成信工智能仪器设计教学大纲

成都信息工程大学2018版课程教学大纲课程基本信息课程编码LS108A学分2考核方式考试课程名称(中)智能仪器仪表设计总学时32考核比例平时考核50%学时分配讲授24期末考核50%课程名称(英)DesignofIntelligentInstruments

andMeters实验8课程主管单位控制工程学院实习0课程负责人(执笔人)授课语言中文上机0审核人适用专业测控技术与仪器课程介绍《智能仪器仪表设计》是测控技术与仪器专业的必修课，课程是培养学生进行仪器仪表设计不可缺少的环节，课程也是精密机械与仪器学科的基础课程之一。本课程主要介绍智能仪器仪表的数据采集结构组成原理、测量检测技术基础、测试数据处理的基本理论；结合现代设计方法、性能与可靠性设计介绍智能仪器仪表设计的主要技术和方法；通过智能仪器仪表的总线设计、硬件选型与设计、软件设计与测试等实例介绍其在气象与航空检测、环境检测、电气与自动化仪表等方面的应用。该课程的前期课程包括《传感器与检测技术B》、《测试信号分析与处理》、《嵌入式系统设计B》、《自动控制原理》、《电子测量原理》、《微处理器与微计算机系统A》、《C语言设计》、《信号与系统》、《程序设计基础》等。课程预备知识包括电路设计理论、信号与系统分析理论、单片机与微处理器技术、嵌入式系统基础、程序设计基础等。通过本课程的学习与训练，学生应具备智能仪器仪表的组成与工作原理、测试方法与数据处理、性能与可靠性设计的基本理论和知识。能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理对仪器仪表设计问题进行分析、表述；并能从社会发展、社会影响等角度，创新或有效的进行仪器仪表设计与分析；在学习和训练过程中培养职业规范、团队合作与个人沟通能力。

1）具备智能仪器仪表的数据采集的组成与工作原理；信号检测方法；仪器误差与精度（不确定度）设计方法等基本知识；支持毕业要求1；

2）能够综合应用电路、单片机、信号与系统等知识，使用一种或多种工具软件设计出一个常规智能仪器仪表的能力，具备智能仪器的基本硬件与软件设计能力与技能；支持毕业要求1，3；

3）具备编写智能仪器的常见数据处理程序的能力与技能；支持毕业要求3；

4）

能够从（现代）设计理论、需求出发，提供设计报告。其中包括性能与可靠性设计、分析数据，数学、自然科学、工程科学的基本原理，并能给出适用范围和对社会发展的积极作用；支持毕业要求1；

5）掌握总线技术（IIC、SPI等总线的程序编写方法）、嵌入式与计算机系统的硬件设计基础、掌握智能仪器仪表的最小系统与扩展系统设计的优缺点。能把这些设计方法应用到气象和航空仪器设计、工业控制的应用环境，支持毕业要求3。

可支撑的毕业要求

教学目标毕业要求1毕业要求3工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决测控系统与仪器工程问题。设计/开发解决方案：能设计针对测控系统与仪器工程问题的解决方案，设计满足特定需求的子系统、单元（部件）或工艺流程，并能在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。目标1具备智能仪仪器仪表的数据采集的组成与工作原理；信号检测方法；仪器误差与精度（不确定度）设计方法等基本知识；√目标2能够综合应用电路、单片机、信号与系统等知识，使用一种或多种工具软件设计出一个常规智能仪器仪表的能力，具备智能仪器的基本硬件与软件设计能力与技能；√√目标3具备编写智能仪器的常见数据处理程序的能力与技能；√目标4

能够从（现代）设计理论、需求出发，提供设计报告。其中包括性能与可靠性设计、分析数据，数学、自然科学、工程科学的基本原理，并能给出适用范围和对社会发展的积极作用；√目标5掌握总线技术（IIC、SPI总线的程序编写方法）、嵌入式与计算机系统的硬件设计基础、掌握智能仪器仪表的最小系统与扩展系统设计的优缺点。能把这些设计方法应用到气象和航空仪器设计、工业控制的应用环境。√√教学内容及安排章节标题主要内容（知识点）学时教学方法与教学手段备注第一章

绪论1.测量、仪器、电子测量仪器1问题导向学习在测量组成等环节引入问题：什么是仪器，引导学生构建仪器仪表系统概念。2.智能仪器及其特征。1问题导向学习比较电子模拟、数字、智能仪器的异同，从为社会服务和测量的角度，回答为什么需要智能仪器，智能仪器如何发展等问题第二章

智能仪器仪表的数据采集、信号检测与处理★1.数据采集系统的组成原理与智能传感器2实例讨论与问题导向学习通过智能传感器的实例，介绍其组成；进而从结构原理上介绍数据采集系统常见部件的工作原理、特征★2.噪声分析与数据采集系统的信号分析。2实例讨论与问题导向学习通过引入噪声分析法，以实例介绍其在电路设计、器件设计、信号检测中的应用；并介绍工作原理。3.微弱信号检测概念与智能信息处理技术。1程序演示与问题导向学习通过问题导向方法，介绍相关(锁相放大）、累积积分、自适应滤波、随机共振等信号检测技术。通过MATBLAB的案例，介绍其在智能仪器设计中的应用第三章

智能仪器仪表的精度设计与数据处理方法★1.误差分析与数据采集系统设计2实例讨论与问题导向学习通过设计一个多路电压采集通道的实例，介绍如何使用误差理论进行智能仪器仪表设计；通过远程多路温度计的设计案例，介绍从经验数据上，结合现场环境，利用不确定度进行数据采集系统的设计★2.智能仪器仪表中常见数据处理算法设计2程序演示与问题导向学习直接通过编程实例介绍限幅滤波、中值滤波、数字滤波程序、PID控制程序、SPWM或FFT程序，并进行实例展示3.反问题与智能仪器仪表的智能计算方法。1程序展示通过问题导向方法，介绍小波、神经网络、PWO等智能计算基本概念。通过MATBLAB的案例，介绍其在智能仪器设计中的应用及方法第四章

现代设计理论与人机界面1.现代设计理论1问题导向学习结通过问题导向方法，合工业4.0等，介绍现代设计理论的基本概念，如TRIZ、现代设计理论概念2.人机界面（LED、液晶、触摸屏、按键、键盘）1实例讨论通过实例，介绍LED、液晶、触摸屏、按键、键盘的硬件与程序编写第五章

智能仪器仪表性能与可靠性设计1.可靠性设计1.5实例讨论与问题导向学习通过实例介绍可靠性设计的基本计算方法，介绍可靠性预计、可靠性分析等方法2.性能设计0.5实例讨论通过实例，介绍智能仪器仪表的抗干扰等性能设计方法第六章

智能仪器仪表的总线1.片内总线1.5实例讨论与问题导向学习通过实例介绍IIC\SPI的通信设计程序的编写2.485与EPA现场总线简介0.5实例讨论通过实例，介绍485与EPA现场总线简介第七章

智能仪器仪表的硬件设计1.硬件设计基础1实例讨论与问题导向学习介绍计算机的冯偌依曼结构、哈佛结构；流水线技术等。介绍ARM的基本特征2.ARM的控制器、存贮器、串口通信、EPA1实例讨论通过实例，介绍ARM的控制器、存贮器、串口通信、EPA电路设计第八章

智能仪器仪表的软件设计1.编程介绍1实例讨论与问题导向学习通过实例，介绍ARM的控制器、存贮器、串口通信、EPA程序设计2.软件测试实例1实例讨论通过实例，介绍白盒、黑盒测试习题课1对MATLAB编程进行评讲1讨论与展示小组讨论与优秀作业展示习题课2与总复习对C编程进行评讲并复习1讨论与展示小组讨论与优秀作业展示实验项目序号项目名称实验内容与要求实验学时实验类型每组人数备注1智能仪器仪表的人机接口实验掌握使用PROTEUS进行LED、键盘的软硬件设计方法。要求具有PROTEUS进行LED、键盘的软硬件设计的技能3设计研究性实验1-2人独立完成2智能仪器仪表的数据采集实验掌握使用PROTEUS进行AD、液晶的软硬件设计方法。要求具有PROTEUS进行AD、液晶的软硬件设计的技能3设计研究性实验1-2人独立完成3智能仪器仪表的数据处理实验掌握使用PROTEUS进行采集数据进行软件滤波等常见算法的程序编程。要求具有PROTEUS进行常见滤波设计技的软硬件设计技能2设计研究性实验1-2人独立完成教材与参考书目序号书名主编出版社出版年度1智能仪器(第3版)程德福,林君机械工业出版社20172智能仪器理论、设计和应用傅林

成都西南交通大学出版社2014主讲教师背景与水平要求学历学位专业技术职称专业/学科背景工程背景/行业背景是否双师型教学基本能力要求备注硕士研究生/硕士讲师（或相应支持）仪器、自动化、电子工程等相关专业背景有1年以上工程经历可以不是双师型有2年以上理论教学或实验教学经验，有现代教学理念，有1年以上的相关研究经历优先考虑双师型教学丰富的教师任教课程考核

对应的考核环节

教学目标考核环节1考核环节2考核环节3考核环节4考核环节5设计方案与报告实验考试课堂讨论课后作业闭卷考试目标1具备智能仪仪器仪表的数据采集的组成与工作原理；信号检测方法；仪器误差与精度（不确定度）设计方法等基本知识√√√√目标2能够综合应用电路、单片机、信号与系统等知识，使用一种或多种工具软件设计出一个常规智能仪器仪表的能力，具备智能仪器的基本硬件与软件设计能力与技能；√√√√目标3具备编写智能仪器的常见数据处理程序的能力与技能；√√目标4

能够构建团队，从（现代）设计理论、需求出发，提供设计报告。其中包括性能与可靠性设计、分析数据，数学、自然科学、工程科学的基本原理，并能给出适用范围和对社会发展的积极作用；√√目标5掌握总线技术（IIC、SPI总线的程序编写方法）、嵌入式与计算机系统的硬件设计基础、掌握智能仪器仪表的最小系统与扩展系统设计的优缺点。能把这些设计方法应用到气象和航空仪器设计、工业控制的应用环境。√√√√考核环节考核要求/评价细则考核对象及其分值比例（%）学生个体团队/小组小计（%）总评（%）平时

考核设计方案要求学生以自选的仪器仪表为主题，设计一个关于仪器仪表的方案。将学生分成10个团队，从学生个人和团队的角度分别进行考核。学生个人主要考核其在方案设计过程中的学习态度、对方案设计的贡献度等。团队的考核主要通过考核设计方案的质量来体现，小组各成员的得分通过教师评价或学生互评确定，成员的最高得