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智能仪器系统综合设计指导书 制造学院 测控系 2014.12一等精度频率计设计一、教学目的 在工业生产中，频率是常用的测量参数。频率计用于对外部输入信号的频率进行测量，输入信号形式包括正弦波、方波、三角波、锯齿波等。输入信号的电平为TTL电平。1、要求学生采用单片机实现频率参数的检测。通过这一设计，掌握一般智能仪器的设计方法，达到课程综合训练的目的。2、要求学生复习 传感器、测控电路、单片机、智能仪器等专业课知识，训练综合所学知识解决实际问题的能力。二、技术要求1、频率测量范围：1Hz10MHz。2、测量分辨率：4位（即测量1 Hz时显示1.000Hz，测量9.999MHz时显示9.999MHz）3、测量速度：0.5次/秒，并且可设置。4、采用5位以上数码管或LCD等显示，显示内容包括：测量的频率、单位、不同位置的小数点、当前测量状态等。5、能通过小键盘或上位机设定测量速度等。6、能与上位机（计算机）通讯，报告当前测量值。7、能设置、更改系统基本参数，如分度值、测量速度、通讯速度、通讯格式等，每次开机后都采用设置好的基本参数作为当前值。8、要求系统具有较高的可靠性，能完成开机自检、错误报告及错误恢复等功能。三、设计报告内容和任务1、简述等精度频率测量原理，并比较其与传统测频原理的频率计的优缺点。2、分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功能、作用。3、分析影响系统精度的指标有哪些，要提高系统精度最重要的措施有哪些？4、分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指标。分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。5、根据设计选用器件，并说明选用器件的理由。6、除设计的主要功能外，该系统是否需要其它辅助功能部件?（如电源、抗干扰措施等）如何实现？7、画出设计系统的元件原理图（用Protel、Proteus等），有条件（选做）可对该系统进行仿真（用multisim、Proteus等），检验系统否能达到设计要求。8、分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。9、画出各软件模块流程图并编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。有条件可对软件进行仿真，检查执行情况。10、画出设计系统的电路布线图（用Protel等）（选做）。11、提交设计报告书。要求打印，并列出参考文献。设计说明书要求30005000字，必须独立完成；参考文献至少36篇（除参考书外）。四、成绩评定及标准1、出勤情况、工作态度等综合表现成绩占20%； （由小组评定）2、资料收集、方案确定、软、硬件设计及绘图成绩占40%；（由小组评定）3、设计报告书占40%；4、总成绩评定按 优（10090分）；良（8980）；中（7970）；及格（6960）；不及格（59以下）。二电容电感测试仪设计一、教学目的 电容及电感是常用的电量参数。电容电感测试仪可对常见电容、电感值进行测量，测量数据可上传到上位机进行统计。1、要求学生采用单片机实现电容及电感参数的检测。通过这一设计，掌握一般智能仪器的设计方法，达到课程综合训练的目的。2、要求学生复习 传感器、测控电路、单片机、智能仪器等专业课知识，训练综合所学知识解决实际问题的能力。二、技术要求1、采用LC振荡法测量电容、电感值。2、电感测量范围：0.1H 2H；分辨率：0.1H；精度5%。3、电容测量范围：10pF 10F；分辨率：10pF；精度5%。4、测量速度：1次/秒5、采用7位以上数码管或LCD等显示，显示内容包括：测量的内容（L、C）、数值、单位、不同位置的小数点、当前测量状态等。6、能通过小键盘或上位机完成测量类型选择（L、C）、分度值设定、标定等工作。7、能与上位机通讯，报告当前测量值。能设置、更改系统基本参数，如分度值、通讯速度、通讯格式等，每次开机后都采用设置好的基本参数作为当前值。8、要求系统具有较高的可靠性，能完成开机自检、错误报告及错误恢复等功能。三、设计报告内容和任务1、简述电容电感测试仪的测量原理，并与其它测量方法做比较。2、分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功能、作用。3、分析影响系统精度的指标有哪些，要提高系统精度最重要的措施有哪些？4、分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指标。分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。5、根据设计选用器件，并说明选用该器件的理由。6、除设计的主要功能外，该系统是否需要其它辅助功能部件?（如电源、抗干扰措施等）如何实现？7、画出设计系统的元件原理图（用Protel、Proteus等），有条件（选做）可对该系统进行仿真（用multisim、Proteus等），检验是否能达到设计要求。8、分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。9、画出各软件模块流程图并编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。有条件可对软件进行仿真，检查执行情况。10、画出设计系统的电路布线图（用Protel等）（选做）。11、提交设计报告书。要求打印，并列出参考文献。设计说明书要求30005000字，必须独立完成；参考文献至少36篇（除参考书外）。四、成绩评定及标准1、出勤情况、工作态度等综合表现成绩占20%； （由小组评定）2、资料收集、方案确定、软、硬件设计及绘图成绩占40%；（由小组评定）3、设计报告书占40%；4、总成绩评定按 优（10090分）；良（8980）；中（7970）；及格（6960）；不及格（59以下）。三超声波风向风速测试仪设计一、教学目的 超声波风向风速测试仪可对风速风向进行测量，测量数据上传到上位机进行统计。1、要求学生采用单片机实现风速风向的检测。通过这一设计，掌握一般智能仪器的设计方法，达到课程综合训练的目的。2、要求学生复习 传感器、测控电路、单片机、智能仪器等专业课知识，训练综合所学知识解决实际问题的能力。二、技术要求1、风速测量范围：0m/s60m/s；精度：5% (5m/s)；分辨率： 0.1m/s2、风向测量范围：0360全方位，无盲区；精度：5.0；分辨率：0.53、测量速度：1次/秒4、采用8位以上数码管或LCD等显示，显示内容包括：测量的内容（风速、风向）、数值、单位、不同位置的小数点、当前测量状态等。5、能通过小键盘或上位机完成分度值设定、标定等工作。6、能与上位机（计算机）通讯，报告当前测量值。能设置、更改系统基本参数，如分度值、通讯速度、通讯格式等，每次开机后都采用设置好的基本参数作为当前值。7、要求系统具有较高的可靠性，能完成开机自检、错误报告、错误恢复等功能。三、设计报告内容和任务1、简述超声波风向风速测试仪的测量原理，并与其它测量方法做比较。2、分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功能、作用。3、分析影响系统精度的指标有哪些，要提高系统精度最重要的措施有哪些？4、分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指标。分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。5、根据设计选用器件，并说明选用该器件的理由。6、除设计的主要功能外，该系统是否需要其它辅助功能部件?（如电源、抗干扰措施等）如何实现？7、画出设计系统的元件原理图（用Protel、Proteus等），有条件（选做）可对该系统进行仿真（用multisim、Proteus等），检验是否能达到设计要求。8、分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。9、画出各软件模块流程图并编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。有条件可对软件进行仿真，检查执行情况。10、画出设计系统的电路布线图（用Protel等）（选做）。11、提交设计报告书。要求打印，并列出参考文献。设计说明书要求30005000字，必须独立完成；参考文献至少36篇（除参考书外）。四、成绩评定及标准1、出勤情况、工作态度等综合表现成绩占20%； （由小组评定）2、资料收集、方案确定、软、硬件设计及绘图成绩占40%；（由小组评定）3、设计报告书占40%；4、总成绩评定按 优（10090分）；良（8980）；中（7970）；及格（6960）；不及格（59以下）。四RLC测量仪设计一、教学目的 电阻、 电容及电感是常用的电量参数。电阻电容电感测试仪可对常见电阻、电容、电感值进行测量，测量数据可上传到上位机进行统计。1、要求学生采用单片机实现电阻、电容及电感参数的检测。通过这一设计，掌握一般智能仪器的设计方法，达到课程综合训练的目的。2、要求学生复习 传感器、测控电路、单片机、智能仪器等专业课知识，训练综合所学知识解决实际问题的能力。二、技术要求1、采用自由轴法进行测量，只测量主参数，副参数可做参考。2、电阻测量范围（满量程范围）：20、200、2k、20k、200k及2M。3、电容测量范围（满量程范围）：2nF、20nF、200nF、2F、20F、200F。4、电感测量范围（满量程范围）：0.2mH、2mH、20mH、200mH、2H、20H。5、测量分辨率：1/3000；测量精度：1/1000。6、测量采用频率：1kHz、100Hz。7、测量速度：1次/秒8、采用8位以上数码管或LCD等显示，显示内容包括：测量的内容（电阻、电容、电感）、数值、单位、不同位置的小数点、当前测量状态等。9、能通过小键盘或上位机完成分度值设定、标定等工作。10、能与上位机通讯，报告当前测量值。能设置、更改系统基本参数，如分度值、通讯速度、通讯格式等，每次开机后都采用设置好的基本参数作为当前值。11、要求系统具有较高的可靠性，能完成开机自检，错误报告，错误恢复等功能。三、设计报告内容和任务1、简述该RLC测量仪的测量原理，并与其它测量方法做比较 。2、分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功能、作用。3、分析影响系统精度的指标有哪些，要提高系统精度最重要的措施有哪些？4、分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指标。分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。5、根据设计选用器件，并说明选用该器件的理由。6、除设计的主要功能外，该系统是否需要其它辅助功能部件?（如电源、抗干扰措施等）如何实现？7、画出设计系统的元件原理图（用Protel、Proteus等），有条件（选做）可对该系统进行仿真（用multisim、Proteus等），检验是否能达到设计要求。8、分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。9、画出各软件模块流程图并编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。有条件可对软件进行仿真，检查执行情况。10、画出设计系统的电路布线图（用Protel等）（选做）。11、提交设计报告书。要求打印，并列出参考文献。设计说明书要求30005000字，必须独立完成；参考文献至少36篇（除参考书外）。四、成绩评定及标准1、出勤情况、工作态度等综合表现成绩占20%； （由小组评定）2、资料收集、方案确定、软、硬件设计及绘图成绩占40%；（由小组评定）3、设计报告书占40%；4、总成绩评定按 优（10090分）；良（8980）；中（7970）；及格（6960）；不及格（59以下）。五毫安校验仪设计一、教学目的 毫安校验仪可产生4.0020.00mA电流输出，用于模拟二线制变送器信号；同时毫安校验仪也是一个测量420mA电流的测量表，其当前输出值或测量值可上传到上位机进行统计。1、要求学生采用单片机实现电流的检测。通过这一设计，掌握一般智能仪器的设计方法，达到课程综合训练的目的。2、要求学生复习 传感器、测控电路、单片机、智能仪器等专业课知识，训练综合所学知识解决实际问题的能力。二、技术要求1、量程：0.00 24.00mA（即允许在420 mA的范围外有-25.0%125.0%的超量程）。 2、精度：0.05mA；分辨率：0.01mA。3、典型输出阻抗：700（20.00mA时）4、测量和设置速度：10次/秒5、采用5位以上数码管或LCD等显示，显示内容包括：当前状态（输入、输出）、数值、单位、不同位置的小数点等。6、能通过小键盘或上位机完成分度值设定、标定、输出电流设定等工作。7、能与上位机通讯，报告当前输入输出量值。能设置、更改系统基本参数，如分度值、通讯速度、通讯格式等，每次开机后都采用设置好的基本参数作为当前值。8、要求系统具有较高的可靠性，能完成开机自检、错误报告及错误恢复等功能。三、设计报告内容和任务1、简述该毫安校验仪的基本原理。2、分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功能、作用。3、分析影响系统精度的指标有哪些，要提高系统精度最重要的措施有哪些？4、分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指标。分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。5、根据设计选用器件，并说明选用该器件的理由。6、除设计的主要功能外，该系统是否需要其它辅助功能部件?（如电源、抗干扰措施等）如何实现？7、画出设计系统的元件原理图（用Protel、Proteus等），有条件（选做）可对该系统进行仿真（用multisim、Proteus等），检验是否能达到设计要求。8、分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。9、画出各软件模块流程图并编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。有条件可对软件进行仿真，检查执行情况。10、画出设计系统的电路布线图（用Protel等）（选做）。11、提交设计报告书。要求打印，并列出参考文献。设计说明书要求30005000字，必须独立完成；参考文献至少36篇（除参考书外）。四、成绩评定及标准1、出勤情况、工作态度等综合表现成绩占20%； （由小组评定）2、资料收集、方案确定、软、硬件设计及绘图成绩占40%；（由小组评定）3、设计报告书占40%；4、总成绩评定按 优（10090分）；良（8980）；中（7970）；及格（6960）；不及格（59以下）。六超声波测厚仪设计一、教学目的 超声波测厚仪常用于测量各种材料厚度，由于其使用方便，测量精度高被广泛使用。其设计中用到了传感器、模拟电路、数字电路、单片机、智能仪器等多课程知识。1、要求学生采用单片机实现超声波测厚仪。通过这一设计，掌握一般智能仪器的设计方法，达到课程综合训练的目的。2、要求学生复习 传感器、测控电路、单片机、智能仪器等专业课知识，训练综合所学知识解决实际问题的能力。二、技术要求1、可测量材料见“常用材料声速参考表”2、测量范围：140mm（钢）3、测量分辨率：0.05mm4、测量精度：0.1mm5、被测材料声速：50818699m/s6、扫描速度：2次/秒7、显示方式：12864点阵液晶屏8、电源：双节AA(5号)电池9、能与上位机通讯，报告当前输入输出量值。能设置、更改系统基本参数，如分度值、通讯速度、通讯格式以及当前被测量材料等，每次开机后都采用设置好的基本参数作为当前值。8、要求系统具有较高的可靠性，能完成开机自检、错误报告及错误恢复等功能。三、设计报告内容和任务1、简述超声波测厚仪的基本原理。2、分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功能、作用。3、分析影响系统精度的指标有哪些，要提高系统精度最重要的措施有哪些？找出设计难点并说明解决办法。4、分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指标。分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。5、根据设计选用器件，并说明选用该器件的理由，并进行精度校核。6、除设计的主要功能外，该系统是否需要其它辅助功能部件?（如电源、抗干扰措施等）如何实现？7、画出设计系统的元件原理图（用Protel、Proteus等），有条件（选做）可对该系统进行仿真（用multisim、Proteus等），检验是否能达到设计要求。8、分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。9、画出各软件模块流程图并编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。有条件可对软件进行仿真，检查执行情况。10、画出设计系统的电路布线图（用Protel等）（选做）。11、提交设计报告书。要求打印，并列出参考文献。设计说明书要求30005000字，必须独立完成；参考文献至少36篇（除参考书外）。四、成绩评定及标准1、出勤情况、工作态度等综合表现成绩占20%； （由小组评定）2、资料收集、方案确定、软、硬件设计及绘图成绩占40%；（由小组评定）3、设计报告书占40%；4、总成绩评定按 优（10090分）；良（8980）；中（7970）；及格（6960）；不及格（59以下）。附：常用材料声速参考表材料声速m/s材料声速m/s铝6400铜4700锌4170不锈钢5790银3600黄铜4640金3240锡3230钢铁5900有机玻璃2730陶瓷5842碳钢5920七数字称重传感器设计一、教学目的 数字称重传感器实际上是将以前的称重传感器与称重测量仪表相结合的新型传感器，常用于测量各种重量、力等，由于其使用方便，测量精度高越来越多的被各行业采用。其设计中用到了传感器、模拟电路、数字电路、单片机、智能仪器等多课程知识。1、要求学生采用单片机实现数字称重传感器。通过这一设计，掌握一般智能仪器的设计方法，达到课程综合训练的目的。2、要求学生复习 传感器、测控电路、单片机、智能仪器等专业课知识，训练综合所学知识解决实际问题的能力。二、技术要求1、测量精度1/3000FSR2、测量分辨率1/9000FSR3、测量范围：由选定传感器决定4、通讯采用RS-485接口5、采用ModBus-RTU协议6、测量速度：5次/秒7、可外接显示表，显示方式：12864点阵液晶屏8、工作温度范围0509、电源采用直流24V电源10、能通过ModBus与上位机通讯，报告当前输入输出量值。能设置、更改系统基本参数，如满量程范围、分度值、通讯速度、通讯格式以及对该传感器进行标定等，每次开机后都采用设置好的基本参数作为当前值。11、要求系统具有较高的可靠性，能完成开机自检、错误报告及错误恢复等功能。三、设计报告内容和任务1、简述数字称重传感器的基本原理。2、分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功能、作用。3、分析影响系统精度的指标有哪些，要提高系统精度最重要的措施有哪些？找出设计难点并说明解决办法。4、分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指标。分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。5、根据设计选用器件，并说明选用该器件的理由，并进行精度校核。6、除设计的主要功能外，该系统是否需要其它辅助功能部件?（如电源、抗干扰措施等）如何实现？7、画出设计系统的元件原理图（用Protel、Proteus等），有条件（选做）可对该系统进行仿真（用multisim、Proteus等），检验是否能达到设计要求。8、分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。9、画出各软件模块流程图并编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。有条件可对软件进行仿真，检查执行情况。10、画出设计系统的电路布线图（用Protel等）（选做）。11、提交设计报告书。要求打印，并列出参考文献。设计说明书要求30005000字，必须独立完成；参考文献至少36篇（除参考书外）。四、成绩评定及标准1、出勤情况、工作态度等综合表现成绩占20%； （由小组评定）2、资料收集、方案确定、软、硬件设计及绘图成绩占40%；（由小组评定）3、设计报告书占40%；4、总成绩评定按 优（10090分）；良（8980）；中（7970）；及格（6960）；不及格（59以下）。八身高体重自动测试仪设计一、教学目的 身高体重自动测试仪逐渐开始替代较早的身高体重由人工进行测量的方法，由于其使用方便，节约人力资源、测量精度高越来越多的医院以及体检单位采用。其设计中用到了传感器、模拟电路、数字电路、单片机、智能仪器等多课程知识。1、要求学生采用单片机实现身高体重自动测试仪。通过这一设计，掌握一般智能仪器的设计方法，达到课程综合训练的目的。2、要求学生复习 传感器、测控电路、单片机、智能仪器等专业课知识，训练综合所学知识解决实际问题的能力。二、技术要求1、身高测量精度：+/-1cm2、身高测量分辨率：2mm3、身高测量范围：5