智能仪表原理与设计ppt课件

1、智能仪表原理与设计智能仪表原理与设计叶西宁 ()(64253330(o)智能仪表与智能仪表与PCPC联网联网智能仪表概述智能仪表概述智能仪表硬件设计智能仪表硬件设计智能仪表软件设计智能仪表软件设计1.3 智能仪表的开发工具智能仪表的开发工具1.0 智能仪表的开展智能仪表的开展1.1 智能仪表的功能和组成智能仪表的功能和组成1.2 智能仪表的设计思想和研制步骤智能仪表的设计思想和研制步骤第一章第一章 概述概述 客观世界是一个物质世界，人们为了认识物质世界，就必需对表征物质运动的各种信号进展丈量。一个完好的测试过程包括：信息的采集信息的变

2、换与传输信息的处置和分析信息的显示和记录1.0 1.0 智能仪表的开展智能仪表的开展基地式：基地式：2020世纪世纪5050年代年代单元组合式：单元组合式： DDZ, QDZ 20 DDZ, QDZ 20世纪世纪6060年代年代计算机：计算机： DDC, DCS 20 DDC, DCS 20世纪世纪7070年代年代先进控制和优化控制：先进控制和优化控制：CIPS, FCS 20CIPS, FCS 20世纪世纪8080年年代以后代以后 自动化仪表的开展阅历了如下过程：自动化仪表的开展阅历了如下过程： 模拟仪表模拟仪表数字仪表数字仪表智能仪表。智能仪表。控制系统构造及仪表的开展控制系统构造及仪表的

3、开展n消费安装实施先进控制成为开展主流；消费安装实施先进控制成为开展主流；n过程优化遭到普遍关注；过程优化遭到普遍关注；n传统的传统的DCSDCS在走向国际一致规范的开放式在走向国际一致规范的开放式系统；系统；nDCSDCS与与FCSFCS相结合；相结合；n综合自动化系统综合自动化系统CIPSCIPS是开展方向。是开展方向。当前自动控制系统及仪表开展的一些主要特点当前自动控制系统及仪表开展的一些主要特点 仪表的智能性越来越强。仪表的智能性越来越强。 智能是随外界条件变化而作出的一种正确智能是随外界条件变化而作出的一种正确反响的才干。将人的智能引入仪表，即将人工反响的才干。将人的智能引入仪表，即

4、将人工智能的实际和方法运用于仪表产品，那么可实智能的实际和方法运用于仪表产品，那么可实现仪表智能化。现仪表智能化。 什么是智能化？什么是智能化？智能仪表的定义：智能仪表的定义：智能仪表是计算机技术与测试技术相结合智能仪表是计算机技术与测试技术相结合的产物，是含有微计算机或微处置器的丈量仪的产物，是含有微计算机或微处置器的丈量仪器，它具有对数据的存储、运算、逻辑判别及器，它具有对数据的存储、运算、逻辑判别及自动化操作等功能，有的还具有自校正、自诊自动化操作等功能，有的还具有自校正、自诊断、自顺应、自学习的功能，具有一定智能的断、自顺应、自学习的功能，具有一定智能的作用。作用。 实践上目前大多内装

5、单片机的仪表只具有实践上目前大多内装单片机的仪表只具有运算、判别才干，用运算、判别才干，用“智能化的规范来衡量智能化的规范来衡量尚有差距，称之尚有差距，称之 为微机化仪表更为确切。为微机化仪表更为确切。智能仪器的开展智能仪器的开展 智能仪表的出现至今已有近三十智能仪表的出现至今已有近三十年的历史。随微电子技术、微机械技术、年的历史。随微电子技术、微机械技术、微计算机技术、控制技术而开展。微计算机技术、控制技术而开展。在20世纪70年代，随着微处置技术的开展，智能仪表开场开展起来20世纪80年代初期，出现了高性能的数字万用表，其数据处置功能普通包括百分误差、绝对误差、最大值及最小值、峰-峰值、平

6、均值、有效值、方差及规范差等。并且有的还具有自动校准技术。到了到了2020世纪世纪9090年代，在高准确度、高性能、多功年代，在高准确度、高性能、多功能的丈量仪器中曾经很少有不采用微计算机技术能的丈量仪器中曾经很少有不采用微计算机技术的了。的了。近年来，智能仪器已开场从较为成熟的数据处置向知近年来，智能仪器已开场从较为成熟的数据处置向知识处置开展。表达为模糊判别、缺点诊断、容错技术、识处置开展。表达为模糊判别、缺点诊断、容错技术、传感器信息交融等等，使智能仪器的功能向更高的层传感器信息交融等等，使智能仪器的功能向更高的层次开展。次开展。国际、国内也越来越注重国际、国内也越来越注重1984198

7、4年：我国电磁丈量信息处置仪器学会正式成立年：我国电磁丈量信息处置仪器学会正式成立“自动测试与智能仪器专业学组自动测试与智能仪器专业学组19861986年，年，IMEKO(International Measurement IMEKO(International Measurement Confederation,Confederation,国际丈量结合会国际丈量结合会) )以以“智能仪器为主智能仪器为主题召开了专门的讨论会，题召开了专门的讨论会，19881988年，年，IFAC(International federation of IFAC(International federation

8、 of Automatic Control,Automatic Control,国际自动控制结合会国际自动控制结合会) )的理事会的理事会正式确定正式确定“智能元件及仪器智能元件及仪器Intelligent Intelligent Components and InstrumentsComponents and Instruments为其系列学术委员会为其系列学术委员会之一之一19891989年年5 5月，在武汉召开了第一届测试技术与智能仪月，在武汉召开了第一届测试技术与智能仪器国际学术讨论会器国际学术讨论会智能仪表正趋向于多功能、高精度、低功耗、小型化、成套化，操作也更为简便。1.1 1.1

9、 智能仪表的功能和组成智能仪表的功能和组成1.1.1 1.1.1 智能仪表的根本组成智能仪表的根本组成智能仪表包括硬件和软件两大部分，其功能很大程度上取决于软件。硬件部分硬件部分: :智能仪表硬件包括主机电路(微处置器：单片机或嵌入式系统)、输入输出通道、人机联络部件与接口电路以及串行或并行通讯接口。光电隔离光电隔离光电隔离键盘输入显示器模数转换开关量入模拟量入数模转换光电隔离通讯接口开关量出模拟量出主机电路智能仪表的硬件组成智能仪表的硬件组成单片机技术开展动向单片机技术开展动向在HCMOS根底上的全盘 CMOS 化，该器件具有本质低功耗、宽电压范围等优良性能。单片机字长有4、8、16和32位

10、，但当前主流机型仍是8位机。 8位单片机还会不断改良和完善。程序存储器已从片内或外接EPROM开展为OTPROM一次性编程只读存储器和FlashROM (快擦写存储器)硬件的特点：硬件的特点：单片机内部资源不断丰富和扩展，如存储容量增大，I/O口数量增多，许多外部接口电路 (ADC、PWM、WDT等)集成到单片机中。嵌入式系统。新一代的单片机采用 RISC (精简指令集) 体系构造，较之传统 CISC,指令的运转速度有了很大的提高。软件部分软件部分: :监控主程序监控主程序初始化管理键盘管理显示管理中断管理时钟管理诊断管理手自动管理智能仪表软件包括监控程序、中断处置(效力) 程序以及能实现各种

11、算法的功能模块。 功能模块功能模块逻辑运算 丈量算法输入输出键盘程序显示程序控制算法实时时钟数字滤波标度变换数据处置非线性校正PID控制先进控制复杂控制智能控制1.1.2 智能仪表的特点智能仪表的特点仪表中运用单片微机、ASIC公用集成电路或DSP 数字信号处置芯片、集成开关电源，并采用外表贴装技术。仪表符合可靠性设计、电磁兼容性设计、耐环境性设计、人机工程学设计、外型设计的要求。仪表具有自动校零、满度和切换量程以及自动补偿和修正各类误差的功能，以实现高精度检测。仪表具有符合规范协议的通讯接口，可实现联网。仪表具有自诊断功能, 一旦发现缺点即能告警, 并 能及时处置。仪表具有多种输入、输出方式

12、和多种控制功能,可恣意设置或组态。 1.1.3 过程控制中常见的智能仪表过程控制中常见的智能仪表现场类智能变送、执行仪表，例如智能式压力、差压、流量、物位、温度、成分等传感、变送器以及执行器。控制、显示、记录类智能仪表，例如自整定 PID调理仪、可编程调理器、可编程控制器、流量积算仪、大屏幕无纸记录仪等。 当前流行的虚拟仪器(VI) 采用虚拟现实技术，在计算机上参与特定的硬件和软件，使之完成许多仪器的功能，成为新一代的仪器仪表。 1.2.1 智能仪表的设计思想智能仪表的设计思想模块化设计：模块化设计： 根据仪表的功能要求和技术经济目的根据仪表的功能要求和技术经济目的, , 自顶向下自顶向下由大

13、到小地按仪表功能层次把硬件和软件分成由大到小地按仪表功能层次把硬件和软件分成假设干个模块假设干个模块, , 分别进展设计和调试分别进展设计和调试, , 然后把它们然后把它们衔接起来衔接起来, , 进展总调进展总调, , 这就是设计仪表的根本思想这就是设计仪表的根本思想。1.2 智能仪表的设计思想和研制步骤智能仪表的设计思想和研制步骤模块的衔接：模块的衔接： 软件模块的衔接软件模块的衔接, , 普通是经过监控主程序调用普通是经过监控主程序调用各种功能模块，或采用中断的方法实时地执行相应各种功能模块，或采用中断的方法实时地执行相应的效力模块来实现；硬件模块模板的衔接普通的效力模块来实现；硬件模块模

14、板的衔接普通是以主机模块为中心，经过内部总线数据总线、是以主机模块为中心，经过内部总线数据总线、地址总线和控制总线衔接其它模块。地址总线和控制总线衔接其它模块。1.2.2 设计、研制的主要内容设计、研制的主要内容确定设计义务和仪表功能，提出设计初步方案。绘制硬件及软件总框图，确定硬件类型和数量，留意单片机的选择以及权衡硬、软件的比例。硬件电路的设计、研制和调试。用专业软件CAD 绘图布线，力求规范化、规范化。仪表总调、性能测定。对设计所要求的全部功能进展测试，发现问题，应及时修正，直至满足设计目的。最后要写出性能测试报告。仪表构造设计，力求外型优美、色泽柔和、美观大方、外廓整齐、细部精致，便于操作、维修。运用软件的设计、程序编制和调试。留意构造明晰、编程规范