智能儀表原理與設(shè)計ppt課件

1、智能儀表原理與設(shè)計智能儀表原理與設(shè)計葉西寧 ()(64253330(o)智能儀表與智能儀表與PCPC聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)智能儀表概述智能儀表概述智能儀表硬件設(shè)計智能儀表硬件設(shè)計智能儀表軟件設(shè)計智能儀表軟件設(shè)計1.3 智能儀表的開發(fā)工具智能儀表的開發(fā)工具1.0 智能儀表的開展智能儀表的開展1.1 智能儀表的功能和組成智能儀表的功能和組成1.2 智能儀表的設(shè)計思想和研制步驟智能儀表的設(shè)計思想和研制步驟第一章第一章 概述概述 客觀世界是一個物質(zhì)世界，人們?yōu)榱苏J(rèn)識物質(zhì)世界，就必需對表征物質(zhì)運動的各種信號進(jìn)展丈量。一個完好的測試過程包括：信息的采集信息的變

2、換與傳輸信息的處置和分析信息的顯示和記錄1.0 1.0 智能儀表的開展智能儀表的開展基地式：基地式：2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代年代單元組合式：單元組合式： DDZ, QDZ 20 DDZ, QDZ 20世紀(jì)世紀(jì)6060年代年代計算機：計算機： DDC, DCS 20 DDC, DCS 20世紀(jì)世紀(jì)7070年代年代先進(jìn)控制和優(yōu)化控制：先進(jìn)控制和優(yōu)化控制：CIPS, FCS 20CIPS, FCS 20世紀(jì)世紀(jì)8080年年代以后代以后 自動化儀表的開展閱歷了如下過程：自動化儀表的開展閱歷了如下過程： 模擬儀表模擬儀表數(shù)字儀表數(shù)字儀表智能儀表。智能儀表?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)造及儀表的開展控制系統(tǒng)構(gòu)造及儀表的

3、開展n消費安裝實施先進(jìn)控制成為開展主流；消費安裝實施先進(jìn)控制成為開展主流；n過程優(yōu)化遭到普遍關(guān)注；過程優(yōu)化遭到普遍關(guān)注；n傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的DCSDCS在走向國際一致規(guī)范的開放式在走向國際一致規(guī)范的開放式系統(tǒng)；系統(tǒng)；nDCSDCS與與FCSFCS相結(jié)合；相結(jié)合；n綜合自動化系統(tǒng)綜合自動化系統(tǒng)CIPSCIPS是開展方向。是開展方向。當(dāng)前自動控制系統(tǒng)及儀表開展的一些主要特點當(dāng)前自動控制系統(tǒng)及儀表開展的一些主要特點 儀表的智能性越來越強。儀表的智能性越來越強。 智能是隨外界條件變化而作出的一種正確智能是隨外界條件變化而作出的一種正確反響的才干。將人的智能引入儀表，即將人工反響的才干。將人的智能引入儀表，即

4、將人工智能的實際和方法運用于儀表產(chǎn)品，那么可實智能的實際和方法運用于儀表產(chǎn)品，那么可實現(xiàn)儀表智能化?，F(xiàn)儀表智能化。 什么是智能化？什么是智能化？智能儀表的定義：智能儀表的定義：智能儀表是計算機技術(shù)與測試技術(shù)相結(jié)合智能儀表是計算機技術(shù)與測試技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是含有微計算機或微處置器的丈量儀的產(chǎn)物，是含有微計算機或微處置器的丈量儀器，它具有對數(shù)據(jù)的存儲、運算、邏輯判別及器，它具有對數(shù)據(jù)的存儲、運算、邏輯判別及自動化操作等功能，有的還具有自校正、自診自動化操作等功能，有的還具有自校正、自診斷、自順應(yīng)、自學(xué)習(xí)的功能，具有一定智能的斷、自順應(yīng)、自學(xué)習(xí)的功能，具有一定智能的作用。作用。 實踐上目前大多內(nèi)裝

5、單片機的儀表只具有實踐上目前大多內(nèi)裝單片機的儀表只具有運算、判別才干，用運算、判別才干，用“智能化的規(guī)范來衡量智能化的規(guī)范來衡量尚有差距，稱之尚有差距，稱之 為微機化儀表更為確切。為微機化儀表更為確切。智能儀器的開展智能儀器的開展 智能儀表的出現(xiàn)至今已有近三十智能儀表的出現(xiàn)至今已有近三十年的歷史。隨微電子技術(shù)、微機械技術(shù)、年的歷史。隨微電子技術(shù)、微機械技術(shù)、微計算機技術(shù)、控制技術(shù)而開展。微計算機技術(shù)、控制技術(shù)而開展。在20世紀(jì)70年代，隨著微處置技術(shù)的開展，智能儀表開場開展起來20世紀(jì)80年代初期，出現(xiàn)了高性能的數(shù)字萬用表，其數(shù)據(jù)處置功能普通包括百分誤差、絕對誤差、最大值及最小值、峰-峰值、平

6、均值、有效值、方差及規(guī)范差等。并且有的還具有自動校準(zhǔn)技術(shù)。到了到了2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代，在高準(zhǔn)確度、高性能、多功年代，在高準(zhǔn)確度、高性能、多功能的丈量儀器中曾經(jīng)很少有不采用微計算機技術(shù)能的丈量儀器中曾經(jīng)很少有不采用微計算機技術(shù)的了。的了。近年來，智能儀器已開場從較為成熟的數(shù)據(jù)處置向知近年來，智能儀器已開場從較為成熟的數(shù)據(jù)處置向知識處置開展。表達(dá)為模糊判別、缺點診斷、容錯技術(shù)、識處置開展。表達(dá)為模糊判別、缺點診斷、容錯技術(shù)、傳感器信息交融等等，使智能儀器的功能向更高的層傳感器信息交融等等，使智能儀器的功能向更高的層次開展。次開展。國際、國內(nèi)也越來越注重國際、國內(nèi)也越來越注重1984198

7、4年：我國電磁丈量信息處置儀器學(xué)會正式成立年：我國電磁丈量信息處置儀器學(xué)會正式成立“自動測試與智能儀器專業(yè)學(xué)組自動測試與智能儀器專業(yè)學(xué)組19861986年，年，IMEKO(International Measurement IMEKO(International Measurement Confederation,Confederation,國際丈量結(jié)合會國際丈量結(jié)合會) )以以“智能儀器為主智能儀器為主題召開了專門的討論會，題召開了專門的討論會，19881988年，年，IFAC(International federation of IFAC(International federation

8、 of Automatic Control,Automatic Control,國際自動控制結(jié)合會國際自動控制結(jié)合會) )的理事會的理事會正式確定正式確定“智能元件及儀器智能元件及儀器Intelligent Intelligent Components and InstrumentsComponents and Instruments為其系列學(xué)術(shù)委員會為其系列學(xué)術(shù)委員會之一之一19891989年年5 5月，在武漢召開了第一屆測試技術(shù)與智能儀月，在武漢召開了第一屆測試技術(shù)與智能儀器國際學(xué)術(shù)討論會器國際學(xué)術(shù)討論會智能儀表正趨向于多功能、高精度、低功耗、小型化、成套化，操作也更為簡便。1.1 1.1

9、 智能儀表的功能和組成智能儀表的功能和組成1.1.1 1.1.1 智能儀表的根本組成智能儀表的根本組成智能儀表包括硬件和軟件兩大部分，其功能很大程度上取決于軟件。硬件部分硬件部分: :智能儀表硬件包括主機電路(微處置器：單片機或嵌入式系統(tǒng))、輸入輸出通道、人機聯(lián)絡(luò)部件與接口電路以及串行或并行通訊接口。光電隔離光電隔離光電隔離鍵盤輸入顯示器模數(shù)轉(zhuǎn)換開關(guān)量入模擬量入數(shù)模轉(zhuǎn)換光電隔離通訊接口開關(guān)量出模擬量出主機電路智能儀表的硬件組成智能儀表的硬件組成單片機技術(shù)開展動向單片機技術(shù)開展動向在HCMOS根底上的全盤 CMOS 化，該器件具有本質(zhì)低功耗、寬電壓范圍等優(yōu)良性能。單片機字長有4、8、16和32位

10、，但當(dāng)前主流機型仍是8位機。 8位單片機還會不斷改良和完善。程序存儲器已從片內(nèi)或外接EPROM開展為OTPROM一次性編程只讀存儲器和FlashROM (快擦寫存儲器)硬件的特點：硬件的特點：單片機內(nèi)部資源不斷豐富和擴展，如存儲容量增大，I/O口數(shù)量增多，許多外部接口電路 (ADC、PWM、WDT等)集成到單片機中。嵌入式系統(tǒng)。新一代的單片機采用 RISC (精簡指令集) 體系構(gòu)造，較之傳統(tǒng) CISC,指令的運轉(zhuǎn)速度有了很大的提高。軟件部分軟件部分: :監(jiān)控主程序監(jiān)控主程序初始化管理鍵盤管理顯示管理中斷管理時鐘管理診斷管理手自動管理智能儀表軟件包括監(jiān)控程序、中斷處置(效力) 程序以及能實現(xiàn)各種

11、算法的功能模塊。 功能模塊功能模塊邏輯運算 丈量算法輸入輸出鍵盤程序顯示程序控制算法實時時鐘數(shù)字濾波標(biāo)度變換數(shù)據(jù)處置非線性校正PID控制先進(jìn)控制復(fù)雜控制智能控制1.1.2 智能儀表的特點智能儀表的特點儀表中運用單片微機、ASIC公用集成電路或DSP 數(shù)字信號處置芯片、集成開關(guān)電源，并采用外表貼裝技術(shù)。儀表符合可靠性設(shè)計、電磁兼容性設(shè)計、耐環(huán)境性設(shè)計、人機工程學(xué)設(shè)計、外型設(shè)計的要求。儀表具有自動校零、滿度和切換量程以及自動補償和修正各類誤差的功能，以實現(xiàn)高精度檢測。儀表具有符合規(guī)范協(xié)議的通訊接口，可實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。儀表具有自診斷功能, 一旦發(fā)現(xiàn)缺點即能告警, 并 能及時處置。儀表具有多種輸入、輸出方式

12、和多種控制功能,可恣意設(shè)置或組態(tài)。 1.1.3 過程控制中常見的智能儀表過程控制中常見的智能儀表現(xiàn)場類智能變送、執(zhí)行儀表，例如智能式壓力、差壓、流量、物位、溫度、成分等傳感、變送器以及執(zhí)行器?？刂啤@示、記錄類智能儀表，例如自整定 PID調(diào)理儀、可編程調(diào)理器、可編程控制器、流量積算儀、大屏幕無紙記錄儀等。 當(dāng)前流行的虛擬儀器(VI) 采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在計算機上參與特定的硬件和軟件，使之完成許多儀器的功能，成為新一代的儀器儀表。 1.2.1 智能儀表的設(shè)計思想智能儀表的設(shè)計思想模塊化設(shè)計：模塊化設(shè)計： 根據(jù)儀表的功能要求和技術(shù)經(jīng)濟目的根據(jù)儀表的功能要求和技術(shù)經(jīng)濟目的, , 自頂向下自頂向下由大

13、到小地按儀表功能層次把硬件和軟件分成由大到小地按儀表功能層次把硬件和軟件分成假設(shè)干個模塊假設(shè)干個模塊, , 分別進(jìn)展設(shè)計和調(diào)試分別進(jìn)展設(shè)計和調(diào)試, , 然后把它們?nèi)缓蟀阉鼈冦暯悠饋磴暯悠饋? , 進(jìn)展總調(diào)進(jìn)展總調(diào), , 這就是設(shè)計儀表的根本思想這就是設(shè)計儀表的根本思想。1.2 智能儀表的設(shè)計思想和研制步驟智能儀表的設(shè)計思想和研制步驟模塊的銜接：模塊的銜接： 軟件模塊的銜接軟件模塊的銜接, , 普通是經(jīng)過監(jiān)控主程序調(diào)用普通是經(jīng)過監(jiān)控主程序調(diào)用各種功能模塊，或采用中斷的方法實時地執(zhí)行相應(yīng)各種功能模塊，或采用中斷的方法實時地執(zhí)行相應(yīng)的效力模塊來實現(xiàn)；硬件模塊模板的銜接普通的效力模塊來實現(xiàn)；硬件模塊模

14、板的銜接普通是以主機模塊為中心，經(jīng)過內(nèi)部總線數(shù)據(jù)總線、是以主機模塊為中心，經(jīng)過內(nèi)部總線數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線銜接其它模塊。地址總線和控制總線銜接其它模塊。1.2.2 設(shè)計、研制的主要內(nèi)容設(shè)計、研制的主要內(nèi)容確定設(shè)計義務(wù)和儀表功能，提出設(shè)計初步方案。繪制硬件及軟件總框圖，確定硬件類型和數(shù)量，留意單片機的選擇以及權(quán)衡硬、軟件的比例。硬件電路的設(shè)計、研制和調(diào)試。用專業(yè)軟件CAD 繪圖布線，力求規(guī)范化、規(guī)范化。儀表總調(diào)、性能測定。對設(shè)計所要求的全部功能進(jìn)展測試，發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)及時修正，直至滿足設(shè)計目的。最后要寫出性能測試報告。儀表構(gòu)造設(shè)計，力求外型優(yōu)美、色澤柔和、美觀大方、外廓整齊、細(xì)部精致，便于操作、維修。運用軟件的設(shè)計、程序編制和調(diào)試。留意構(gòu)造明晰、編程規(guī)范