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网络智能仪表考试内容第一章1. 智能仪器(P2)智能仪器是计算机技术与检测技术相结合的产物，是含有微型计算机胡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，具有一定智能的作用，因而被称为智能仪器。2. 智能仪器社会中作用(P1)1）在工业生产中智能仪器“倍增器”2）在科学研究中，智能仪器是“先行官”3）在军事上，智能仪器是“战斗力”4)智能仪器还是当今世界的“物化法官”3. 智能仪器特点(P6-8)1.智能仪器功能多样化2.智能仪器 系统的集成化、模块化3.智能仪器构成的柔性化4.智能仪器的网络化 5.智能仪器的可视化4. 智能仪器分类(P8-9)1.按测量的物理量不同分：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；电磁量计量仪器；无线电参数测量仪表；光学与声学参数计量仪器；电离辐射计量仪器。2.按应用领域和自身技术特性分：工业自动化仪器与控制系统；科学仪器；电子与电工测量仪器；医疗仪器；各类专用仪器；传感器与仪器元器件及材料。第二章5. 集中式数据采集系统（P15）3.图2.2 多路模拟量数据采集系统的一般组成6. 数据采集系统一般组成(P14)一般来说，智能仪器的数据采集系统主要包括传感器、模拟信号调理器（信号放大、隔离）、采样/保持器、A/D转换器等部分。图2.1 数据采集系统的基本组成 框图数据采集器件1.仪用放大器 2.采样/保持器 3.模拟开关 4.A/D转换器7.常用仪用放大器(P21)1.低成本仪用放大器INA114/115 2.微功耗仪用放大器INA126 3.低价格、低损耗仪用放大器 4.增益可控的单端输入仪用放大器PGA103 5.增益可控的双端输入仪用放大器PGA202/2038.仪用放大器原理(P20)仪用放大器(Instrumentation Amplifier)由3个运算放大器组成，如下图所示图2.13 仪用放大器原理由上图得到运放的放大倍数 将前述的可编程增益放大器PGA202/203的输入端接上运放（如OPA27）及电阻网络，可组成低噪声的差分仪用放大器，如图2.14所示。图中使用PGA203由于电阻网络的存在，所得到的放大倍数分别是100、200、400、800，即在原PGA203增益的基础上增加了100倍。适当改变200的电阻，还可得到其他放大倍数。图2.14由OPA27及PGA203构成的可变增益仪用放大器9.采样保持器基本形式（原理）(P32)采样保持器基本形式以上电路不可用的原因： 1、通过Ri和S向Ch充电，限制了采样速度2、如果降低Ri，输入阻抗就会减小实际应用电路：10.采样保持器分类(P35)常用的S/H芯片可分为三类（1）普通型/芯片，如LF198，LF298，LF398，AD582，AD583（2）高速型S/H芯片，如SHA-2A，HTS-0025、HTC-0300（3）高分辨率型/，如SHA114，SHA -6等11.双积分相A/D转换器原理(P38) 双积分型A/D转换器原理 12.双积分相A/D转换器优缺点(P38)双积分式ADC的优点：对R、C及时钟脉冲的长期稳定性无过高要求即可获得很高的转换精度，其精度与其自身元件的固有误差无关。积分电路为抑制噪声提供了有利条件。双积分式ADC是测量输入电压在定时积分时间T1内的平均值，对干扰有很强的抑制作用，尤其对正负波形对称的干扰信号抑制效果更好，如共频。双积分式ADC的缺点：转换速率较慢。13.比较型A/D转换器原理(P39)比较型AD转换器分为反馈型AD转换器和无反馈型AD转换器逐次逼近型AD转换器（反馈型）工作过程如下： 初始时寄存器各位清为0，D7D0=00000000B；先将最高位置D7=1，预测值为10000000B，送入DAC，经DA转换后生成的模拟量Vs，送入比较器中与输入模拟量Vi进行比较。 若VsVi，该位的1被保留； 若VsVi，说明数字过大，应将这个1清除；再置次高位为D6=1，将寄存器中新的数字量11000000B 送DAC；输出的Vs再与Vi比较，若VsVi，保留该位的1，否则清除；同样方法逐位比较下去，直到最低位为止；最后寄存器中的内容即为输入模拟值转换成的数字量。3位并联比较型A/D转换器(无反馈型) 原理并联比较型A/D转换器工作原理图由图可见，分压电阻链由一个R/2和7个R电阻组成，它们依次对参考电压VREF分压。R/2电阻分得的电压为同理可得到其他各R上分得的电压为将以上7个电压分别接到7个电压比较器的反相输入端，同时将模拟输入电压接到各电压比较器的同相输入端，使输入电压通过比较器分别与这7个电压同时进行比较。当输入电压比相应的参考电压高时，相应的比较器输出高电平，否则输出低电平。若 所有电压比较器的输出都为低电平，寄存器中所有触发器输出0；若 C1比较器输出高电平，其余电压比较器的输出都为低电平，寄存器中各触发器输出0000001各触发器的输出直接送入优先编码器的输入端，根据优先编码器的功能，只有最高级别的比较器输出的高电平被编码。所以可得到编码器的对应输出编码d2d1d0。此即为模拟量对应的数字量。第三章14.D/A转换器原理(P64)R-2R电阻网络D/A转换器R-2R电阻网络D/A转换器由求和运算放大器、模拟开关和电阻网络等组成，电阻网络中的电阻只有R和2R。 电路原理如图2.61所示。 图2.61 R-2R电阻网络D/A转换器原理图 15.权电阻网络D/A转换器(P63)权电阻网络D/A转换器原理3.2.2 D/A转换器及接口16.电压-电流转换（P75）17.键盘去抖方法（P80）1）硬件方法在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器（双稳态触发器）或单稳态触发器构成去抖动电路，如图所示 。电路工作过程：按键未按下时，a = 0，b = 1，输出Q = 1，按键按下时，因按键的机械弹性作用的影响，使按键产生抖动，当开关没有稳定到达b端时，因与非门2输出为0反馈到与非门1的输入端，封锁了与非门1，双稳态电路的状态不会改变，输出保持为1，输出Q不会产生抖动的波形。当开关稳定到达b端时，因a = 1，b = 0，使Q = 0，双稳态电路状态发生翻转。当释放按键时，在开关未稳定到达a端时，因Q = 0，封锁了与非门2，双稳态电路的状态不变，输出Q保持不变，消除了后沿的抖动波形。当开关稳定到达a端时，因a = 0，b = 1，使Q = 1，双稳态电路状态发生翻转，输出Q重新返回原状态。由此可见，键盘输出经双稳态电路之后，输出已变为规范的矩形方波。2）软件方法软件方法其实很简单，就是在单片机获得P1.0口为低电平的信息后，不是立即认定S已被按下，而是延时10ms或更长一些时间后再次检测P1.0口，如果仍为低电平，说明S的确按下了，这实际上是避开了按键按下时的抖动时间。而在检测到按键释放后（P1.0为高电平）再延时510ms，消除后沿的抖动，然后再对键值处理。不过一般情况下，通常不对按键释放的后沿进行处理，实践证明，也能满足一定的要求。当然，在实际应用中，对按键的要求也是千差万别的，要根据不同的需要来编制处理程序，但以上是消除按键抖动的原则。18.键盘接口的任务(P80)（1）决定是否有键按下；（2）识别按键。如有键按下，决定是哪一个键被按下；（3）消除抖动。反弹跳按键抖动的消除。（4）处理同时按键既同时有一个以上的按键。（5）根据按下键的内容，执行相应操作。19. 矩阵式非连接编码键盘原理（P83）20.传统的手动分档检测电流方法(课件)测量电流的基本原理是将被测电流通过已知电阻（取样电阻），在其两端产生电压，这个电压与被测电流成正比。 上图为一种用数字电压表分档测量直流电流的基本电路，该电路将输入电流分为20A、200mA、20mA、2mA四个量程，转换电阻用0.01、0.99、9、90四个电阻串连，将四种量程的电流接入电路的不同点，使得每种量程的电流在满量程时得到的电压都是0.2V（尽量选取数字电压表电压量程的最低档，以便做到尽可能小的电流测量的内阻），从而用0.2V的数字电压表配合不同的显示单位及小数点位置指示被测电流的大小。这种方法是数字多用表常用的测量方法。21.查找方法（P169-171）1.顺序查表法:顺序查表法就是从头开始，按照顺序把表中元素的关键项逐一地与给定的关键字进行比较。若比较结果相同，所比较的元素就是要查找的元素；若表中所有元素的比较结果都不相同，则该元素在表中查找不到。(平均查找长度：是指查找每个元素需进行的比较次数的期望值。) 设表内有n个元素，平均查找长度：对半查表法 : 设置两个指针L0和Hi，分别保存表的下限值和上限值的序号，开始查表时设置Lo=0，Hi=N-1，每个元素占有i个字节。设N个元素按照从小到大的顺序排列，则中心元素的序号为：由此将表分为前半部分和后半部分。然后计算中心元素的地址： 根据中心元素的位置找出中心元素，并和查表的元素进行比较，若中心元素大于查表的元素，则选取表的前半部分，修改上限指针Hi ：(下限指针Lo不变) 若中心元素小于查表的元素，则选取表的后半部分，修改下限指针Lo：(上限指针Hi不变) 若中心元素等于查表的元素，则查表成功22.排序（P172）1）冒泡排序法 在有N个数据的数列中依次比较两个相邻的一对数据，如果不符合规定的递增(或递减)顺序，则交换两个数据的位置，接着比较第二对(第二个和第三个数据)，直到数列所有的数据依次比较完毕后，第一轮比较结束，这时最大(或最小)的数据降到数列中最后的位置。第一轮排序需要进行(N一1)次比较 同理，第二轮比较需要进行(N一2)次比较，第二轮结束后，次最大(或最小)的数据排在底部往上第二位置上。 重复上述过程，直至全部排完，从而实现这组数据由大到小（或由小到大）的顺序排列2）希尔排序法 先取一个正整数d1（d1n，n为数据个数），把全部记录分成d1个组，所有相距为dl的数据看成是一组，然后在各组内分别进行插入排序，也就是在每组中将一个待排序的数据按其大小插到这组已经排序的序列中的适当位置，直到这组数据全部插入完毕为止；接着取d2（d2d1 ） ，重复上述分组和排序操作； 直到di=1 (i1)，即所有记录成为一个组为止。希尔排序对di的选择没有严格规定，一般选d1约为n2，d2为d12，d3为d22，di1。这样大大减少了数据移动次数，提高了排序效率。 23. 克服随即误差的软件算法（数字滤波）（P174）数字滤波具有以下优点：因为用程序滤波，无需增加硬件设备，且可多通道共享一个滤波器(多通道共同调用一个滤波子程序)，从而降低了成本。由于不用硬设备，各回路间不存在阻抗匹配等问题，故可靠性高，稳定性好。可以对频率很低的信号(如001Hz以下)进行滤波，这是模拟滤波器做不到的。可根据需要选择不同的滤波方法或改变滤波器的参数，使用方便、灵活。包括：1.限幅滤波2.中位值滤波3.算术平均滤波4.递推平均滤波5.加权递推平均滤波6.一阶惯性滤波7.复合滤波24曲线拟合修正误差（P182）曲线拟合是指从n对测定数据（xi , yi）中，求得一个函数 f(x) 作为实际函数的近似表达式。曲线拟合的实质就是找出一个简单的、便于计算机处理的近似表达式来代替实际的非线性关系，因此曲线 f(x) 并不能保证通过实际的所有点。采用曲线拟合对测量结果进行修正的方法是，首先定出f（x）的具体形式，然后再通过对实测值进行选定函数的数值计算，求出精确的测量结果。25粗大误差（定义、判断、修正）（P185）定义：粗大误差是指在一定的测量条件下，测量值明显地偏离实际值所形成的误差。判断： 1.拉依达准则：若有一等精度独立测量列xi(i=1,2,n),其算术平均值为 ，标准偏差为，其中某次测量值xi所对应的残差vi满足则vi为粗大误差，xi为坏值应予以剔除2. 格拉布斯准则：凡残余误差满足： 的误差被认为是粗大误差，其相应的测量值应予以舍弃，式中为g(n, ) 格拉布斯系数（通过查表求得），n为采样个数，置信度。判断粗大误差的步骤：（1）求测量数据的算术平均值：（2）求各项的剩余误差：（3）求标准偏差：（4）判断粗大误差（坏值）:可运用公式|vi|Gi进行判断，其中G为系数。在测量数据为正态分布的情况下，如果测量次数足够多，习惯上采用莱特准则判断，取G=3；如果测量次数不够多，宜采用格拉布斯准则判断，系数G需要通过查表求出。对于非正态分布的测量数据，应根据具体分布形状来确定剔除异常数据的界限。（5）如果判断存在粗大误差，给予剔除，然后重复步骤（1）（4）（每次只允许剔除其中最大的一个)；直至判断不存在粗大误差。数据处理程序流程图26标度的转换算法（P189）线性标度变换的公式 X测量值一对应的A/D转换值Y参数测量值 Ymax测量范围最大值 Ymin测量范围最小值NmaxYmax对应的A/D转换值 NminYmin对应的A/D转换值实例应用：某智能温度测量仪采用8位ADC，测量范围为10100，仪器采样并经滤波和非线性校正后（即温度与数字量之间的关系已为线性）的数字量为28H。求：测量值？ 解：由题意得：Ymin = 10， Ymax = 100，Nmax= FFH = 255，Nmin= 0，X = 28H = 40。则： 27.干扰来源和分类（P250）干扰的来源很多，性质也不一样。干扰窜入仪器的渠道主要有三个：（1）空间电磁场。通过电磁波辐射窜入仪器，如雷电、无线电波等。（2）传输通道。各种干扰通过仪器的输入输出通道窜入，特别是长传输线受到的干扰更严重。（3）配电系统。如来自市电的工频干扰，它可以通过电源变压器分布电容和各种电磁路径对测试系统产生影响。各种开关、可控硅的启闭，元器件的机械振动等都会对测试过程引起不同程度的干扰。分类:1.按噪声产生的原因分类(1)放电噪声:主要是雷电、静电、电动机电刷跳动、大功率开关触点断开等放电产生的干扰。(2)高频振荡噪声:主要是中弧炉、感应电炉、开关电源、直流-交流变压器等产生高频振荡时形成的干扰。(3)浪涌噪声:主要是交流系统中电动机启动电流、电炉合闸电流、开关调节器的导通电流以及晶闸管变流器等设备产生涌流引起的干扰。2.按噪声传导模式分类对于传导噪声，按其传导模式分为串模噪声和共模噪声。（1）串模噪声：又称差模干扰、线间噪声或对称噪声等。在这种线路中，噪声电流和信号电流的路径在往返两条线上是一致的。串模干扰是难以除掉的。（2）共模噪声：又叫地感应噪声、不对称噪声。这种噪声侵入线路和地线间，噪声电流在两条线路上各流过一部分，以大地为公共回路，而信号电流只在两条线路中流过。3.按干扰波形及性质分类：这里最为典型的是将干扰划分为持续正弦波和各种形状的脉冲波。(1)持续正弦波：持续正弦波多以频率、幅值等特征值表示。(2)偶发脉冲电压波形：多以最高幅值、前沿上升陡度、脉冲宽度以及能量等特征值表示。例如雷击波、接点分断电压负载、静电放电等波形。(3)脉冲列：脉冲列多以最高幅值、前沿上升陡度、脉冲序列持续时间等特征值表示，如接点分断电感负载、接地反复重燃过电压等。28.串模干扰（P253）串模干扰一般是由叠加在各种不平衡输入信号和输出信号上，或通过供电线路而窜入系统的。由于干扰直接与信号串联，因此只能从干扰的特性和来源入手，采取相应措施抑制干扰：（1）用双绞线或同轴电缆作信号线（2）用滤波器抑制串模干扰(3) 选择合适的器件 (4) 对信号进行预处理29. 共模干扰（P255）共模干扰产生的主要原因是不同“地”之间存在共模电压，以及模拟信号系统对地的漏阻抗，因此，共模干扰的抑制可以采用以下两种方法：1. 变压器或光电耦合器隔离：利用变压器或光电耦合器把各种模拟与数字信号源隔离开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压不形成回路，从而抑制了共模干扰。2. 浮地屏蔽是采用屏蔽方法使输入信号的“模拟地”浮空，从而达到抑制干扰的目的。 30.软件抗干扰技术（软件陷阱P259；看门狗P262）1）软件陷阱技术：软件陷阱是指令冗余的一种应用形式，用于捕捉“跑飞“的程序。具体方法是用一条引导指令强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门的错误处理程序。尽管程序此时不应该执行到这里，但可使程序执行混乱的现象得以抑制。软件陷阱一般安排在程序的以下4个位置。1. 未使用的大片ROM区2. 未使用的中断向量区3. 表格4. 程序区2）“看门狗”技术：程序运行监视系统（Watch Dog Timer）直译为“看门狗”，作用是当程序进入死循环后，自动使CPU复位，使系统恢复正常运行。通过软件、硬件结合对系统进行监控，完成系统运行监控功能的电路或软件称为“看