智能儀器設計實例

第八章智能儀器設計實例

第一節(jié)智能儀器的設計原則及研制第二節(jié)固體密度測試儀的研制第三節(jié)基于DSP處理器的地下管道漏水檢測儀設計第一節(jié)智能儀器的設計原則及研制步驟

智能儀器的研制開發(fā)是一個較為復雜的過程。為完成儀器的功能，實現(xiàn)儀器的指標，提高研制效率，并能取得一定的研制效益，應遵循正確的設計原則、按照科學的研制步驟來開發(fā)智能儀器。一、基本要求

二、設計原則

三、研制步驟

智能儀器設計一、智能儀器設計的基本要求

無論儀器的規(guī)模多大，其基本設計要求大體上是相同的，在設計和研制智能儀器時必須予以認真考慮。

1.技術(經濟)指標及功能2.可靠性3.便于操作和維護4.工藝結構與造型設計主要技術指標：

精度、分辨能力、測量范圍、工作環(huán)境條件、穩(wěn)定性。經濟指標:研制投入\市場價格\需求量\利稅\節(jié)能\應具備的功能：

輸出、人機對話、通信、報警提示、儀器狀態(tài)的自動調整等。1.技術指標及功能應滿足要求2．可靠性要求儀器可靠性是最突出也是最重要的性能。

直接影響測量結果的正確與否將影響工作效率儀器信譽在線檢測與控制類儀器更是如此，由于儀器的故障造成整個生產過程的混亂，甚至引起嚴重后果。應采取各種措施提高儀器的可靠性，從而保證儀器能長時間穩(wěn)定工作?？煽啃栽O計與實驗：

硬件可靠性設計

軟件可靠性設計

EMC設計

在儀器設計過程中，應考慮操作方便，盡量降低對操作人員的專業(yè)知識的要求，以便產品的推廣應用。儀器的控制開關或按鈕不能太多、太復雜，操作程序應簡單明了，從而使操作者無需專門訓練，便能掌握儀器的使用方法。

3．便于操作和維護

智能儀器還應有很好的可維護性，為此，儀器結構要規(guī)范化、模塊化，并配有現(xiàn)場故障診斷程序，一旦發(fā)生故障，能保證有效地對故障進行定位，以便更換相應的模塊，使儀器盡快地恢復正常運行?？删S護性故障診斷、可測試性4．儀器工藝結構與造型設計要求

儀器結構工藝:是影響可靠性的重要因素，首先要依據儀器工作環(huán)境條件，是否需要防水、防塵、防爆密封，是否需要抗沖擊、抗振動、抗腐蝕等要求，設計工藝結構；

儀器的造型設計:總體結構的安排、部件間的連接關系、面板的美化等都必須認真考慮，最好由結構專業(yè)人員設計，使產品造型優(yōu)美、色澤柔和、外廓整齊、美觀大方。二、智能儀器設計3原則

1.從整體到局部(自頂向下)的設計原則2.較高的性能價格比原則3.組合(集成)化與開放式設計原則

在硬件或軟件設計時，把復雜的、難處理的問題，分為若干個較簡單的、容易處理的問題，然后再一個個地加以解決。

1.從整體到局部設計原則儀器功能和要求提出總任務繪制硬件和軟件總功能框圖分解成可獨立表征的一批子任務：單獨的實體進行設計和調試子任務分解：足夠簡單容易實現(xiàn)低級子任務：采用通用模塊最低的難度最高的可靠性2.較高的性能價格比原則儀器的造價：研制成本、生產成本、使用成本。設計時不盲目追求復雜、高級的方案。在滿足性能指標的前提下，應盡可能采用簡單成熟的方案，意味著元器件少，開發(fā)、調試、生產方便，可靠性高。樣機研制成本：系統(tǒng)設計、調試和軟件開發(fā)，硬件成本不是考慮的主要因素。生產成本：生產數(shù)量越大，每臺產品的平均研制費就越低，儀器硬件成本對產品的生產成本有很大影響。使用成本：維護費、備件費、運轉費、管理費、培訓費等。必須綜合分析后做出選用方案的正確決策。

3．組合(集成)化與開放式設計原則

設計智能儀器系統(tǒng)面臨三個突出的問題：

★

產品更新?lián)Q代太快；★市場競爭日趨激烈；★滿足用戶不同層次和不斷變化的要求。

在電子工業(yè)和計算機工業(yè)中推行一種不同于傳統(tǒng)設計思想的所謂“開放系統(tǒng)”的設計思想。“開放系統(tǒng)”的設計思想在技術上兼顧今天和明天，既從當前實際可能出發(fā)，又留下容納未來新技術機會的余地；向系統(tǒng)的不同配套檔次開放，兼顧設計周期和產品設計，并著眼于社會的公共參與，為發(fā)揮各方面廠商的積極性創(chuàng)造條件；向用戶不斷變化的特殊要求開放，兼顧通用的基本設計和用戶的專用要求。開放式系統(tǒng)設計的具體方法基于國際上流行的工業(yè)標準微機總線結構，針對不同的用戶系統(tǒng)要求，選用相應的有關功能模塊組合成最終用戶的應用系統(tǒng)。系統(tǒng)設計者將主要精力放在分析設計目標，確定總體結構，選擇系統(tǒng)配件等方面，而不是放在部件模塊設計及用于解決通用軟件的開發(fā)設計上。組合化（集成化）設計方法開放式體系結構和總線系統(tǒng)技術發(fā)展，導致了工業(yè)測控系統(tǒng)采用組合化設計方法的流行，即針對不同的應用系統(tǒng)要求，選用成熟的現(xiàn)成硬件模板和軟件進行組合。組合化設計的基礎是模塊化(又稱積木化)，硬、軟件功能模塊化是實現(xiàn)最佳系統(tǒng)設計的關鍵?，F(xiàn)成的功能模塊，簡化設計并縮短設計周期。結構靈活，便于擴充和更新，使系統(tǒng)的適應性強。維修方便快捷。功能模板可以組織批量生產，使質量穩(wěn)定并降低成本。組合化設計方法的優(yōu)點三、智能儀器的研制步驟

確定設計任務并擬定設計方案硬件和軟件研制

軟硬件綜合調試整機性能測試和評估

三個階段

1.確定設計任務、擬定設計方案項目調研,了解現(xiàn)狀和動向，明確任務、確定指標功能

寫出設計任務書

擬定設計方案

《儀器設計任務書》

●主要作用：

a.研制單位設計儀器的立項基礎；b.反映儀器的結構、規(guī)定儀器的功能指標，明確研制人員的設計目標；c.作為研制完畢進行項目驗收的依據。《儀器設計任務書》主要內容儀器名稱、用途；特點及簡要設計思想;c.主要技術指標;d.儀器應具備的功能；e.儀器的設備規(guī)模；f.系統(tǒng)的操作規(guī)范。擬定設計方案

《儀器設計任務書》硬件與軟件的劃分、折衷確定微機系統(tǒng)的構成

硬件設計方案軟件設計方案2．硬件、軟件研制階段

硬件研制：采用功能強的芯片以簡化電路,修改和擴展，硬件資源需留有足夠的余地.自診斷功能，需附加設計有關的監(jiān)測報警電路硬件抗于擾措施.線路板注意與機箱、面板的配合，接插件安排等問題，必須考慮到安裝、調試和維修的方便。

軟件設計研制：軟件設計作一個總體規(guī)劃，選擇平臺程序功能塊劃分確定算法分配系統(tǒng)資源和設計流程圖編寫代碼程序調試和糾錯、各部分程序連接及系統(tǒng)總調3．儀器綜合調試及整機性能測試

系統(tǒng)調試，以排除硬件故障和糾正軟件錯誤，并解決硬件和軟件之間的協(xié)調問題。

硬件調試動態(tài)調試靜態(tài)調試測試軟件查板、電源、芯片軟件調試模塊程序調試初級子程序調試測試程序不需要調用其它子程序監(jiān)控程序調試性能測試按照設計任務書規(guī)定的設計要求擬定一個測試方案，對各項功能和指標進行逐項測試。如果某項指標不符合要求，還得查明原因，作相應調整；直至完全達到設計要求為止。關于課程考核問題總成績＝作業(yè)與報告25分＋實驗15分＋期末60分作業(yè)與報告：第四章作業(yè)一次（已留過）第八章作業(yè)綜合設計報告實驗：根據新設計的系統(tǒng)進展情況再安排考試：閉卷方式關于綜合設計報告報告的格式及內容如何高質量的完成設計報