[2]智能仪器原理及应用.ppt
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《智能化仪器原理及应用》课件第3章
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
图3-5 带RS－232C接口的通信设备连接
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
2 “请求发送”（RTS）与“为发送清零”（CTS）信号 线用于半双工通信方式。半双工方式下发送和接收只能分时 进行，当DTE有数据待发送时，先发“请求发送”信号通知 调制解调器。此时若调制解调器处于发送方式，回送“为发 送清零”信号，发送即开始。若调制解调器处于接收方式， 则必须等到接收完毕转为发送方式时，才向DTE回送“为发 送清零”信号。在全双工方式下，发送和接收能同时进行，
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术 表3-1 RS－232C标准串行接口总线的常用信号线
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 20 22
符号 保护地 TXD RXD
RTS CTS DSR GND DCD DTR RI
方向
Out In Out In In
In Out In
功能
发送数据 接收数据 请求发送 为发送清零 DCE 就绪
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
图3-1 全双工、半双工、单工示意图
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
（1）单工（Simplex）方式：相互通信的任何一方仅允
（2）半双工（Half Duplex）方式：通信的双方既可 以发送又可以接收数据，但是发送和接收数据只能分时使用 同一传输线路，即在某一时刻只允许进行一个方向的数据传
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
图3-9 RS－232C与TTL电平变换器
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
4. 计算机中的数据是并行的，为了实现异步串行传输，发 送时必须进行并-串转换，而且要把数据字符组织成如图3-2 所示的数据格式；接收时必须从图3-2所示的格式中把有用 的字符提取出来，再进行串/并转换。此外，还要检验传送 是否正确。这些工作一般采用专用集成电路芯片UART（通 用异步接收器/发送器）来完成。UART作为计算机的串行通 信接口电路芯片，在相应的控制软件配合下，实现异步串行 数据传输。UART芯片种类很多，常用的有Intel8251、8250、 ZilogZ80 SIO、MotorolaMC6850等。许多单片计算机也具 有UART功能，详细内容读者可参阅有关的书籍和产品手册。
《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。
智能仪器ppt
最后微处理器做一次减法运算，使Ux=Uox-Uos，并将此差值作为本次测量 结果加以显示。
很显然，上述测量过程能有效地消除硬件电路零点漂移对测量结果的影响。
5.2.2 随机误差的自动校正
• 随机误差是测量中不可避免的，一般的仪 器、仪表无法克服随机测量误差。智能仪 器却可以利用微机控制测量速度快的优势， 通过用软件进行多次测量求平均值的方法 来减小随机误差，这就是所谓的平滑滤波 技术。 • 智能仪器中常用的克服随机误差的滤波方 法有以下几种。
• 1．硬件结构 • 硬件是实现量程自动转换的保证，方法 有多种，最常用的是用程控放大器。它通 过微机控制改变放大器的放大倍数，程控 放大器可以用集成的，如下图所示。微机 通过改变A0A1的组合从而改变程控放大器 的放大倍数; • 也可以根据要求用电子模拟开关加运算放 大器构成; • 还有采用数字电位器和仪表放大器组成高 精度、多挡位、低成本的程控放大器等。
5.2.1 系统误差的自动校正
• 自校零技术又称零位补偿，是用来消除 最常见的恒定或慢速变化的系统误差的方 法。如前所述，待测信号从传感器到送入 微处理器要经过一系列的电路，由于实际 电路中不可避免的一些原因，如接触电势、 偏置电流、环境温度等，使得输出信号的 零位与输入信号的零位不一致带来测量的 误差。这种现象引起的变化十分缓慢，在 测量的时间段内认为是恒定不变的，因此 可以通过软件进行校零。
加权滑动平均滤波法
• 滑动平均滤波法中，n越大，则输出信号 的滞后越严重，为此可采用加权滑动平均 法。这是滑动平均法的一种改进，即对不 同时刻的测量数据加以不同的权重系数。 通常越接近当前时刻的数据，权重系数越 大，以提高系统对当前采样值的灵敏度。
中值滤波法
• 中值滤波法的基本思想是连续测量三次并储存 三次的测量值x1、x2、x3，比较3个采样值的大 小，将中间的测量值作为有效的测量值，其算法 是：如果x1＞x2＞x3，则取x2作为本次测量有效 值储存，其他两个值丢掉。 • 这种方法可以有效地克服因偶然因素引起的波 动或采样器不稳定引起的脉冲干扰，对温度、液 面等变化缓慢的控制参数采用中值滤波法可以收 到较好的效果。
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
智能仪器原理及设计课件第1、2、6章
第1章 绪论
2. 仪器的性能优越 智能仪器中通过微处理器进行数据存储
和处理，很容易实现多种自动补偿、自动校 正、多次测量平均等技术，使测量精度大大 提高。通过执行适当和巧妙的算法，常常可 以克服或弥补仪器硬件本身的缺陷和弱点， 改善仪器的性能。智能仪器中，对于随机误 差通常用求平均值的方法来克服； 对于系统 误差，则根据误差产生的原因采用适当的方 法处理。
第1章 绪论
我国电磁测量信息处理仪器学会于 1984年正式成立“自动测试与智能仪器 专业学组”，1986年国际测量联合会以 “智能仪器”为主题召开了专门的讨论 会，1988年国际自动控制联合会在其当 年的理事会上正式确定“智能元件及仪 器”为其系列学术委员会之一。
第1章 绪论
此外，1989年5月在我国武汉召开了第一 届测试技术与智能仪器国际学术讨论会。 以后，在国内外的学术会议上，以智能 仪器为内容的研讨已层出不穷。近年来， 智能仪器已开始从较为成熟的数据处理 向知识处理发展，它体现为模糊判断、 故障诊断、容错技术、传感器融合、机 件寿命预测等，使智能仪器的功能向更 高层次发展。
第1章 绪论
1.3.1独立式智能仪器及GP-IB自动测试系统 独立式智能仪器（简称智能仪器）是自
身带有微处理器和GP-IB接口的能独立进行 测试工作的电子仪器。独立式智能仪器在结 构上自成一体，因而使用灵活方便，并且仪 器的性能可以做得很高。这类仪器在技术上 比较成熟，同时借助于新技术、新器件和新 工艺的不断进步，这类仪器还在不断发展， 不断推陈出新。
第1章 绪论
例如HP3455型数字电压表的实时自动校 正是先进行三次不同方式的测量，然后 由微处理器自动把测量数据代入校准方 程进行计算，以消除由漂移、增益不稳 定所带来的误差。借助于微处理器，不 仅能校正由漂移、增益不稳定等引起的 误差，还能校正由各种传感器、变换器 及电路引起的非线性或频率响应等误差。
智能仪器课件第1章ppt
•举例
前面介绍的个人仪器、VXI总线仪器、虚拟 仪器等属于微机扩展式仪器。
注意： 微机内嵌式智能仪器是智能仪器
设计的基础，本书着重介绍。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
1.3.2智能仪器的组成
•举例：
高级汽车的燃料喷射系统、空调系统、音响 部分、ABS系统、卫星定位系统、安全气囊系统 等多处都含有微机
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
微机扩展式 ：
将检测功能扩展到微机中，由特定的硬件模 块完成被测输入信号的采集，放大，以及输出信 号的数模转换等功能，利用微机的硬件和软件资 源完成数据分析和显示，给使用者的感觉首先是 一个微机系统。
标准化程度高、扩展性好。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
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
2、多功能化
多功能是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速 度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有 脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发 生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上比专用脉冲发 生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的 解决方案。
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前面介绍的个人仪器、VXI总线仪器、虚拟 仪器等属于微机扩展式仪器。
注意： 微机内嵌式智能仪器是智能仪器
设计的基础，本书着重介绍。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
1.3.2智能仪器的组成
•举例：
高级汽车的燃料喷射系统、空调系统、音响 部分、ABS系统、卫星定位系统、安全气囊系统 等多处都含有微机
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
微机扩展式 ：
将检测功能扩展到微机中，由特定的硬件模 块完成被测输入信号的采集，放大，以及输出信 号的数模转换等功能，利用微机的硬件和软件资 源完成数据分析和显示，给使用者的感觉首先是 一个微机系统。
标准化程度高、扩展性好。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
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
2、多功能化
多功能是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速 度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有 脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发 生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上比专用脉冲发 生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的 解决方案。
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《智能仪器概述》课件
3 自动化程度
智能仪器能够自动完成测量、监测和分析的 过程，减少了人工操作的误差。
4 数据信息化
智能仪器可以将采集的数据进行信息化处理， 实现数据的存储、传输和分析。
总结
智能仪器的特点与应用
智能仪器具备自主感知和处理能 力，广泛应用于工业、医疗、环 保和教育等领域。
未来智能仪器的发展趋势
智能仪器将与人工智能结合，普 及到更多领域，并实现自主创新 和环保可持续发展。
2 智能化
智能仪器具备学习和适应 能力，能够根据不同情境 和需求，自主地调整工作 模式和参数。
3 高效性
智能仪器能够快速、准确 地进行数据采集和分析， 大大提高了工作效率。
智能仪器的Leabharlann 型传感器用于测量和检测各种物理量和环境参数的设备， 如温度、湿度、光强等。
分析仪器
用于对物质进行定性和定量分析的设备，如光谱 仪、质谱仪等。
人工智能与智能仪器
人工智能技术的发展将进一步提升智能 仪器的自主感知和决策能力。
智能仪器的自主创新
智能仪器制造商将不断推动技术创新， 开发出更智能、高效的仪器设备。
智能仪器的优势
1 可靠性
智能仪器经过严格测试和质量控制，具备较 高的可靠性和稳定性。
2 精度
智能仪器采用精密传感器和先进算法，能够 提供较高精度的测量和分析结果。
环境监测
智能仪器可用于空气、 水质和土壤等环境参 数的实时监测和分析。
能源管理
智能仪器在能源生产 和消耗中的应用，可 以提高能源利用效率 和环境可持续性。
智能仪器的发展趋势
1
智能仪器的普及
2
随着科技的进步和成本的降低，智能仪
器将逐渐普及到各个领域和行业中。
智能仪器原理及应用.ppt
第1章 导 论
3)
智能仪器的测量过程和各种测量电路均由单片机来控制， 一般情况下这些控制端都是一根I/O线。由于MCS－51单片机具 有布尔处理功能，包括一整套位处理指令、位控制转移指令和 位控制I/O功能，这使得它特别适用于仪器仪表的控制。
第1章 导 论 智能仪器一般是指采用了微处理器（或单片机）的电子仪 器。由智能仪器的基本组成可知，在物理结构上，微型计算机 包含于电子仪器中，微处理器及其支持部件是智能仪器的一个 组成部分；但是从计算机的角度来看，测试电路与键盘、 通 信接口及显示器等部件一样，可看作是计算机的一种外围设备。 因此， 智能仪器实际上是一个专用的微型计算机系统， 它主 要由硬件和软件两大部分组成。
第1章 导 论 智能仪器的软件包括监控程序和接口管理程序两部分。 其中，监控程序主要是面向仪器操作面板、键盘和显示器的 管理程序。其内容包括：通过键盘操作输入并存储所设置的 功能、操作方式与工作参数。通过控制I/O接口电路对数据进 行采集； 对仪器进行预定的设置；对所测试和记录的数据与 状态进行各种处理；以数字、字符、图形等形式显示各种状 态信息以及测量数据的处理结果等。接口管理程序主要面向 通信接口，其作用是接收并分析来自通信接口总线的各种有 关信息、操作方式与工作参数的程控操作码， 并通过通信接 口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果来响应计 算机的远程控制命令。
第1章 导 论
1)
一般要求智能仪器中有大量的I/O口，并且需要有定时或 计数功能，有的还需要通信功能， 而MCS－51单片机片内具有 32根I/O口线、 两个16位定时/计数器，还有一个全双工的串 行口。这样，在使用MCS－51单片机后可大大简化仪器的硬件 结构，降低仪器的造价。
第1章 导 论 2)
智能仪器原理及应用：第一章 概 述
1.仪器仪表定义、作用、分类
定义：仪器仪表是信息获取的手段、是认识世 界的工具，是一个系统或装置。 基本作用：延伸、扩展、补充或代替人的听觉、 视觉、触觉等器官的功能。 分类：行业、性质、特点。
一、从传统仪器仪表到智能仪器
2.九类测试计量仪器
同学在学习和生活中，接触、 使用或了解哪些仪器仪表？
几何量：长度、角度、形貌、相互位置、位移、 距离测量仪器等；
三、推动智能仪器发展的主要技术
智数据处理能力，并能自检、
自校、自补偿的新一代传感器——
智能传感器。
微电子、光电子技术发展 半导体传感器、
加工工艺
MEMS传感器
新型智能敏感材料
三、推动智能仪器发展的主要技术
网络传感器 将网络接口芯片与智能传感器集成起 来并使通信协议固化到智能传感器的 ROM中，就产生了网络传感器。 网络信息技术 物联网：The Internet of Things （战略性新兴产业） 网络化仪器
PC总线
软件
电源
仪仪仪
仪通
器器器
器用
插 插 插 …… 插 接
件件件
件口
扩展底板或外部插件箱
个人仪器结构图
二 、智能仪器的分类、基本结构与特点 工控微机机P扩C展I 式
个人仪器结构图
二 、智能仪器的分类、基本结构与特点 3.智能仪器的特点
◆ 测量过程的程序控制：
“以软代硬” →灵活性强、可靠性高
◆ 数据处理 ：
→改善测量的精确度 →提供更多高质量的信息量
◆ 多功能化：一机多用
三、推动智能仪器发展的主要技术
传感器技术 A/D等新器件 单片机与DSP的广泛应用 嵌入式系统与片上系统(SOC、SOPC) ASIC、FPGA／CPLD技术 LabVlEW等图形化软件技术 网络与通信技术 微型化技术
定义：仪器仪表是信息获取的手段、是认识世 界的工具，是一个系统或装置。 基本作用：延伸、扩展、补充或代替人的听觉、 视觉、触觉等器官的功能。 分类：行业、性质、特点。
一、从传统仪器仪表到智能仪器
2.九类测试计量仪器
同学在学习和生活中，接触、 使用或了解哪些仪器仪表？
几何量：长度、角度、形貌、相互位置、位移、 距离测量仪器等；
三、推动智能仪器发展的主要技术
智数据处理能力，并能自检、
自校、自补偿的新一代传感器——
智能传感器。
微电子、光电子技术发展 半导体传感器、
加工工艺
MEMS传感器
新型智能敏感材料
三、推动智能仪器发展的主要技术
网络传感器 将网络接口芯片与智能传感器集成起 来并使通信协议固化到智能传感器的 ROM中，就产生了网络传感器。 网络信息技术 物联网：The Internet of Things （战略性新兴产业） 网络化仪器
PC总线
软件
电源
仪仪仪
仪通
器器器
器用
插 插 插 …… 插 接
件件件
件口
扩展底板或外部插件箱
个人仪器结构图
二 、智能仪器的分类、基本结构与特点 工控微机机P扩C展I 式
个人仪器结构图
二 、智能仪器的分类、基本结构与特点 3.智能仪器的特点
◆ 测量过程的程序控制：
“以软代硬” →灵活性强、可靠性高
◆ 数据处理 ：
→改善测量的精确度 →提供更多高质量的信息量
◆ 多功能化：一机多用
三、推动智能仪器发展的主要技术
传感器技术 A/D等新器件 单片机与DSP的广泛应用 嵌入式系统与片上系统(SOC、SOPC) ASIC、FPGA／CPLD技术 LabVlEW等图形化软件技术 网络与通信技术 微型化技术
《智能仪器》课件
互联网技术
互联网技术的集成使得智能仪器能够实现远程控制、远程监测和数据远程传输，提高工作效率和便捷性。
智能仪器分类
按照应用领域分类
智能仪器可根据应用领域进 行分类，包括科研仪器、工 业仪器、医疗仪器等。
按照测量参数分类
智能仪器可根据测量参数进 行分类，包括温度、压力、 湿度等多个方面的测量。
按照智能程度分类
智能仪器在科研、工业生产、医疗诊断等领域发挥着重要的作用，为人类社会的发展与进 步做出积极贡献。
智能仪器可根据智能程度进 行分类，包括智能化、自动 化和智能化一体化等级别。
智能仪器的优势
1 提高测量度
智能仪器利用先进的传 感技术和数字信号处理 技术，提高了测量的准 确性和精度。
2 提高测量效率
智能仪器通过自动化的 数据采集和处理，大大 提高了测量效率，减少 了人为操作的误差。
3 实现远程监测
结论
智能仪器的优势和挑战
智能仪器在提高测量精度、测量效率和实现远程监测方面具有独特的优势，同时也面临着 复杂的系统集成、数据隐私保护和安全性可靠性等挑战。
智能仪器的未来展望
智能仪器将以人工智能技术的应用为驱动，实现智能化、自动化和智能化一体化的发展趋 势，为各个领域带来更多可能。
智能仪器的重要性和作用
智能仪器的发展历程
智能仪器的发展经历了传 感技术、数字信号处理技 术和互联网技术的逐步融 合与创新。
智能仪器技术
智能传感技术
智能传感技术的发展使得仪器能够感知环境参数并进行数据采集，同时具备自适应、自动校准等功能。
数字信号处理技术
数字信号处理技术的应用使得仪器能够对采集到的信号进行精确处理与分析，提高测量的准确性和可靠 性。
《智能仪器》PPT课件
互联网技术的集成使得智能仪器能够实现远程控制、远程监测和数据远程传输，提高工作效率和便捷性。
智能仪器分类
按照应用领域分类
智能仪器可根据应用领域进 行分类，包括科研仪器、工 业仪器、医疗仪器等。
按照测量参数分类
智能仪器可根据测量参数进 行分类，包括温度、压力、 湿度等多个方面的测量。
按照智能程度分类
智能仪器在科研、工业生产、医疗诊断等领域发挥着重要的作用，为人类社会的发展与进 步做出积极贡献。
智能仪器可根据智能程度进 行分类，包括智能化、自动 化和智能化一体化等级别。
智能仪器的优势
1 提高测量度
智能仪器利用先进的传 感技术和数字信号处理 技术，提高了测量的准 确性和精度。
2 提高测量效率
智能仪器通过自动化的 数据采集和处理，大大 提高了测量效率，减少 了人为操作的误差。
3 实现远程监测
结论
智能仪器的优势和挑战
智能仪器在提高测量精度、测量效率和实现远程监测方面具有独特的优势，同时也面临着 复杂的系统集成、数据隐私保护和安全性可靠性等挑战。
智能仪器的未来展望
智能仪器将以人工智能技术的应用为驱动，实现智能化、自动化和智能化一体化的发展趋 势，为各个领域带来更多可能。
智能仪器的重要性和作用
智能仪器的发展历程
智能仪器的发展经历了传 感技术、数字信号处理技 术和互联网技术的逐步融 合与创新。
智能仪器技术
智能传感技术
智能传感技术的发展使得仪器能够感知环境参数并进行数据采集，同时具备自适应、自动校准等功能。
数字信号处理技术
数字信号处理技术的应用使得仪器能够对采集到的信号进行精确处理与分析，提高测量的准确性和可靠 性。
《智能仪器》PPT课件
智能仪器原理及应用
传感器技术
通过使用各种传感器，智能仪器可以实时 获取环境数据和物体参数。
人工智能技术
借助机器学习和深度学习算法，智能仪器 可以对数据进行智能判断和预测。
信号处理技术
智能仪器将传感器获取的数据进行处理和 分析，提取有用信息。
通信技术
智能仪器可以与其他设备和系统进行数据 交互和远程控制。
智能仪器的应用领域
智能仪器的发展趋势
1
传感器技术的进一步发展
Hale Waihona Puke 传感器将变得更加精确、灵敏，并具备更多功能。
2
人工智能技术的应用扩展
智能仪器将更加注重对数据的智能处理和利用，实现更高水平的智能化。
3
通信技术的提升
智能仪器将更加便捷地与其他设备和系统进行数据交互和远程控制。
结论和总结
智能仪器的原理及应用已经取得了显著的进展，并在各个领域展示了广阔的 前景。我们有理由相信，智能仪器将在未来发挥更大的作用。
智能仪器原理及应用
智能仪器的定义及基本原理，并探讨其应用领域、优势和特点。分析智能仪 器的市场前景，并展望其未来的发展趋势。最后得出结论和总结。
智能仪器的定义
智能仪器是一种集成了传感器、处理器和通信技术的先进仪器，具备自动化、 智能化和网络化特性，能够实现自主感知、智能判断和远程控制。
智能仪器的基本原理
1 自动化
2 智能化
智能仪器能够自动完成数据采集、处理 和控制的过程，减少人工干预。
智能仪器借助人工智能技术，能够实现 智能判断、决策和优化。
3 高效性
4 可远程控制
智能仪器能够高效地获取和处理大量数 据，提高工作效率。
智能仪器可以通过通信技术实现对设备 的远程监控和控制。
智能仪器原理和应用讲义
智能仪器原理和应用
第5章 智能型电压测量仪 6. 统计 利用此项功能，可以直接显示多次测量值的统计运算结果。 常见的统计有平均值、方差值、标准差值、均方值等。 智能型DVM一般都具有自动量程转换、自动零点调整、自 动校准、自动诊断等功能，并配有标准接口。这些功能在前几 章中已作过讨论， 这里不再赘述。 智能型DVM除具有上述的数据处理能力和一些独特的功能 以外， 还具有普通的DVM的各项技术指标，其中主要技术指标 有7项：
智能仪器原理和应用
第5章 智能型电压测量仪 （1） 量程。为扩大测量范围，智能型DVM借助分压器和输 入放大器分为若干个测量量程，其中既不放大也不衰减的量程 称为基本量程。 （2） 位数。智能型DVM的位数是以完整的显示位（能够显 示0～9这10个数码的显示位）来定义的。例如，最大显示数为 9999、19 999、11 999的DVM称四位表。为区别起见，常常也把 最大显示数为19 999、11 999的DVM称为 4 1 位数字电压表。
第5章智能型电压测量仪智能仪器原理和应用239162020图521071智能型dvm的输入电路有源滤波器接口电路输入衰减器hi输入电流补偿增益网络输入放大器a112v至adc12v40v变换器m32自举电源lo第5章智能型电压测量仪智能仪器原理和应用2491620201071智能型dvm输入电路主要由输入衰减器输入放大器a1有源滤波器输入电流补偿以及自举电源等部分组成
输入电路的主要作用是提高输入阻抗和实现量程的转换。 下面以图5-2所示的DATRON公司的1071智能型DVM输入电路为 例， 对输入电路的组成原理进行讨论。
智能仪器原理和应用
第5章 智能型电压测量仪
接 口 电 路
Hi
输入
衰减器
Lo
第5章 智能型电压测量仪 6. 统计 利用此项功能，可以直接显示多次测量值的统计运算结果。 常见的统计有平均值、方差值、标准差值、均方值等。 智能型DVM一般都具有自动量程转换、自动零点调整、自 动校准、自动诊断等功能，并配有标准接口。这些功能在前几 章中已作过讨论， 这里不再赘述。 智能型DVM除具有上述的数据处理能力和一些独特的功能 以外， 还具有普通的DVM的各项技术指标，其中主要技术指标 有7项：
智能仪器原理和应用
第5章 智能型电压测量仪 （1） 量程。为扩大测量范围，智能型DVM借助分压器和输 入放大器分为若干个测量量程，其中既不放大也不衰减的量程 称为基本量程。 （2） 位数。智能型DVM的位数是以完整的显示位（能够显 示0～9这10个数码的显示位）来定义的。例如，最大显示数为 9999、19 999、11 999的DVM称四位表。为区别起见，常常也把 最大显示数为19 999、11 999的DVM称为 4 1 位数字电压表。
第5章智能型电压测量仪智能仪器原理和应用239162020图521071智能型dvm的输入电路有源滤波器接口电路输入衰减器hi输入电流补偿增益网络输入放大器a112v至adc12v40v变换器m32自举电源lo第5章智能型电压测量仪智能仪器原理和应用2491620201071智能型dvm输入电路主要由输入衰减器输入放大器a1有源滤波器输入电流补偿以及自举电源等部分组成
输入电路的主要作用是提高输入阻抗和实现量程的转换。 下面以图5-2所示的DATRON公司的1071智能型DVM输入电路为 例， 对输入电路的组成原理进行讨论。
智能仪器原理和应用
第5章 智能型电压测量仪
接 口 电 路
Hi
输入
衰减器
Lo
智能仪器第1章 绪论(分析“仪器”文档)共35张PPT
2 智能仪器: 测控微处理器的应用 乔治 . C . 巴尼 3 ASIC (专用集成电路)
这种局面一旦形成，将使电子产品的结构更加紧凑，性能更加良好，保密性更强。 1 测量过程的软件控制 3 第三代--智能仪器 (1) 仪器既可以单独使用又可组成系统，仪器之间仅用专用导线互连，方便、灵活、费用低。 3 ASIC (专用集成电路) 当功能的增加，使其硬件的结构越来越复杂，给其进一步的发展带来造成很大的困难。
作环境. 3. (4) 按32位机设计，信息吞吐量高，可达40MB/s，比GP-IB快40倍。
4 PXI 模块和其他标准模块的连接
独立仪器
MXI-3
PXI 系统
VXI or VME
GPIB
MXI
和PCI模块的连接 bus
模块
5 硬件
第一章 绪论
1.5 虚拟仪器
2 传统仪器和虚拟仪器的对比
传统仪器
4 测试测量仪器的分类
几何参量：长度，角度，相对位置，位移和距离测量仪器等。 机械参数：力，硬度，加速度，速度，转矩和振动测量仪器等。
过程参数：温度、压力、湿度和流量测量仪器等。
光学参数：光度测量器、分光光度计、色度、激光参数的测量仪器及光学传递
函数的测量仪器等。
辐射检测： X γ射线和中子测量仪。 时频参数：定时器和时钟，铯钟和时频测量仪器。 电磁参数：AC、DC电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率 以及cosφ测
智能仪器设计基础
第一章 绪论
1.1 智能仪器的发展状况
1 智能仪器的定义 1.1 仪器仪表
仪器仪表是用于获取信息，来认知外部世界的系统或设备。
1.2 智能仪器
智能仪器是含有微计算机或微处理器的测量仪器。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，具有一定智能作用，因而被称为智能仪器。
这种局面一旦形成，将使电子产品的结构更加紧凑，性能更加良好，保密性更强。 1 测量过程的软件控制 3 第三代--智能仪器 (1) 仪器既可以单独使用又可组成系统，仪器之间仅用专用导线互连，方便、灵活、费用低。 3 ASIC (专用集成电路) 当功能的增加，使其硬件的结构越来越复杂，给其进一步的发展带来造成很大的困难。
作环境. 3. (4) 按32位机设计，信息吞吐量高，可达40MB/s，比GP-IB快40倍。
4 PXI 模块和其他标准模块的连接
独立仪器
MXI-3
PXI 系统
VXI or VME
GPIB
MXI
和PCI模块的连接 bus
模块
5 硬件
第一章 绪论
1.5 虚拟仪器
2 传统仪器和虚拟仪器的对比
传统仪器
4 测试测量仪器的分类
几何参量：长度，角度，相对位置，位移和距离测量仪器等。 机械参数：力，硬度，加速度，速度，转矩和振动测量仪器等。
过程参数：温度、压力、湿度和流量测量仪器等。
光学参数：光度测量器、分光光度计、色度、激光参数的测量仪器及光学传递
函数的测量仪器等。
辐射检测： X γ射线和中子测量仪。 时频参数：定时器和时钟，铯钟和时频测量仪器。 电磁参数：AC、DC电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率 以及cosφ测
智能仪器设计基础
第一章 绪论
1.1 智能仪器的发展状况
1 智能仪器的定义 1.1 仪器仪表
仪器仪表是用于获取信息，来认知外部世界的系统或设备。
1.2 智能仪器
智能仪器是含有微计算机或微处理器的测量仪器。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，具有一定智能作用，因而被称为智能仪器。
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第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法 3. 总线的自检
大多数智能仪器中的微处理器总线都是经过缓冲器再与各 I/O器件和插件等相连接的，这样即使缓冲器以外的总线出了 故障，也能维持微处理器的正常工作。这里所谓的总线自检， 是指对经过缓冲器的总线进行检测。由于总线没有记忆能力， 因此总线自检中设置了两组锁存触发器，用于分别记忆地址总 线和数据总线上的信息。这样，只要执行一条对存储器或I/O 设备的写操作指令，地址线和数据线上的信息便能分别锁存到 这两组触发器（地址锁存触发器和数据锁存触发器）中。我们 通过对这两组锁存触发器分别进行读操作，将地址总线和数据 总线上的信息与原有的输出信息进行比较，便可判知总线是否 存在故障。具体实现的电路原理图见图2-2。
第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法
2.1.2
1. ROM或EPROM的检测
由于智能仪器中的ROM或EPROM是用来存放仪器的控制程序 的，是不允许出故障的，因而对ROM或EPROM的检测是至关重要 的。ROM或EPROM故障的检测一般采用“校验和”的方法，其具 体的做法是：在将仪器程序机器码写入ROM或EPROM的时候，保 留一个单元（一般是最后一个单元）。此单元不是用于写程序 代码，而是用于写入“校验字”。“校验字”应能满足ROM或 EPROM中所有单元的每一列都具有奇数个“1”。自检程序的内容 是： 对每一列数进行异或运算，如果ROM或EPROM无故障，各列 的运算结果应都为“1”，即校验和等于FFH。这种算法见表2－1 所示。 表中ROM地址的前7个（0～6）单元是程序代码，最后一 个单元内容为对应于上面程序的奇数校验字01001110（使ROM 中 的 每 一 列 的 “ 1” 为 奇 数 个 ） 。 这 样 ， ROM 的 校 验 和 为 11111111，即FFH。
第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法
总 线
D0 D1 Q0 Q1
… D7 CL D0D1 … Q7 OE Q0Q1
… D7 CL … Q7 OE
I /O 双向 总线 缓冲 器
单向 总线 缓冲 器
D0D1 …
D7
A0A1 … CPU
图 2-2 总线检测电路原理图
01 23 45 67 地址 译码 器 OE
第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法 3)
除了上述两种自检外，还可以在仪器的面板上设置“自检” 按键，即当用户对仪器的可信度产生怀疑时，可通过按下该键 来启动一次自检程序，微处理器根据按键译码后转到相应的自 检程序执行自检操作，这就是键控自检。键控自检是一种人工 干预的检测方式。
在上述几种不同方式的自检过程中，如果发现仪器出现某 种故障，仪器自身通常会以适当的形式发出指示。智能仪器一 般都通过其面板上的显示器，以文字或数字的形式显示出错代 码。出错代码通常以“Error X”字样表示， 并常常用发光二极 管伴以闪烁信号，以引起注意。其中“X”为故障代号，操作人 员根据出错代码，通过查阅仪器使用手册便可确定故障内容以 及故障处理的方法。
第2章 智能仪器典型处理功RA能M自及检 实现方法
建立 地址 指针
写入 55H并读 出
读写 相符 ？
N
Y 写入 AAH并读 出
读写 相符 ？
N
Y 地址 指针 ＋1
N
最后 一单 元？
Err or标志 并显 示 出错 单元 地址
Y 志
结束
图2-1 RAM自检流程图
第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法
A7 A8 A9 A1 0 RD WR
第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法
4. 显示器与键盘的检测
智能仪器的显示器、键盘等I/O设备的检测往往采用与操作 者合作的方式进行。检测程序的内容为：先进行一系列预定的 I/O操作，然后操作者对这些I/O操作的结果进行检验。如果检 验的结果与预先的设定（或设想）一致，就认为功能正常； 否 则， 应对有关的I/O通道进行检修。
第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法
2)
系统仅在开机时进行一次性的自检，并不能保证在以后的 工作过程中仪器不会出现故障。为了使仪器一直处于良好的工 作状态，可以采用周期性自检的方式。周期性自检是将仪器的 自检分成若干项，程序设计时安排在仪器的每次（或几次）测 量间隙插入一项自检操作。这样，经过多次测量之后便可完成 仪器的全部自检项目，周而复始。由于这种自检是自动进行的 且不影响仪器的正常工作，因此通常不为操作人员所觉察（除 非发生故障而告警）。
第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法 表2-1 校验和算法示意
第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法
2. RAM的检测 数据存储器RAM是否正常是通过检验其“读写功能”的有 效 性 来 体 现 的 。 通 常 可 选 用 特 征 字 55H （ 01010101B ） 和 AAH （10101010B），分别对RAM的每一个单元进行“先写后读”的 操作， 其自检的流程图如图2-1所示。
第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法
第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法
2.1 智能仪器故障的自检 2.2 自动测量功能 2.3 测量误差及典型的误差处理方法 2.4 数字滤波 思考题与习题
第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法
2.1 智能仪器故障的自检
2.1.1
1)
开机自检是在仪器电源接通或复位之后进行的，主要检查 显示器、仪器的接插件、ROM、RAM等。自检中如果没发现问题， 就显示仪器一切正常的特征字符或直接进入测量程序；如果发 现问题，则及时报警并显示故障代码，以提醒用户并避免仪器 带病工作；当故障严重时，也可以停机待修。开机自检是对仪 器正式投入运行之前所进行的全面检查，完成开机自检后， 系统在以后的运行中不再进行这一过程。
基本方法是：先将55H（或AAH）写入RAM的一个单元，然 后从该单元中读取数据，并与55H（或AAH）相比较。若不相符， 则显示出错并给出出错单元地址；若相符，则再写入AAH（或 55H），然后从该单元中读取数据，并与AAH(或55H) 相比较。 若不相符，则显示出错并给出出错单元地址；若相符，则修改 地址指针，用同样的方式对下一个单元进行“读写”检测。依 此类推，直到最后一个单元检测完毕即可结束。