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1、智能仪表技术与应用(1-2),绪论内容：1，课程简介2，仪器仪表概念、历史、展望3，智能仪表概念及特点4，智能仪表的硬件结构综述5，作业、考试等安排,本节课目的：了解什么是智能仪表; 掌握智能仪表的硬件结构； 了解智能仪表的发展方向,自动化控制领域的一门重要应用分支基础课程：电路分析、模电、数电、单片机 模电重点：包括放大电路，滤波电路，逻辑运算电路（加法， 减法，比较器等） 单片机重点：单片机硬件结构、软件设计思想工程型课程，重应用. 对于工作后从事仪表设计，测试等方面工作的同学，认真学 习；多讲授实用的东西；对工作后要用的东西重点讲解，书中 没有的补充讲解。 软件方面：不要求写代码，但要求
2、画流程图，掌握设计方法。,1.课程简介,本课程的主要内容：硬件结构包括CPU、传感器、数模/模数转换、输入信号的前置处理、人机接口等软件部分包括模块化设计原则智能仪表的自动功能：自动量程转换、自动补偿、自动校准等介绍控制功能及算法（PID）介绍常用的通信方式软硬件的可靠性设计智能仪表设计实例讲解,课程框架,2.仪器仪表概念、作用、分类2.1 概念仪器仪表是对物质世界进行测量与控制的基础手段和设备（非常哲学化的定义）。通俗理解：由不同的简单功能的硬件模块组合起来，在软件的控制下，各司其职并能协调统一完成规定的复杂功能的组合。是在生产过程中实现测量、控制、保护等功能的一套装置。可以把人体看成一个超
3、级复杂，高度智能化的仪器仪表系统。2.2 作用 替代了人力的作用（视觉，听觉等），对物理量进行量化分析的 基本工具。解放了人力劳动，并提高了一致性。 可以实现自动检测与自动控制。,应用领域： 测量仪器，医疗仪器，航天航海仪表，汽车仪表，电力， 石油，化工仪表等，遍及各个行业，深入到人民生活的各个角落。,2.3 分类,模拟量：温度，压力，声音，光学，距离，振动，电压电流等。 这些参数来源于传感器，需要经过A/D转换数字量：脉冲计数，编码输入等开关量：继电器开关，空气开关状态等。,获取参数：,发展阶段（仪表随着电子元器件的发展而发展）：,第一代：模拟式，一般为机械式、指针式仪器仪表；电子管；体积大
4、第二代：数字式，为数字式仪器仪表，晶体管构成的门电路，少量集成电路第三代：智能式，集成电路；多功能，速度快,例子1：万用表发展阶段举例,模拟式,数字式,智能式（福禄克）,例子2：血压计发展阶段举例,机械式,数字式,智能式家庭医疗终端,2.4 未来的仪表是什么样子的？,？,智能化程度发展趋势,智能化程度更高处理速度更快集成化、体积更小(SOC)设计简单化(RTOS)网络化、无线化可视化,总体趋势,3 智能仪表概念及特点,智能仪表是计算机技术与测量仪表相结合的产物，是指：含有微计算机或微处理器的测量(或检测)仪器拥有对数据的自动采集，存储、运算，显示功能对应数据的处理结果，可以进行自动控制一般都有
5、通信功能（专列一章，并补充I2C，485等）,智能仪器对仪器仪表的发展以及科学实验研究产生了深远影响；大大解放的人力劳动，提高了生产率，是自动控制领域的里程碑；各行各业，都有智能仪表的身影；已成为科技发展水平的代表。,3.1 概念,生产力科学技术(劳动力劳动工具劳动对象生产管理),科学技术是第一生产力,科学技术是生产力,有关专家,马克思,邓小平,科技水平决定了国家的未来,测量过程的软件控制 智能仪表之前：多采用硬件电路实现，结构复杂。 “智能仪表以软代硬”：灵活性强、电路简单，开发进程快，可靠性高数据处理 数字滤波、随机误差、系统误差、非线性校准等处理改善测量的精确度 相关、卷积、反卷积、幅度
6、谱、相位谱、功率谱等信号分析，这个过程相 当于人脑思考的过程多功能化 基于软件的强大功能，可以在主要功能的基础上附加很多额外的功能通信功能 一般都具有通信功能，便于上位机进行集中控制，统一管理。 常用的工业通信接口：HART（232，485）、CANBUS，无线局域网等,3.2 智能仪表的特点,4 智能仪表的结构,与通用计算机系统结构相似，智能仪表由硬件和软件两大部分组成。,4.1 硬件结构图,4.1.1 微处理器 一般是单片机或微处理芯片，也可是SOC，DSP，计算机等 是整个系统的大脑，负责数据的处理、调度,举例1：51系列单片机时钟频率目前可以提高至33-40MHz，提升到20 MIPS
7、。集成片上Flash存储器，集成密度高并实现了ISP(在系统烧录程序)和IAP(在应用烧录程序)，调试更加方便。Philips公司P89C51RC2RD2 、32KB64KBFlash存储器，8KB容量的RAM。瑞典Xemic公司生产的XE8301，其工作电压的范围为1.25.5V，1 MIPS时电流为200A，暂停模式仅需要1A电流维持时钟的运行。,举例2：SOC（片上系统）核心思想就是要把整个应用电子系统(除无法集成的电路)全部集成在一个芯片中，避免了大量PCB板的设计及板级调试工作；SOC是以功能IP(Intellectual Property)为基础的系统固件和电路综合技术。 在SOC
8、设计中，设计者面对的不再是电路芯片，而是根据所设计系统的固件特性和功能要求，选择相应的单片机CPU内核和成熟优化的IP内核模块，这样就基本上消除了器件信息障碍，加快了设计速度，SOC将使系统设计技术发生革命性的变化，这标志一个全新时代已经到来。,举例3：DSP（数字信号处理器）DSP应用在大量的数据处理的情况下，如语音、图像处理，数字滤波，相关计算，卷积，FFT算法等。经常与CPU搭配使用,许多微处理器还采用了数字模拟混合集成技术，将AD、DA、锁相环以及USB、CAN总线接口等都集成到单片机中，大大地减少片外附加器件的数目，进一步提高了系统的可靠性，节省了成本。,本节回顾 1，仪器仪表的发展
9、概念，分类，发展，前景 2，智能仪表的概念和特点 3，智能仪表的硬件结构组成，介绍了处理器部分。,下节内容 1，详述硬件的输入输出，人机接口，通信接口 2，智能仪表的软件组成，模块化设计理念 3，补充虚拟仪表的介绍。,作业规划及考试安排 1，作业规划：每周/每两周一次，周四上课上交；每次布置1-2个与以后应用关系较大的题目，学生自由发挥，不懂的可以通过网络方式查找，但对问题的探讨要深入。 2，考试安排：本课为考查课，第18周周四随堂考试。考试内容为平时授课的重点和目前工业控制领域常接触到的一些问题。,1：书面：列举至少3款常见的智能仪表；对其中一款做深入解剖分析，画出其基本结构框架图形。2：复习模拟电路和单片机课程，为后续课程做铺垫。,本次作业,Thank You！,王焕磊 ,
