《智能仪器技术及应用》A卷答案

智能仪器技术及应用 A答案一、简单解答(每题4分，共20分)1 .阐述智能仪器的基本结构、工作原理和发展趋势答：智能设备由大部分硬件和软件组成。 硬件部分主要由主机电路、模拟输入输出通道、人机接口电路、通信接口电路构成。 软件分为两个部分：显示器和接口管理器。图为典型的智能仪表结构，由三层组成1智能设备的工作原理：传感器获得测量的信息，将其转换为电信号，通过滤波器去除噪声并传输至多模拟开关的单片机的逐级门模拟开关，将各输入信道的信号传输至逐级可编程增益放大器，将放大后的信号传输至a/由d转换器转换为对应脉冲信号并发送给单片机的单片机根据设备设定的初始值进行相应的数据运算和处理(例如非线性校正等)的运算的结果， 转换为对应的数据进行显示和打印的同时，单片机将运算结果与芯片内的flashrom (闪存)或e2prom (电可擦除存储器)中存储的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制请求，生成相应的控制信号(报警装置另外，智能设备构成pc机和分散测量系统，单片机作为下位机收集各种测量信号和数据，通过串行通信向上位机pc机传送信息，pc机进行全局管理。 2智能仪器是计算机科学、电子学、数字信号处理、人工智能等新兴技术与传统仪器技术的结合，实现了小型化、多功能化、人工智能化，随着专用集成电路、个人仪器等相关技术的发展，智能仪器得到了更广泛的应用。 各种功能的智能机器在不久的将来，预计会在社会的所有领域广泛使用。12 .影响测试精度的因素是什么？a:(1)算法的精度。 2(2)程序本身的精度。 23、提高智能设备可靠性的方法是什么答：提高硬件可靠性：设计可靠系统方案设计部件的合理选择降额使用可靠电路的设计冗馀设计环境人为因素设计设备的可靠性实验。 2； 提高软件可靠性：认真进行规范设计的可靠编程方法程序验证技术提高软件设计者的素质增加去噪试运行时间。 24、常用的数字滤波算法有多少种，有哪些特点和应用场景？(1)算术平均滤波。 算术平均值法一般适于对具有随机干扰的信号进行滤波。 该信号的特征在于具有平均值，因此信号在某一数值范围附近上下变动。 在这种情况下，仅取一个采样值，根据明显不正确，例如压力、流量、液面等信号的测定。 1(2)中值滤波器。 中值滤波器对消除偶然因素引起的波动和采样器不稳定引起的误差引起的脉冲干扰是有效的。 1(3)加权平均滤波。 加权平均方法应用于具有较大的系统纯延迟常数的过程，其能够对在不同相对采样时间获得的采样值给予不同的加权因子，以快速地反应系统当前受到干扰的严重性。 1(4)程序判定滤波。 可以使用程序确定方法对采样信号进行滤波，原因是随机噪声(例如，由于大功率电气设备的启动或停止、电流的尖峰噪声或错误检测、振荡器的不稳定性引起的严重失真等)。 1什么是专家系统？ 有什么类型的？有什么结构？答：专家系统是一个有很多专业知识和经验的程序系统，应用人工智能技术和计算机技术，根据某些专家提供的知识和经验进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，解决人类专家处理的复杂问题。 简言之，专家系统是模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。根据专家系统面临的不同任务(领域)，可分为以下几类： (1)解释类(2)诊断类(3)监视类(4)预测类(5)计划类(6)设计类。3第二代专家系统体系结构：1二、论说问题(每题10分，共20分)1 .测试多芯片微系统、计算机网络系统、现场总线系统及其差异。答：多单片机系统是指在单板(或多板)情况下，多单片机系统相互通信、交换数据、分工合作完成整体任务的系统。 多单片机互连形式多种多样，通信协议不对外开放，通信形式和互连形式密切相关。 3计算机网络系统是计算机技术和通信技术的结合，地理位置不同，功能独立的多个计算机系统利用线路与通信设备相互连接，利用功能完善的网络软件实现网络中的资源共享和信息传输。 在计算机网络环境中，计算机可以相互联系、传递信息，在一个地区或世界实现资源共享的同时，各计算机可以相互独立、自主、独立地完成自己的工作。 建立计算机网络的主要目的是实现计算机资源的共享。 相互连接的计算机是地理上分散的多个独立的“自律计算机”。 网络化计算机可以为本地用户和远程用户提供服务。 网络计算机之间遵循着共同的网络协议。 4现场总线系统是现场通信网络和控制系统的集成，现场总线构成现场仪表、控制室、控制系统之间的全分散、全数字化、智能双向、多变量、多点、互联的通信系统。 主要解决了工业现场智能仪表、控制器、驱动器等现场设备之间的数字通信，以及这些现场控制设备与先进控制系统之间的信息传递问题。 现场控制设备具有通信功能，易于构成工厂基础控制网络。 通信标准的公开、一致，使系统具有开放性，使设备之间具有互通性。 功能块和结构的规范化使同一功能的设备之间兼容。 将控制功能置于现场，使控制系统的结构具有高度的分散性。 32 .试验相关流量测量的原理。答案：上图示意性地表示理想的流体截面上的各处流体的速度相同、即流体的流动。因此，如果不考虑存在于流体内部的粘性阻力和配管内壁对流体的摩擦作用，则可简单地认为体积平均流速从截面a-a流向截面b-b。体积平均流速为显然，流体从截面a-a流动到截面B- b所需的时间间隔t的长度取决于流速的大小。由于纸浆的横截面a-a和b-b中的距离l是已知的，因此当时间间隔t确定时，可以计算流体的体积平均流速于是，流速测量问题变成了时间间隔的测量问题。5相关流量计的工作原理可以用下图说明上图由虚线包围，将由上游传感器、下游传感器、测量管路和被测流体构成的系统视为1个信号系统，将从上游传感器产生的随机信号x(t )作为该系统的输入，下游传感器产生的随机信号y(t )成为该系统的输出。 这样，确定流体从横截面a-a移到b-b所花费的时间量的问题可以归结到随机信号通过给定系统所花费的时间量的问题。根据相关理论，对y(t )和x(t )进行互相关运算，得到互相关函数的曲线图。 对应于此模式的峰值位置的时间位移是系统中随机信号x(t )的传输时间。 因此，在该系统中的信号x(t )的传播速度(通常为相关速度)可以计算为理想的流动状态，即管截面上各点的流体速度相等时，被测流体的体积平均流速可以用相关速度表示。 即，即因此，被测定流体体积流量q5三、分析问题(每题12分，共24分)第一，时钟频率为12MHz的8031系统与ADC0809A/D转换器(地址定制)连接，由此构成了简单的八信道自动循环检查系统。 该系统要求以100ms间隔自动循环检测8个直流电压源(05V )，测量结果存储在60H67H的8个存储单元中(定时采样或者可采用单片机内计时器的定时中断方法)。 试制该系统的电路图，编制相应的控制程序。答：电路图如下：ADC0809和80C51接口电路6从电路图中可以看出，1.ADC0809的地址是70FFh2 .与2.ADC0809的8个模拟通道对应的端口地址为78FFh7FFFh3 .采样的开始只需在与模拟通道对应的地址写入数字即可开始转换。用P1.0查询ADC0809的EOC信号，可以判断转换是否完成将5.8个信道变换结果依次输入到60H67H的存储单元中org 0000hmov r1、#20hmov r2、#8h； channel number！mov tl0、#0hmov th0、#0b8h mov tmod、#1hclr et0setb tr0mov scon、#40hmov dptr、#78ffhloop: mov a，r2subb a，r1jnz loop2mov r1、#0hmov dptr、#78ffhmov r1、#0hmov dptr、#78ffhloop1: jnb tf0，loop1clr tf0mov tl0、#0hmov th0、#0b8hloop2: movx dptr，a； 起始a/dloop3: jb p1.0，loop3loop4: jnb p1.0、loop4； 检查标志movx a、dptr； read resultmov r1，a； 保存结果inc dph； next channelinc r1ljmp loop结束62 .参考下图所示的微处理器控制的二积分式A/D转换器系统。 试析中，软件在控制双积分式A/D转换过程中(1)机器软件如何判断输入电压Ui的极性？ 如何根据Ui的极性选择UR的极性？a :当第一次积分结束时，能够通过读取比较器的输出状态来判定输入电压Ui的极性，例如，说明比较器的输出为高电平，输入的电压为正极性，因此积分器在第T2时期必须施加负的基准电压、即导通S3，相反，使S2截止4(2)机器软件如何判断积分器输出的过零点？答：微处理器的计数器每加1时检测积分器输出是否过零。 2(3)如何理解软件程序而不是硬件逻辑？ 软件世代的硬件优势是什么？ 什么是极限？答：软件程序是利用CPU内部的定时机构，通过执行软件程序并反复执行程序而产生的等待时间，主要用于短时间的等待时间。 这种方法的优点是创建适合于呼叫的延迟程序而不增加硬件设备。 缺点是CPU执行延迟时间增加了CPU的时间开销，延迟时间越长，该时间开销越大，CPU效率降低，CPU资源被浪费。 此外，软件的延迟时间根据主机的频率而变化，即定时程序的通用性差。硬件逻辑不消耗CPU时间，计时器时间长，灵活使用。 特别是正确的定时，定时时间不受主机频率的影响，并且定时程序具有通用性。6四、设计问题(每题18分，共36分)以MCS-51(AT89C52 )系列单片机为核心部件，设计了基于单片机控制的多功能温湿度显示系统，该系统具有日历时钟、温湿度显示、切换、复位、校准、调整、报警等功能。a :系统构成：本系统以AT89C52单片机为核心，利用DS18B20温度传感器和HS1101静电电容式湿度传感器测量环境温湿度，作为单片机的外部时钟电路，使用由12MHz的石英振动构成的振荡电路，进行时间的计时， 用6个7段LED显示器显示时间、温度、湿度，用按钮进行温湿度、时间的切换、时间的复位、校正、调整，用蜂鸣器进行警报。3硬件电路： (1)DS18B20温度传感器电路该型号的温度传感器能够将测得的温度转换成数字信号，并直接与单片机通信。 电路图如下所示3(2) HS1101湿度传感器电路湿度的变化可以改变为频率的变化，湿度越高，频率越小，加上555的计时器，容量的变化就可以改变为频率的变化，产生一定频率的方波，直接与单片机的计时器1连接，检测方波的频率，得到湿度值电路图如下所示3(3)单片机复位系统及外部时钟电路3(4)单片机复位系统及外部时钟电路3(5)蜂鸣器警报电路32、校园严重自行车、电动汽车等车辆被盗现象，试设计校园车辆防盗系统，成本低、可靠、易于实现。答：本系统由ID卡和读卡器两部分组成，自行车同学到相关部门现场收集个人照片和自行车照片，管理员添加到ID卡对应的个人数据库中，每当有人骑自行车进出校门时都要在终端读卡器