智能仪器综合设计实验指导
智能仪器综合设计实验指导
一、实验的目的
《智能仪器》课程是一门综合性和实践性很强的课程。实验课的目的是把教材、课堂教学以及相关课程知识和技术综合运用，以达到巩固消化课程内容，进一步加强综合应用能力及整机系统开发和设计能力的训练，启发创新思维，培养学生独立开发产品和科研的能力。
二、基本要求
1．根据课堂学习的仪器总体结构设计方法和构思，自行选题。
2．根据选题要求和储备的元器件，设计硬件系统和软件。
3．应用开发工具对系统进行调试。
三、设计过程
在智能仪器的开发和设计中，首先要明确设计准则及要求，其次制定系统方案，最后是方案的具体实施。设计准则及要求，就是使设计的智能仪器根据实际的需要采用先进技术，进行标准化、系统化设计，使其具有较完善的操作性能，同时要求智能仪器可靠、安全、实用、性能价格比高。制定系统方案，是根据设计的任务要求提出几种设想、规划，并且加以比较推敲，选择一种认为是可行、较好的方案作为初步方案，然后对系统的指导思想、技术原则、技术指标、可靠性、性价比进行方案评估，最后根据评价的结果制定系统的设计方案。方案实施需要对系统的硬件、软件设计部分进行调试，在各部分通过之后，在进行统调，从而完成智能仪器的实际。下面就系统设计与开发方案实施过程的一些主要步骤加以说明。
1. 确定系统规模大小。系统总体方案确定之后，则首先要预估系统软、硬件规模的大小，硬件核心部件选型，容量，对外的I/O数，通道数，模块数等。
2. 软、硬件权衡分配。在既定的总体规模中再进一步权衡。哪些模块用硬件完成，哪些可以用软件完成，合理调整好硬、软件搭配。原则上讲，硬件功能软件也可以完成，反之亦然。但在不同场合，软、硬件将各有特长，要是系统达到较高的性价比，必须使系统有恰当的软、硬件比例。一般地讲，硬件速度快，但应变灵活性小，扩展功能要另添部件；而软件处理速度慢，但变更灵活性大，添加功能只要对软件作适当修改即可。至于价格，硬件是需较大投资，软件相对小些。软件和硬件在逻辑功能上是等效的。具有相同功能的单片机应用系统，其软、硬件功能分配可以在很宽的范围内变化，系统的软硬件功能分配要根据系统的要求而定。提高硬件功能的比例可以提高速度，减少所需的存储容量，有利于监测和控
制的实时性，但会增加硬件成本以及降低硬件的利用率和系统的灵活性与实用性。相反，提高软件功能的比例可以降低硬件的造价，提高灵活性和适应性，但相应速度要下降，软件设计费用和所需存储器容量要增加。
3. 硬件部分调试：解决了软件、硬件分配之后，硬、软件设计可分开进行，但是相互间的联系很多，故也可交叉进行。硬件先逐个建立，并进行初步调试。
4. 软件模块的调试。一般要借助于目标系统向同机种的高中档微机系统，后采用专门的微机开发系统作为工具。将编写好的源程序送入工具微机系统，进行编辑、编译、形成目标程序，以便对软件进行单独初初步调试。
5.联机调试。将软件、硬件进行联调，最好能使用带有仿真器的微机开发系统，这样可以获得高效率的调试结果，逐步排除故障，完成调试任务。
四、提交报告要求
1．提交设计任务书：包括实现总体目标所经历的研究途径和实施方法；系统的关键技术和采取的方法；一般而言设计报告至少应包括如下内容：
（1）设计方案及其论证：在论证时应通过对多种方案的比较分析，选出其中最适合的一种，对每种方案要准确理解，首先保证方案的正确、优良，如有
可能，还应力争有所创新。
（2）必要的理论计算：无论是方案论证还是元件参数的选取都要有足够的根据，应通过必要的计算确定，而不是模糊地选取。
（3）电路图和有关的设计文件：各级设计结果皆应有相应的图纸和文件。图纸方面有方框图、流程图。
2．系统功能说明书：应包括如下几部分。
（1）系统名称、用途、特点及简要设计思想；
（2）主要技术指标，包括：精度（灵敏度、线性度、基本误差及环境参数对测量的影响等）、被测参数名称及其测量范围和工作环境（温度、湿度、振动
或腐蚀性等）、稳定性（如连续工作时间）等。
（3）仪器所具备的功能，包括：输出功能（显示方式和输出方式）、人机对话功能（如键盘的操作管理、屏幕的菜单选择和光笔输入等）、运算功能、出错
和超限报警提示功能以及诸如仪器检测状态的自动调整等功能。（自检）3．系统测试方法及结果。
五、参考题目
1．温度测量
2．超声波测距
3．烟尘浓度测量
4．新型数字化、网络化传感器应用
5．一线式数字温度传感器用于温度检测
6．元件阻抗的测量
7．压力测量
8．电源参数测试与评价
9．分时电能表
10. 光电检测类仪器
六、考核办法及成绩评定
作品50％：根据题目难易成度、工作量、完成情况、实际效果、创新性等方面，对作品验收。
报告50%：含设计书、说明书、测试结果及分析。（考查点：方案论证、硬件电路图、软件流程框图、算法、结果数据、波形、曲线等。）
附件：储备元器件清单