5.1 智能仪器设计方法.ppt

1、5.1根据智能仪器设计方法教科书第208-221页，智能仪器的研发是一个复杂的过程。为了完成仪器的功能，实现仪器的指标，提高开发效率，获得一定的开发效益，智能仪器应该按照正确的设计原则和科学的开发步骤进行开发。摘要：1 .智能仪器设计的基本要求。智能仪器设计原理。智能仪器发展的三个阶段。定位了“智能仪器设计”的研究内容。少数人工智能仪器，如中医诊断仪器，使用现在很少使用的专家系统。目前，测量仪器越来越多，可以将测量结果与标准测量结果进行比较，得到指标超标的计算机化仪器，微机在仪器中的应用，以软面板为特征的显示、控制和接口虚拟仪器的设计，智能仪器的设计不是微机应用的过程。设计所需仪器的基本技术要

2、求、仪器使用的环境、外壳的一般要求等。仪器功能的分解、各组成部分的设计、各组成部分的协调、软件设计、市场经济的最先进原则、最高性价比原则、仪器的总体设计、1本设计的目的、2形式要求：输入、输出、振幅、记录时间、记录方式、精度、数据形式(模拟、数字、数据、图形、量值)等。3供电方式、单电源、双电源、节电要求、仪器总体设计、4外形和环境适应性要求、5采样策略要求和实现方法、6模拟电路要求：放大器类型(电压放大器、桥式放大器、电荷放大器、滤波器等)。)，信噪比要求，电源要求，数字电路的要求：模数转换器的位数和类型(逐次逼近、直接比较、双积分、公式等)。)，存储器的容量，实现采样策略所必需的控制功能，

3、数据传输的方式(并行和串行)，以及节能功能的实现。首先，智能仪器设计的基本要求，无论仪器有多大，其基本设计要求基本相同，因此在设计和开发智能仪器时必须认真对待。1.功能和技术指标应满足要求主要技术指标：精度、测量范围、工作环境和稳定性。功能：输出、人机对话、通信、报警提示、仪器状态自动调整等。可靠性要求中，仪器的可靠性是最突出和最重要的，因为仪器能否正常可靠地工作将直接影响测量结果的正确性，也将影响仪器的工作效率和声誉，特别是对于在线检测和控制仪器。仪器的故障会造成整个生产过程的混乱，甚至造成严重的后果。应采取各种措施提高仪器的可靠性，以保证仪器能长时间稳定工作。首先是硬件：仪器所用设备的质量

4、以及仪器的结构和技术是影响可靠性的重要因素，因此应合理选择元器件，在极端情况下应采用测试方法。部件的合理选择是指在设计过程中对部件的负载、速度、功耗、工作环境等技术参数要有一定的余量，并对部件进行老化和筛选。极限条件下的试验是指样机应承受低温、高温、冲击、振动、干扰、冒烟等试验。以确保其对环境的适应性。第二，软件：采用模块化设计方法不仅易于编程和调试，而且可以降低软件故障率，提高软件可靠性。同时，软件的综合测试也是检查错误和排除故障的重要手段。在仪器设计过程中，应考虑操作的方便性，并满足操作人员专业知识的要求智能仪器还应具有良好的可维护性。为此，仪器结构应标准化和模块化，并配备现场故障诊断程序

5、。一旦出现故障，可以确保故障能够被有效定位，从而可以更换相应的模块，使仪器能够尽快恢复正常运行。3。易于操作和维护。仪器过程结构和建模设计要求。仪器结构过程是影响可靠性的重要因素。首先，根据仪器的工作环境条件设计工艺结构，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。仪器的造型设计也非常重要。整体结构的布置、构件之间的连接、面板的美化等。必须认真考虑，最好由结构专业人员设计，使产品外形美观、色泽柔和、轮廓整齐、外观优雅。2.智能仪器设计原理1。从整体到部分(从上到下)的设计原则在硬件或软件设计中，复杂和困难的问题被分成几个更简单和容易处理的问题，然后逐一解决。根据仪器功能和设计

6、要求，设计人员提出了仪器设计的总体任务，并绘制了硬件和软件的总体框图(总体设计)。然后，任务被分解成一批可以独立表征的子任务，这些子任务可以被进一步划分，直到每个低级子任务足够简单，可以直接容易地实现。这些低级子任务可以采用一些通用的模块，并且可以作为独立的实体进行设计和调试，从而可以形成难度最低、可靠性最高的高级模块。2.性价比较高的原则，智能仪器的成本取决于开发成本、生产成本和使用成本。设计中不应盲目追求复杂而先进的方案。在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单成熟的方案，即部件少，开发、调试和生产方便，可靠性高。就第一个原型而言，主要成本在于系统设计、调试和软件开发，而原型的硬件成本不是

7、要考虑的主要因素。当原型投入生产时，生产量越大，每个产品的平均开发成本越低。此时，生产成本成为仪器成本的主要因素。显然，仪器硬件的成本对产品的生产成本有很大的影响。使用成本，即维护成本、备件成本、运营成本、管理成本、培训成本等。只有经过综合考虑，我们才能看到真正的经济效果，从而做出正确的选择方案的决定。随着科学技术的飞速发展，智能仪器系统的设计面临三个突出问题：(1)产品更新太快；(2)市场竞争日益激烈；(3)如何满足不同层次和不断变化的用户需求。不同于传统设计理念的所谓“开放系统”设计理念正在电子行业和计算机行业推广。“开放系统”的设计理念从技术上考虑了今天和明天，从当前的现实出发，为未来的

8、新技术机会留有余地；对系统的不同支持等级开放，关注运行中的设计周期和产品设计，注重社会公众参与，为各方面发挥制造商的积极性创造条件；对用户不断变化的特殊要求持开放态度，兼顾一般的基本设计和用户在使用中的特殊要求。开放式系统设计的具体方法是，基于国际流行的工业标准微机总线结构，根据不同的用户系统需求，选择相应的相关功能模块组合成最终用户应用系统。系统设计师专注于分析设计目标、确定整体结构、选择系统附件等。而不是设计组件模块和开发特殊软件。组合设计方法及其优势、开放式体系结构和总线系统技术的发展，导致了组合设计方法在工业测控系统中的普及，即根据不同的应用系统进行组合设计该系统分为硬件和软件产品几个

9、模块，由专业研究机构根据积累的经验尽可能完善地设计，并制定了它们的规格系列。这些现成的功能模块可以快速匹配到各种用途的应用系统中，简化设计并缩短设计周期。结构灵活，易于扩展和更新，使系统适应性强。在使用中，可以根据需要替换一些模板或修改局部结构，以满足不断变化的特殊要求。维护方便快捷。大规模集成电路和超大规模集成电路芯片广泛用于模块。当故障发生时，只需更换集成电路芯片或功能模板，修复时间可降至最低。功能模板可以组织批量生产，稳定质量，降低成本。组合设计方法的优点。智能仪器的开发步骤，包括任务的确定、设计方案的制定、软硬件的设计和开发、仪器的总体调试和性能测试，共3个阶段，1。设计任务的确定、设

10、计方案的编制和仪器设计任务书的编制，主要功能有：a .为开发单位设计仪器建立项目基础；b .反映仪器的结构，明确仪器的功能指标，这是开发商的设计目标；c .作为开发后项目验收的依据。主要内容：a .仪器的名称、用途、特点和简要设计思想；主要技术指标；仪器应具备的功能；仪器的设备规模；e .系统的操作规范。2、硬件和软件开发阶段，硬件开发：在开发过程中，硬件和软件应同时进行，在设计硬件和开发功能模板时，应编制软件和应用程序。软硬件协同工作，充分发挥微型计算机的特长，缩短开发周期。硬件设计：首先设计系统框图，然后设计电路。框图设计是将整体分成几个部分，并将它们连接成一个仪器系统。智能仪器的总体结构

11、主要包括以下几个部分：信号输入、信号调理(滤波、放大、变换等)。)、计算机及其存储器和外围接口电路、仪器输出接口、人机接口(显示器、开关、键盘等)。)。误差分配、屏蔽、接地、系统可靠性、性能价格比等抗干扰措施。设计仪器时应充分考虑。硬件开发：使用功能强大的芯片简化电路；对于修改和扩展，应该有足够的硬件资源空间；自诊断功能，需要另外设计相关的监控和报警电路；硬件抗干扰措施；注意与底盘和面板的匹配，连接器的布置等。并考虑安装、调试和维护的方便性。智能仪器不再是简单的硬件实体，而是软硬件结合的新型仪器，而软件决定了仪器的智能。软件质量对智能仪器的功能、性能指标和操作有很大影响。一个好的程序不仅要满足

12、预定的功能和正常运行，还要满足以下条件：(1)程序结构严谨、简单、易读、易调试；(2)运行速度快；(3)存储空间小；下面简要介绍智能仪器软件设计的方法。软件开发：软件设计制定总体规划程序功能块划分确定算法分配系统资源和设计流程图编写程序调试和纠错程序连接和系统总体调整结构化和模块化程序设计：模块化程序设计自下而上模块化程序设计三种基本程序结构：智能仪器的顺序结构、选择结构和循环结构软件结构：智能仪器的软件通常由监控程序、中断程序、测量程序和数据处理程序组成。测量控制程序：测量控制程序完成测量和测量过程的控制任务，如多路切换、采样、模数转换、数模转换、输出限幅、超限报警、可编程放大增益控制等。数据处理程序：数据处理程序中断处理程序：处理各种服务请求，有时调用测量控制程序或数据处理程序。监控程序监控程序是智能仪器软件的主线，它调用各个模块并将它们连接成一个有机的整体，从而实现仪器的所有管理功能。监控程序的主要功能：管理键盘和显示器，并根据仪器键入的命令转移到相应的服务程序；接收来自输入/输出接口和内部电路的中断请求信号，并按照中断优