智能仪器功能原理及其发展趋势

智能仪器功能原理及其发展趋势

1 工作原理

信息由传感器感受后将这些被测参量进行电信号的转换，后传递进入模拟开关，但是，在进入模拟开关前需要对干扰进行滤波去除；由单片机再对进入通道的信号进行选通并将信号传递给增益放大器，被放大的信号还需要进行脉冲信号的转换，通过转换器转换后再次送入单片机；单片机在初始设定值的基础上对这些数据进行相应的处理以及计算；最后所显示和打印出的数据就是运算后的结果；在仪器内的E2PROM以及FlashROM内都有着设定好的参数，单片机会将计算后的值同这些参数进行比较，根据事先的设定对在比较结果的基础上发出控制信号。正式由于智能仪器的这种工作原理，因此其和PC 机相互配合还能够成为分布式的测控系统，由PC机作为上位机用以接收各个下位机所采集以及测量的数据或者是信号，并进行统一的管理。

2 功能特点

集成电路的出现是现代电子技术发展的结果，比之微电子仪器，集成电路更是将各种微型电路集中到一块芯片上，超大规模的集成电路就是这项技术发展的结果。集成了各个电路的芯片就是单片机，并在此基础上结合了测量控制以及计算机等技术，智能化控制测量系统就诞生了，智能化仪器就是在此基础上产生。

较之传统的仪器以及仪表设备，智能仪器有着其独特的方面：

①自动化的操控手段。整个系统在控制上都是由单片机或者是微控设备进行操作和控制的，诸如：量程的选择以及开关的控制，采集数据以及扫描，数据的处理传输和打印显示等动作，都可以通过智能仪器实现自动化。操作自动化。仪器的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。

②智能化的自测功能。智能设备对于自身所产生的故障能够自我分析，检测出故障部位甚至能查找分析出原因。像自动故障状态的检验、自动凋零、量程的自动转换和自我校准和诊断等。自我检测的功能在仪器的维护上提供了极大的方便，其运行的时间也较为的灵活。

③能够处理数据。数据处理是智能仪器相比传统仪器所具有的优势，由于微控设备以及单片机的存在使得相对于传统的逻辑硬件在处理信号以及数据上更加的灵活，很多逻辑硬件无法做到的事情通过智能仪器在软件的控制下灵活的解决。

④人机关系更加和谐。传统的仪器主要是靠切换开关进行操作，而智能仪器只需要通过键盘对命令进行输入就能够实现测控，操作员可以更加方便的进行操作。并且，通过显示屏智能仪器还会将仪器的工作状态以及运行状态、测量和处理后的数据进行直观的显示，使得操作员方便及时的掌握仪器以及测控的状态。

3 发展趋势

3.1 微型化

智能仪器在信号的采集以及数据的处理中具有着很大的优势，但是随着人们对于仪器功能要求的同时，对于仪器的体积也同样提出了要求。微型化成为了机械仪器的发展主流趋势，并且智能仪器中所用的电子元件体积不断的减小，加之微电机械技术的发展使得智能仪器也向着微型化的方向发展。微型智能设备虽然体积小，但是在进行信号以及数据采集、信号处理以及线性化处理、输出放大信号等功能上同样全面。而且随着技术的发展，微电子业的技术不断的趋于完善成熟，微型智能仪器在技术成熟的同时价格也会随之降低，因此其应用的范围也会不断的被扩大。在军事航天、生物科技、医疗自动化技术中卫星智能化仪器都有着其独特的作用。举例：对于一个病人进行不同参量的测量，通常需要插入几个管子，管子数量的增多就会加大感染几率，微型智能设备就可以解决这种问题，其体积小并且能够同时测量多个参数，能够植入体内，这些都是传统仪器所不及的。

3.2 多功能化

智能仪器其中一个特点即是仪器的多功能性。诸如，仪器生产的厂家所制造的函数发生器，这种仪器就集合了频率合成仪、脉冲发生器以及任意波形发生仪的功能。这样将各种仪器的功能进行集合不但能够在性能上保证准确性高于频率合成器或者是专用的脉冲发生仪器，同时由于设备的功能集成，在性能测试上也可以综合的进行，可以更好的为测试功能提供相应的解决方案。

3.3 人工智能化

人工智能是计算机应用的一个崭新领域，利用计算机模拟人的智能，用于机器人、医疗诊断、专家系统、推理证明等各方面。智能仪器的进一步发展将含有一定的人工智能，即代替人的一部分脑力劳动，从而在视觉（图形及色彩辨读）、听觉（语音识别及语言领悟）思维（推理、判断、学习与联想）等方面具有一定的能力。这样，智能仪器可无需人的干预而自主地完成检测或控制功能。显然，人工智能在现代仪器仪表中的应用，使我们不仅可以解决用传统方法很难解决的一类问题，而且可望解决用传统方法根本不能解决的问题。

3.4 融合ISP和EMIT技术，实现仪器仪表系统的Intenet接入（网络化）

伴随着网络技术的飞速发展，Intenet技术正在逐渐向工业控制和智能仪器仪表系统设计领域渗透，实现智能仪器仪表系统基于Intenet的通讯能力以及对设计好的智能仪器仪表系统进行远程升级、功能重置和系统维护。

在系统编程技术（In-System Programming，简称ISP技术）是对软件进行修改、组态或重组的一种最新技术。它是*****半导体公司首先提出的一种使我们在产品设计、制造过程中的每个环节，甚至在产品卖给最终用户以后，具有对其器件、电路板或整个电子系统的逻辑和功能随时进行组态或重组能力的最新技术。ISP技术消除了传统技术的某些限制和连接弊病，有利于在板设计、制造与编程。ISP硬件灵活且易于软件修改，便于设计开发。由于ISP器件可以像任何其他器件一样，在印刷电路板（PCB）上处理，因此编程ISP器件不需

要专门编程器和较复杂的流程，只要通过PC机，嵌入式系统处理器甚至*****T远程网进行编程。

EMIT嵌入式微型因特网互联技术是emWare公司创立ETI （eXtend the Intenet）扩展Intenet联盟时提出的，它是一种将单片机等嵌入式设备接入Intenet的技术。利用该技术，能够将8位和16位单片机系统接入Intenet，实现基于Intenet的远程数据采集、智能控制、上传/下载数据文件等功能。

3.5 虚拟仪器是智能仪器发展的新阶段

测量仪器的主要功能都是由数据采集、数据分析和数据显示等三大部分组成的。在虚拟现实系统中，数据分析和显示完全用PC机的软件来完成。因此，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与PC 机组成测量仪器。这种基于PC机的测足仪器称为虚拟仪器。在虚拟仪器中，使用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程，就可得到功能完全不同的测量仪器。可见，软件系统是虚拟仪器的核心，“软件就是仪器”。

4 结束语

智能仪器是计算机科学、电子学、数字信号处理、人工智能、VLSI 等新兴技术与传统的仪器仪表技术的结合。随着专用集成电路、个人仪器等相关技术的发展，智能仪器将会得到更加广泛的应用。作为智能仪器核心部件的单片计算机技术是推动智能仪器向小型化、多功能化、更加灵活的方向发展的动力。