流小，温漂小，时漂小。
智 能
1. 工作原理
测
2. AD522精密集成仪器放大器
控
系
3. AD521精密集成仪器放大器
统 设
4. AD620低价格低功耗仪器放大器
计
5. AD626低价格单电源仪器放大器
6. LM363精密仪器放大器
工作原理
智 能 测 控 系 统 设 计
G=(1+2R1/RG) RS/R3
AD522精密集成仪器放大器
kp
但衰减差。
1(/0)2n
，带通特性平坦，
智 能 测 控 系 统
切比雪夫滤波器： H()
kp
，为常数，
电流放大
XTR110范围选择
智 能 测 控 系 统 设 计
3.7 电压频率变换器（V/F）
1.基本原理
智 能
2.电压频率变换器AD650
测
控 系
3.电压频率变换器AD652
统
设
计
基本原理：电荷平衡转 换法
复位状态：开关在S端， 对应单稳态正脉冲(暂 态)，电容积累电荷。
qc= ucCint=(IRiI)TR
智 能 测 控 系 统 设 计
AD
210
应
用
示 智能例
测 控 系 统 设 计
光电耦合隔离放大器
ISO100
智 能 测 控 系 统 设 计
ISO100主要技术指标
智 能 测 控 系 统 设 计
ISO100应用示例
精密电桥隔离放大器
智 能 测 控 系 统 设 计
3．2 仪器放大器
高精度差动放大器，输入阻抗高，共模抑制 比大，输入失调电压、电流小，输入偏置电 流小，温漂小，时漂小。
智 能
1. 工作原理
测
2. AD522精密集成仪器放大器
控
系
3. AD521精密集成仪器放大器
统 设
4. AD620低价格低功耗仪器放大器
计
5. AD626低价格单电源仪器放大器
6. LM363精密仪器放大器
工作原理
智 能 测 控 系 统 设 计
G=(1+2R1/RG) RS/R3
AD522精密集成仪器放大器
kp
但衰减差。
1(/0)2n
，带通特性平坦，
智 能 测 控 系 统
切比雪夫滤波器： H()
kp
，为常数，
智能仪器设计基础
智能仪器设计基础
智能仪器设计基础是一种多学科交叉应用技术，集计算机技术、传感
技术、信息采集技术、电子技术、机械技术、测试技术和软件设计技术等
知识于一体。
其原理基本上是利用智能仪器传感器来采集测量物体的信息，通过电子电路把信号转换成数字，然后利用计算机来处理、记录、存储和
显示。
智能仪器的设计需要考虑的关键要素包括：智能仪器的传感原理和
类型、电子电路的设计及编程、计算机的采集、处理技术、软件的设计及
开发等。
在智能仪器设计过程中，必须要综合考虑这些要素，才能保证智
能仪器的功能、性能和精度等指标的满足。
仪表基础知识培训ppt课件
仪表基础培训
26
液位仪表
双法兰、浮筒液位计 直读玻璃板液位计
仪表基础培训
27
液位的定义
首先说一下“物位”
＃“物位”一词统指设备和容器中液体或固体物料的表面位 置。对应不同性质的物料又有以下的定义：
1、液位指设备和容器中液体介质表面的高低。
2、料位指设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体 物料的堆积高度。
双法兰、浮筒液位计 直读磁翻板液位计
仪表基础培训
30
液位变送器
浮力式液位计
依据阿基米德浮力定律原 理设计而成的液位测量仪
表，漂浮于液面上的浮子
或浸没在液体中的浮筒， 在液位发生变化时其浮力 发生相应的变化。这类液 位检测仪表有浮子式、浮 球式、浮筒式。
浮筒式液位计不但能测量 液位，还可以应用于界位 的测量。
仪表基础培训
2
（重点介绍）自动控制系统的构成
结合各单元的作用来介绍一 下系统的构成，通常包含三 部分：
1、测量元件及变送器 相当我们
的眼睛， 帮助我们了解设备 当前的状态
2、控制器 相当于大脑的功能
，接受测量信息并对测量进 行比较计算，并且把计算结 果送到执行器。
3、执行器 手的功能，执行指
令
仪表基础培训
8
右图是双金属温度计的 一般结构。
双金属温度计的感温双 金属元件的形状有平面 螺旋型和直线螺旋型两 大类，其测温范围大致 为-80℃—600℃，精度 等级通常为1.5级左右。
双金属温度计抗振性好 ，读数方便，但精度不 太高，只能用做一般的 工业用仪表
仪表基础培训
9
常用的几种温度仪表
2、化工过程自动化的作用(了解）
第8章 智能仪器与虚拟仪器
8.2 智能仪器简介
模型化仪器是在初级智能仪器基础上又应用了建模技术和方法,它是以 建模的数学方法及系统辨识技术作为支持的。这类仪器可以对被测对象状 态或行为做出估计,可以建立对环境、干扰、仪器参数变化做出自适应反应 的数学建模,并对测量误差(静态活动态误差)进行补偿。模式识别可以作为 状态估计的方法而得到应用。这类仪器应具有一定的自适应、自学习能力。 目前这类仪器的技术与方法、工程实现问题正在研究。
第8章 智能仪器与 虚拟仪器
目录
8.1 概述 8.2 智能仪器简介 8.3 虚拟仪器与软件
8.1 概述
仪器仪表的发展可以简单地划分为三代。第一代为指针式(或模拟式)仪 器仪表,如指针式万用表、功率表等,它们的结构是电磁式的,基于电磁测量原 理采用指针来实现最终的测量结果指示。第二代为数字式仪器仪表,如数字电 压表、数字功率计、数字频率计等,它们的基本结构离不开A-D转换环节,并以 数字方式指示或打印测量结果。第二代仪器响应速度较快,测量准确度较高。 第三代就是本书要讨论的智能式仪器仪表(简称为智能仪器)。
图8-2 微机内嵌式智能仪器的基本结构
8.2 智能仪器简介
由图8-2可知,微机内嵌式智能仪器由单片机或DSP等CPU为核心,扩展必 要的RAM、EPROM、I/O接口,构成“最小系统”,它通过总线及接口电路与输 入通道、输出通道、仪器面板及仪器内存相连。EPROM及RAM组成的仪器内存 可保存仪器所用的监控程序、应用程序及数据。中断申请可使仪器能够灵活 反应外部事件。仪器的输入信号要经过输入通道(预处理部分)才可以进入微 机。输入通道包括输入放大器、抗混叠滤波器、多路转换器、采样/保持器、 低通滤波器等部分。仪器的数字输出可与LCD等显示器相接,也可与打字机相 接,获得测量信息。外部接通信接口负责本仪器与外系统的联系。
现代传感器与智能仪器课件
（4）智能化传感器既能够很方便地实时处 理、存储所探测到的大量数据。
(5)可以进行通信，与计算机进行通信联络 和交换信息
（6） 可以用于构成传感器网络
24
6．无线网络化(wirelessnetworked) 无线传感器网络是由具有无线通信与计算
能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网 络系统，是能根据环境自主完成指定任务的” 智能”系统。
15
新材料、新原理、新效应、新工艺、新方法 将使传感器技术产生革命性的发展
开发新材料、
研究新工艺、
利用新概念和 新原理、新设 计方法
研究传感器的 高精度、微型
新型 传感器
微型化、 数字化、 智能化、 多功能化、
化、集成化、 智能化、网络
系统化、
化、以及多传
网络化
感器的融合和
集成。
16
新型材料的开发和利用将对传感器的发展 带来新的变化，如：半导体材料、陶瓷材 料，光导纤维、纳米材料、超导材料等
按输出信号分类：模拟式传感器、数字式传感器
按构成分类：结构型传感器、物性型传感器
9
按外界信息及变换效应分类：物理传感器、 化学传感器、生物传 感器
按功能分类：单一功能、多功能、智能化、 传感器网络
按与被测量关系分类：接触式、非接触式
10
★传感器技术的应用
传感器已经渗透的各个行业的各个角落。 如：在航天、航空、兵器、船舶、交通、冶金、 机械、电子、化工、轻工、能源、环保、煤碳、 石油、医疗卫生、生物工程、宇宙开发等领域 以及农、林、牧、渔业，甚至人们日常生活的 各个方面，几乎无处不使用传感器，无处不需 要传感器技术。
监护监测、呼吸、神经、心血管疾病的诊断与 治疗等方面
▲在军事方面的应用 促进了武器、作战指挥、控制、监视和通
(5)可以进行通信，与计算机进行通信联络 和交换信息
（6） 可以用于构成传感器网络
24
6．无线网络化(wirelessnetworked) 无线传感器网络是由具有无线通信与计算
能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网 络系统，是能根据环境自主完成指定任务的” 智能”系统。
15
新材料、新原理、新效应、新工艺、新方法 将使传感器技术产生革命性的发展
开发新材料、
研究新工艺、
利用新概念和 新原理、新设 计方法
研究传感器的 高精度、微型
新型 传感器
微型化、 数字化、 智能化、 多功能化、
化、集成化、 智能化、网络
系统化、
化、以及多传
网络化
感器的融合和
集成。
16
新型材料的开发和利用将对传感器的发展 带来新的变化，如：半导体材料、陶瓷材 料，光导纤维、纳米材料、超导材料等
按输出信号分类：模拟式传感器、数字式传感器
按构成分类：结构型传感器、物性型传感器
9
按外界信息及变换效应分类：物理传感器、 化学传感器、生物传 感器
按功能分类：单一功能、多功能、智能化、 传感器网络
按与被测量关系分类：接触式、非接触式
10
★传感器技术的应用
传感器已经渗透的各个行业的各个角落。 如：在航天、航空、兵器、船舶、交通、冶金、 机械、电子、化工、轻工、能源、环保、煤碳、 石油、医疗卫生、生物工程、宇宙开发等领域 以及农、林、牧、渔业，甚至人们日常生活的 各个方面，几乎无处不使用传感器，无处不需 要传感器技术。
监护监测、呼吸、神经、心血管疾病的诊断与 治疗等方面
▲在军事方面的应用 促进了武器、作战指挥、控制、监视和通
智能仪器设计基础I正式课件
知识点2
运放的负反馈应用
偏差反馈控制系统，运放电路的控制框图，滤波器，基于运放的电压电流转换，电流-电压转换，恒流源，电荷放大等典型电路
知识点3
A/D的基本原理、分类和非理想特性
逐次逼近型、直接比较型、双积分型，Sigma-Delta，分辨率，量化误 差，积分非线性，微分非线性
4/24 ____________
第一讲 绪论
1 智能仪器的重要作用 2 智能仪器的发展过程 3 智能仪器的组成、特点和分类 4 智能仪器的发展方向
11/24 ____________
第一讲 绪论
1.1 智能仪器的重要作用（1）
概念1
信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术，而测量技术是关键和 基础。智能仪器是对物质世界的信息进行测量和控制的基础手段和设备 ，使信息产业的源头和组成部分
15/24 ____________
第一讲 绪论
1.2 智能仪器的发展过程（2）
历程4
20世纪70年代以后，随着微处理器的广泛应用，出现了突破传统概念的 新一代仪器，即—智能仪器。这类仪器内置单片机或体积很小的微处理 器，仪器的功能由硬件和软件结合来完成。1974年出现电压电流波形等 间隔采样技术，揭开了智能仪器应用大幕。
20/24 ____________
第一讲 绪论
1.3 智能仪器的特点（2）
特点4
【智能仪器的网络化】配有GPIB、VXI、PXI、RS232、RS485等通讯 接口，具有远程操作能力；具有Ethernet接口，可连接Internet实现网络 化；具备无线传感器网络、蓝牙通讯和GPRS通讯能力。
特点5
克服系统误差的软件算法：利用误差模型修正法，曲线拟合法，校准 数据表修正法
相关主题
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第一章 绪论
本章内容
1.1 仪器发展概况 1.2 智能仪器发展趋势 1.3 分类、组成和特点 1.4 智能仪器中微处理器的选择
首页 1
重点： 1. 智能仪器的发展过程 2. 内嵌式智能仪器的基本组成
和各部分功能 3. 智能仪器中常用单片机
返2 回
1.1 测量仪器的发展概况
1.智能仪器
发展
含有微计算机或微处理器的测量仪 器，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 一定的智能作用。
自动校准、自动补偿、自动判断故障、优化控制等， 具有一定的人类智能作用。
特点
测量范围宽、精度高、稳定性好。智能仪器一般均配
有GP-IB（或RS-232C、RS-485）等通信接口，可跟
另外的智能仪器组成智能仪器系统
返 回 上 页 下6 页
智能仪器由于引入了计算机，功能强大，性能 优异，使用灵活、方便，是现阶段高档电子仪 器的主体。如污染测试仪，强度测试仪，等都 采用智能技术的现代化精密检测仪器，又比如 智能机器人。
7
2. 各个时期的发展
80年代初 个人仪器（PC仪器） 将仪器中的测量部分配以相应的接口电路组成 各种仪器卡，插入到PC机的插槽或扩展槽内， 以个人计算机为基础组成的智能仪器。
基本工作原理 将传统的独立仪器与计算机的软件硬件资源相结合， 利用PC机的硬件和软件资源完成数据分析和显示， 仪器卡完成数据采集，具有较高的性价比。
14
网络化仪器
基于Internet的测控系统中前端模块不仅完成信号 的采集和控制，还兼顾实施对信号的分析与传输， 使用者可以很方便地实现各种测量功能模块的添加、 删除以及不同网络传输方式的选择。 其次，对测量、控制信号等的传输，是建立在公共 的Internet上的。有了前端嵌入式模块，系统的测 量数据安全有效的传输便成为可能。 再有，测得结果的表达和输出也有了较大改进，一 方面，不管身在何处，使用者都可通过客户机方便 地浏览到各种实时数据，了解设备现在的工作情况； 另一方面，在客户端的控制中心，智能化软件和数 据库系统都可被调用来对测得结果分析，以及为使 用者下达控制指令或作决策提供帮助。
特点 可充分发挥计算机的效能，灵活方便、 标准化程度高、扩展性好。
返 回 上 页 下8 页
2. 各个时期的发展
80年代后期
虚拟仪器（Virtual Instrument）
美国国家仪器（NI）公司提出
虚拟仪器
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。
a 数据处理（过去）；
b 知识处理（目前）；
功能
模糊判断、故障判断、容错技 术、传感器融合、机件寿命预 测。
返 回 上 页 下3 页
2. 各个时期的发展
50年代
模拟式（指针式）仪器。
仪器的功能用硬件实现，几乎没有软件的介
入，完全由生产厂商在产品出厂前定义好，测 量结果用指针显示。
特点 典型仪器
返 回 上 页 1下3 页
网络化仪器
网络化仪器，如现场总线智能仪表，是适合在远程测 控中使用的仪器，既可以像普通仪器那样按设定程序 对相关物理量进行自动测量、控制、存储和显示测量 结果及控制状态；同时具有重要的网络应用特征，经 授权的仪器使用者，通过Internet可以远程对仪器进 行功能操作、获取测量结果并对仪器实时监控、设置 参数和故障诊断，控制其在Internet上动态发布信息。 它们与计算机一样，成了网络中的独立节点，很方便 地就能与就近的网络通信线缆直接连接，而且“即插 即用”，直接将现场测试数据送上网；用户通过浏览 器或符合规范的应用程序即可实时浏览到这些信息 (包括处理后的数据、仪器仪表的面板图像等)。
测量精度高、速度快、可重复性好、开关、 电缆少、系统组建时间短、测量功能易于扩展等 优点，有最终取代大量的传统仪器成为仪器领域 主流产品的趋势 。
12
网络化仪器
在测量测试领域，将仪器、昂贵的外围设备、测 试对象以及数据库等资源纳入网络，对测量实现远地 化、网络化、以及测量结果信息资源共享化，使一台 仪器为更多的用户所使用，降低了测试系统的成本， 实现资源共享，共同完成测试任务。这种借助于网络 通信技术与虚拟仪器技术共享软硬件的结合体称为网 络化仪器。如网络化流量计、网络化传感器、网络化 示波器、网络化分析仪和网络化计量表等.
15
网络化仪器
实现过程： 可实现任意时间、任何地点对系统的远程访问，实
时获得仪器的工作状态；通过友好的用户界面，对远程 仪器的功能和状态进行控制和检测，将远程仪器测得的 数据经网络迅速传递给本地计算机。
体积庞大，功能单一，价格昂贵， 开放性差，响应速度慢，精度低 。
万用表、电子示波器、信号发 生器等磁电式和电子式模拟仪 器仪表
返 回 上 页 下4 页
2. 各个时期的发展
60年代
数字式仪器
随集成电路的出现，以集成电路芯片为基础。
基本工作原理 特点
在测量过程中将模拟信号转换为 数字信号，测量结果以数字形式 显示和输出
返 回 上 页 下9 页
三大组成模块
虚拟仪器
计算机
仪器模块 软件Biblioteka 个人计算机 （各种通用计算机）
各种传感器 信号调理器 模数转换器 数据采集器
数据分析 过程通讯 图形用户界面等软件
返 回 上 页 1下0 页
虚拟仪器
计算机和仪器模块组成了虚拟仪器硬件测 试平台，完成被测输入信号的采集、放大、模 数转换以及输出信号的数模转换等。当硬件确 定后，用户可以通过不同测试功能的软件模块 （如数据分析、过程通讯以及图形用户界面等 软件）的组合实现不同的功能。
读数清晰，响应速度快，精度高
典型仪器
数字电压表、数字功率计，数 字频率计 、数字式温度传感器
返 回 上 页 下5 页
2. 各个时期的发展
70年代
独立式智能仪器（简称智能仪器）
微处理器的出现和广泛应用,产生以微处理器为 核心,将计算机技术与测量仪器相结合的仪器.
功能 可根据被测参数的变化自动选择合适的量程，进行
即：同一个硬件系统，软件不同，就可
得到功能完全不同的测量仪器
软件系统是虚拟仪器的核心
返 回 上 页 1下1 页
目前较流行的虚拟仪器软件环境
文本式的编程语言
如：C、Lab Windows／CVI， Visual Basic， Visual C++
图形化编程语言 如：LabView、HPVEE
虚拟仪器的优点：
本章内容
1.1 仪器发展概况 1.2 智能仪器发展趋势 1.3 分类、组成和特点 1.4 智能仪器中微处理器的选择
首页 1
重点： 1. 智能仪器的发展过程 2. 内嵌式智能仪器的基本组成
和各部分功能 3. 智能仪器中常用单片机
返2 回
1.1 测量仪器的发展概况
1.智能仪器
发展
含有微计算机或微处理器的测量仪 器，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 一定的智能作用。
自动校准、自动补偿、自动判断故障、优化控制等， 具有一定的人类智能作用。
特点
测量范围宽、精度高、稳定性好。智能仪器一般均配
有GP-IB（或RS-232C、RS-485）等通信接口，可跟
另外的智能仪器组成智能仪器系统
返 回 上 页 下6 页
智能仪器由于引入了计算机，功能强大，性能 优异，使用灵活、方便，是现阶段高档电子仪 器的主体。如污染测试仪，强度测试仪，等都 采用智能技术的现代化精密检测仪器，又比如 智能机器人。
7
2. 各个时期的发展
80年代初 个人仪器（PC仪器） 将仪器中的测量部分配以相应的接口电路组成 各种仪器卡，插入到PC机的插槽或扩展槽内， 以个人计算机为基础组成的智能仪器。
基本工作原理 将传统的独立仪器与计算机的软件硬件资源相结合， 利用PC机的硬件和软件资源完成数据分析和显示， 仪器卡完成数据采集，具有较高的性价比。
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网络化仪器
基于Internet的测控系统中前端模块不仅完成信号 的采集和控制，还兼顾实施对信号的分析与传输， 使用者可以很方便地实现各种测量功能模块的添加、 删除以及不同网络传输方式的选择。 其次，对测量、控制信号等的传输，是建立在公共 的Internet上的。有了前端嵌入式模块，系统的测 量数据安全有效的传输便成为可能。 再有，测得结果的表达和输出也有了较大改进，一 方面，不管身在何处，使用者都可通过客户机方便 地浏览到各种实时数据，了解设备现在的工作情况； 另一方面，在客户端的控制中心，智能化软件和数 据库系统都可被调用来对测得结果分析，以及为使 用者下达控制指令或作决策提供帮助。
特点 可充分发挥计算机的效能，灵活方便、 标准化程度高、扩展性好。
返 回 上 页 下8 页
2. 各个时期的发展
80年代后期
虚拟仪器（Virtual Instrument）
美国国家仪器（NI）公司提出
虚拟仪器
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。
a 数据处理（过去）；
b 知识处理（目前）；
功能
模糊判断、故障判断、容错技 术、传感器融合、机件寿命预 测。
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2. 各个时期的发展
50年代
模拟式（指针式）仪器。
仪器的功能用硬件实现，几乎没有软件的介
入，完全由生产厂商在产品出厂前定义好，测 量结果用指针显示。
特点 典型仪器
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网络化仪器
网络化仪器，如现场总线智能仪表，是适合在远程测 控中使用的仪器，既可以像普通仪器那样按设定程序 对相关物理量进行自动测量、控制、存储和显示测量 结果及控制状态；同时具有重要的网络应用特征，经 授权的仪器使用者，通过Internet可以远程对仪器进 行功能操作、获取测量结果并对仪器实时监控、设置 参数和故障诊断，控制其在Internet上动态发布信息。 它们与计算机一样，成了网络中的独立节点，很方便 地就能与就近的网络通信线缆直接连接，而且“即插 即用”，直接将现场测试数据送上网；用户通过浏览 器或符合规范的应用程序即可实时浏览到这些信息 (包括处理后的数据、仪器仪表的面板图像等)。
测量精度高、速度快、可重复性好、开关、 电缆少、系统组建时间短、测量功能易于扩展等 优点，有最终取代大量的传统仪器成为仪器领域 主流产品的趋势 。
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网络化仪器
在测量测试领域，将仪器、昂贵的外围设备、测 试对象以及数据库等资源纳入网络，对测量实现远地 化、网络化、以及测量结果信息资源共享化，使一台 仪器为更多的用户所使用，降低了测试系统的成本， 实现资源共享，共同完成测试任务。这种借助于网络 通信技术与虚拟仪器技术共享软硬件的结合体称为网 络化仪器。如网络化流量计、网络化传感器、网络化 示波器、网络化分析仪和网络化计量表等.
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网络化仪器
实现过程： 可实现任意时间、任何地点对系统的远程访问，实
时获得仪器的工作状态；通过友好的用户界面，对远程 仪器的功能和状态进行控制和检测，将远程仪器测得的 数据经网络迅速传递给本地计算机。
体积庞大，功能单一，价格昂贵， 开放性差，响应速度慢，精度低 。
万用表、电子示波器、信号发 生器等磁电式和电子式模拟仪 器仪表
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2. 各个时期的发展
60年代
数字式仪器
随集成电路的出现，以集成电路芯片为基础。
基本工作原理 特点
在测量过程中将模拟信号转换为 数字信号，测量结果以数字形式 显示和输出
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三大组成模块
虚拟仪器
计算机
仪器模块 软件Biblioteka 个人计算机 （各种通用计算机）
各种传感器 信号调理器 模数转换器 数据采集器
数据分析 过程通讯 图形用户界面等软件
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虚拟仪器
计算机和仪器模块组成了虚拟仪器硬件测 试平台，完成被测输入信号的采集、放大、模 数转换以及输出信号的数模转换等。当硬件确 定后，用户可以通过不同测试功能的软件模块 （如数据分析、过程通讯以及图形用户界面等 软件）的组合实现不同的功能。
读数清晰，响应速度快，精度高
典型仪器
数字电压表、数字功率计，数 字频率计 、数字式温度传感器
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2. 各个时期的发展
70年代
独立式智能仪器（简称智能仪器）
微处理器的出现和广泛应用,产生以微处理器为 核心,将计算机技术与测量仪器相结合的仪器.
功能 可根据被测参数的变化自动选择合适的量程，进行
即：同一个硬件系统，软件不同，就可
得到功能完全不同的测量仪器
软件系统是虚拟仪器的核心
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目前较流行的虚拟仪器软件环境
文本式的编程语言
如：C、Lab Windows／CVI， Visual Basic， Visual C++
图形化编程语言 如：LabView、HPVEE
虚拟仪器的优点：