第二章 智能仪器总体设计

第二章智能仪器总体设计2.1智能仪器设计原则和研制步骤2.2硬件设计分析2.3软件设计分析2.1智能仪器设计原则和研制步骤

智能仪器的研制开发是一个较为复杂的过程。为完成仪器的功能，实现仪器的指标，提高研制效率，并能取得一定的研制效益，应遵循正确的设计原则、按照科学的研制步骤来开发智能仪器。一、基本要求

二、设计原则

三、研制步骤2.1智能仪器设计原则和研制步骤一、智能仪器设计的基本要求

1.技术(经济)指标及功能

2.可靠性

3.便于操作和维护

4.工艺结构与造型设计2.1智能仪器设计原则和研制步骤第二章智能仪器总体设计主要技术指标

精度、分辨力、测量范围、工作环境条件、稳定性。经济指标

研制投入、市场价格、需求量、利税、节能

应具备的功能

输出、人机对话、通信、报警提示、仪器状态的自动调整等。1.技术指标及功能应满足要求50kg电子台秤特点概述：1.高精度A/D转换，可读性达1/30000；2.调用内码显示方便，替代感量砝码观察及分析允差；3.特殊的软件技术，增强系统的抗振动能力；4.零位支持范围、置零(开机/手动)范围、可分别设置；5.数字滤波的速度、幅度以及稳定的时间可设置；6.附带称重计数功能；(单件重量有断电保护)7.多种背光模式可选择；8.可随机充电；具有欠压指示及保护装置；9.随机配置6V/4AH免维护蓄电池10.选配RS-232通讯口，波特率可选，通讯方式可选；11.选配20mA电流环大屏幕通讯口；30-800公斤一般做台秤，1吨以上

做成地磅秤量程：30kg

75kg

150kg

300kg

500kg

800kg

1000kg精度：2g

5g

10g

20g

50g

100g

200g2.可靠性要求仪器可靠性是最突出也是最重要的性能。直接影响测量结果的正确与否将影响工作效率仪器信誉在线检测与控制类仪器更是如此，由于仪器的故障造成整个生产过程的混乱，甚至引起严重后果。

应采取各种措施提高仪器的可靠性，从而保证仪器能长时间稳定工作。可靠性设计与实验硬件可靠性设计软件可靠性设计

EMC设计第一，硬件：仪器所用元器件的质量和仪器结构工艺是影响可靠性的重要因素，故应合理选择元器件和采用在极限情况下进行试验的方法。所谓合理选择元器件是指在设计时对元器件的负载、速度、功耗、工作环境等技术参数应留有一定的余量，并对元器件进行老化和筛选。极限情况下的试验是指在研制过程中，一台样机要承受低温、高温、冲击、振动、干扰、烟雾等试验，以保证其对环境的适应性。第二，软件：采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。

在仪器设计过程中，应考虑操作方便，尽量降低对操作人员的专业知识的要求，以便产品的推广应用。仪器的控制开关或按钮不能太多、太复杂，操作程序应简单明了，从而使操作者无需专门训练，便能掌握仪器的使用方法。

3.便于操作和维护易操作性

智能仪器应有很好的可维护性，为此，仪器结构要规范化、模块化，并配有现场故障诊断程序，一旦发生故障，能保证有效地对故障进行定位，以便更换相应的模块，使仪器尽快地恢复正常运行。可维护性4.仪器工艺结构与造型设计要求

仪器结构工艺:是影响可靠性的重要因素，首先要依据仪器工作环境条件，是否需要防水、防尘、防爆密封，是否需要抗冲击、抗振动、抗腐蚀等要求，设计工艺结构；仪器的造型设计:总体结构的安排、部件间的连接关系、面板的美化等都必须认真考虑，最好由结构专业人员设计，使产品造型优美、色泽柔和、外廓整齐、美观大方。二、智能仪器设计3原则

1.从整体到局部(自顶向下)的设计原则2.较高的性能价格比原则3.组合(集成)化与开放式设计原则在硬件或软件设计时，把复杂的、难处理的问题，分为若干个较简单的、容易处理的问题，然后再一个个地加以解决。

1.从整体到局部设计原则仪器功能和要求

提出总任务绘制硬件和软件总功能框图分解成可独立表征的一批子任务，单独的实体进行设计和调试子任务分解：足够简单容易实现低级子任务采用通用模块最低的难度最高的可靠性

在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单成熟的方案，意味着元器件少，开发、调试、生产方便，可靠性高。仪器的造价：研制成本、生产成本、使用成本。

样机研制成本：系统设计、调试和软件开发，硬件成本不是考虑的主要因素。生产成本：生产数量越大，每台产品的平均研制费就越低，仪器硬件成本对产品的生产成本有很大影响。使用成本：维护费、备件费、运转费、管理费、培训费等。

设计时不盲目追求复杂、高级的方案。必须综合分析后做出选用方案的正确决策。

2.较高的性能价格比原则3．组合(集成)化与开放式设计原则智能仪器系统面临三个突出的问题：

★产品更新换代太快；★市场竞争日趋激烈；★满足用户不同层次和不断变化的要求。在电子工业和计算机工业中推行一种不同于传统设计思想的所谓“开放系统”的设计思想。“开放系统”的设计思想在技术上兼顾今天和明天，既从当前实际可能出发，又留下容纳未来新技术机会的余地；向系统的不同配套档次开放，兼顾设计周期和产品设计，并着眼于社会的公共参与，为发挥各方面厂商的积极性创造条件；向用户不断变化的特殊要求开放，兼顾通用的基本设计和用户的专用要求。

开放式系统设计的具体方法

基于国际上流行的工业标准微机总线结构，针对不同的用户系统要求，选用相应的有关功能模块组合成最终用户的应用系统。系统设计者将主要精力放在分析设计目标，确定总体结构，选择系统配件等方面，而不是放在部件模块设计及用于解决通用软件的开发设计上。组合化（集成化）设计方法开放式体系结构和总线系统技术发展，导致了工业测控系统采用组合化设计方法的流行，即针对不同的应用系统要求，选用成熟的现成硬件模板和软件进行组合。组合化设计的基础是模块化(又称积木化)，硬、软件功能模块化是实现最佳系统设计的关键。现成的功能模块，简化设计并缩短设计周期。结构灵活，便于扩充和更新，使系统的适应性强。维修方便快捷。功能模板可以组织批量生产，使质量稳定并降低成本。组合化设计方法的优点三、智能仪器的研制步骤

确定设计任务并拟定设计方案

硬件和软件研制

软硬件综合调试整机性能测试和评估

三个阶段

1.确定设计任务、拟定设计方案项目调研,了解现状和动向，明确任务、确定指标功能

写出设计任务书

拟定设计方案

项目调研做好详细的项目调研（即系统需求调查）是对研制新系统准确定位的关键。首先要调查市场或用户的需求，了解用户对未来新系统的希望和要求，通过对各种需求信息进行分析综合，得出市场或用户是否需要新系统的结论。

其次，应对国内外同类系统的状况进行调查。

调查的主要内容包括：①原有系统的结构、功能以及存在的问题；②国内外同类系统的最新发展情况以及与新系统有关的各种技术资料；③同行业中哪些用户已经采用了新的系统，它们的结构、功能、使用情况以及所产生的经济效益。经过需求调查，整理出需求报告，作为系统可行性分析的主要依据。显然，需求报告的准确性将左右可行性分析的结果。

可行性分析可行性分析将对新系统开发研制的必要性及可实现性给出明确的结论，根据这一结论决定系统的开发研制工作是否进行下去。可行性分析通常从以下几个方面进行论证：①市场或用户需求；②经济效益和社会效益；③技术支持与开发环境；④现在的竞争力与未来的生命力。《仪器设计任务书》

●主要作用：