智能仪器原理及应用
《智能化仪器原理及应用》课件第3章
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
图3-5 带RS－232C接口的通信设备连接
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
2 “请求发送”（RTS）与“为发送清零”（CTS）信号 线用于半双工通信方式。半双工方式下发送和接收只能分时 进行，当DTE有数据待发送时，先发“请求发送”信号通知 调制解调器。此时若调制解调器处于发送方式，回送“为发 送清零”信号，发送即开始。若调制解调器处于接收方式， 则必须等到接收完毕转为发送方式时，才向DTE回送“为发 送清零”信号。在全双工方式下，发送和接收能同时进行，
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术 表3-1 RS－232C标准串行接口总线的常用信号线
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 20 22
符号 保护地 TXD RXD
RTS CTS DSR GND DCD DTR RI
方向
Out In Out In In
In Out In
功能
发送数据 接收数据 请求发送 为发送清零 DCE 就绪
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
图3-1 全双工、半双工、单工示意图
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
（1）单工（Simplex）方式：相互通信的任何一方仅允
（2）半双工（Half Duplex）方式：通信的双方既可 以发送又可以接收数据，但是发送和接收数据只能分时使用 同一传输线路，即在某一时刻只允许进行一个方向的数据传
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
图3-9 RS－232C与TTL电平变换器
第3章 智能仪器的数据通信与接口技术
4. 计算机中的数据是并行的，为了实现异步串行传输，发 送时必须进行并-串转换，而且要把数据字符组织成如图3-2 所示的数据格式；接收时必须从图3-2所示的格式中把有用 的字符提取出来，再进行串/并转换。此外，还要检验传送 是否正确。这些工作一般采用专用集成电路芯片UART（通 用异步接收器/发送器）来完成。UART作为计算机的串行通 信接口电路芯片，在相应的控制软件配合下，实现异步串行 数据传输。UART芯片种类很多，常用的有Intel8251、8250、 ZilogZ80 SIO、MotorolaMC6850等。许多单片计算机也具 有UART功能，详细内容读者可参阅有关的书籍和产品手册。
智能化仪器原理及应用
智能化仪器原理及应用智能化仪器是指利用先进的信息技术、自动控制技术和传感器技术等，使仪器具备自主识别、自动调节和自动控制的能力。
它不仅可以提高实验的准确性和可靠性，还能提高工作效率和节省人力物力资源。
智能化仪器的原理和应用广泛存在于各个领域，如工业生产、医疗诊断、环境监测等。
智能化仪器的原理主要包括感知、处理和执行三个环节。
感知环节通过传感器采集待测信号，并将其转换为数字信号，然后通过模数转换器将其转换为计算机可处理的数字信号。
处理环节是利用计算机对采集到的信号进行处理和分析，运用各种算法和模型对数据进行解读和判断，从而得到实验结果。
执行环节是根据计算机的指令，通过执行机构对实验进行自动调节和控制。
智能化仪器在工业生产中的应用可以提高生产效率和产品质量。
例如，智能化仪器可以实现对生产过程中的各个参数进行实时监测和控制，及时发现并解决问题，避免了人为疏忽和操作失误带来的损失。
智能化仪器还可以自动调节生产线的速度和温度等参数，以确保产品的一致性和稳定性。
此外，智能化仪器还可以进行故障诊断和预测，及时进行维护和修理，减少停机时间和维修成本。
在医疗诊断领域，智能化仪器的应用可以提高诊断的准确性和效率。
例如，智能化医疗仪器可以对患者的生理参数进行实时监测，及时发现异常情况并报警，提醒医生及时处理。
智能化仪器还可以对医学图像进行处理和分析，辅助医生进行诊断和治疗。
智能化仪器还可以利用大数据和人工智能算法，对病例进行分析和比对，提供科学依据和决策支持。
在环境监测领域，智能化仪器的应用可以提高监测的精度和全面性。
例如，智能化仪器可以对大气、水质和土壤等环境参数进行实时监测，并将监测结果传输到计算机进行分析和处理。
智能化仪器还可以进行数据的实时存储和传输，方便数据的管理和查询。
智能化仪器还可以根据监测结果进行预警和调控，保护环境和人民的生命安全。
除了上述领域，智能化仪器还在科学研究、教育培训、军事防御等领域有着广泛的应用。
智能仪器原理及应用教学大纲
智能仪器原理及应用教学大纲智能仪器原理及应用教学大纲一、课程概述智能仪器原理及应用是一门涉及仪器仪表设计、制造、使用和维修的实用型课程，旨在帮助学生掌握智能仪器的基本原理、设计方法及其在各领域的应用。
本课程结合理论教学和实践操作，培养学生具备设计、制造和使用智能仪器的技能，提高他们在各领域的工作效率。
二、课程目标1、理解智能仪器的原理、设计方法及制造过程。
2、掌握智能仪器的基本组成、各部分作用及工作机制。
3、学习各类智能仪器的应用场景，了解其在工业、农业、医疗等领域的应用。
4、培养学生的实践操作能力，能够独立完成智能仪器的设计、制造和使用。
5、提高学生的创新能力，能够根据实际需求进行智能仪器的优化和改进。
三、教学内容1、智能仪器的基本原理及设计方法。
2、智能仪器的主要组成及工作机制。
3、智能仪器的制造过程，包括材料选择、制造工艺和检验标准。
4、智能仪器在工业、农业、医疗等领域的应用案例分析。
5、实践操作环节，包括智能仪器的设计、制造和使用。
6、创新设计环节，引导学生根据实际需求对智能仪器进行优化和改进。
四、教学方法1、采用多媒体教学，通过图片、视频和动画等多种形式展示智能仪器的结构和工作过程。
2、进行实例分析，结合实际案例讲解智能仪器的设计、制造和应用过程。
3、组织实践操作，让学生在动手实践中深入理解智能仪器的原理和操作方法。
4、鼓励创新设计，激发学生的创造性思维，提高他们的创新能力。
五、评估方式1、课堂表现，包括提问、回答问题和课堂讨论等。
2、作业和小组讨论，考察学生对智能仪器原理和应用的掌握情况。
3、期末考试，全面测试学生对智能仪器原理、设计和应用的理解和掌握程度。
六、教学资源1、教材及参考书：选用优秀的教材和参考书，提供充足的理论基础和实践指导。
2、软件和硬件：提供实验室和实验设备，包括各类智能仪器的原型和相关软件工具，供学生进行实践操作和创新设计。
3、网络资源：提供相关网站和在线资源，包括学术论文、研究报告和先进的技术资料，以拓宽学生的视野和深化学习内容。
智能仪器原理及应用的认知和理解
智能仪器原理及应用的认知和理解1. 引言智能仪器是一种利用人工智能技术来实现数据分析、自动化控制和智能决策的仪器设备。
随着人工智能技术的不断进步和应用，智能仪器在各个领域的应用越来越广泛。
本文将介绍智能仪器的原理和应用，并对其进行认知和理解。
2. 智能仪器的原理智能仪器的原理主要包括数据采集、数据处理和智能决策三个方面。
2.1 数据采集智能仪器通过传感器等设备对所监测对象的数据进行采集。
传感器可以是温度传感器、压力传感器、光传感器等，用于感知环境中的各种物理量。
采集到的数据可以是数字信号或模拟信号。
2.2 数据处理采集到的数据需要经过处理才能得到有用的信息。
智能仪器使用各种数据处理算法对采集到的数据进行分析、处理和筛选，提取出其中的特征和规律。
数据处理可以包括数据滤波、数据降噪、数据压缩等。
2.3 智能决策根据经过处理的数据，智能仪器可以进行智能决策。
智能决策是指基于数据分析和算法模型，对采集到的数据进行判断、预测和控制。
智能仪器根据预设的算法和规则，对采集到的数据进行评估和决策，并输出相应的结果或指令。
3. 智能仪器的应用领域智能仪器在各个领域都有广泛的应用，以下是一些典型的应用领域。
3.1 工业自动化智能仪器在工业生产过程中的自动化控制和监测中起到了重要的作用。
通过对工业设备的监测和控制，可以实现生产过程的自动化和优化。
3.2 医疗健康智能仪器在医疗健康领域的应用也越来越广泛。
通过监测患者的生理参数，如心率、血压等，可以实现对患者的实时监测和智能预警。
3.3 环境监测智能仪器在环境监测领域的应用可以帮助人们了解环境质量和资源利用情况。
通过对大气、水质、噪音等环境参数的监测，可以及时预警和采取相应的措施。
3.4 交通运输智能仪器在交通运输领域的应用可以提高交通流量的效率和安全。
通过对交通信号、车流量等数据的实时监测和智能控制，可以优化交通运输系统的运行。
4. 智能仪器的优势和局限性智能仪器具有许多优势，但同时也存在一些局限性。
智能仪器原理实训报告
一、实训目的通过本次智能仪器原理实训，了解智能仪器的组成、工作原理以及在实际应用中的操作方法，掌握智能仪器的调试与维护技能，提高对智能仪器系统的理解和应用能力。
二、实训内容1. 智能仪器系统组成智能仪器系统主要由以下几部分组成：（1）传感器：用于检测被测量的物理量，并将其转换为电信号。
（2）信号调理电路：对传感器输出的信号进行放大、滤波、转换等处理，以满足后续处理的要求。
（3）微处理器：对信号进行处理、运算、存储等，实现对仪器的控制和显示。
（4）显示与输出设备：将处理后的结果以图形、数字等形式展示给用户。
（5）电源：为仪器提供稳定的工作电压。
2. 智能仪器工作原理智能仪器的工作原理如下：（1）传感器检测被测物理量，产生相应的电信号。
（2）信号调理电路对传感器输出的信号进行放大、滤波、转换等处理。
（3）微处理器对调理后的信号进行采集、处理、运算、存储等。
（4）处理后的结果显示在显示设备上，或输出到外部设备。
3. 智能仪器调试与维护（1）调试：在仪器安装完成后，对仪器进行调试，确保其正常运行。
（2）维护：定期对仪器进行清洁、检查、更换损坏的部件等，以保证仪器的稳定运行。
三、实训过程1. 实训环境（1）实训设备：智能仪器系统、传感器、信号调理电路、微处理器、显示与输出设备、电源等。
（2）实训软件：智能仪器控制系统软件。
2. 实训步骤（1）连接仪器各部件，检查连接是否正确。
（2）启动仪器控制系统软件，设置参数。
（3）进行传感器标定，确保传感器输出信号的准确性。
（4）进行信号调理电路调试，确保信号处理效果。
（5）进行微处理器调试，确保数据处理正确。
（6）进行显示与输出设备调试，确保数据显示正确。
（7）进行仪器整体调试，确保仪器正常运行。
（8）进行仪器维护，检查各部件是否正常。
四、实训结果与分析1. 实训结果本次实训，我们成功搭建了智能仪器系统，并对仪器进行了调试和维护。
仪器能够正常运行，满足实验要求。
2. 实训分析（1）传感器性能对仪器精度有重要影响，因此传感器标定是保证仪器精度的重要环节。
全智能光学仪器原理
全智能光学仪器原理
全智能光学仪器原理是通过激光束穿过待测物体，利用光学原理进行测量和分析的一种仪器。
该仪器利用光的传播速度较快的特点，能够快速、精确地获取待测物体的相关信息。
以下是全智能光学仪器的工作原理和主要应用介绍。
全智能光学仪器的工作原理主要包括激光发射、光束传输、物体测量和数据处理等几个步骤。
首先，激光器发射出一束单色、单向、高亮度的激光束，该激光束穿过光学传输系统，经过透镜的聚焦使其能量集中在一个小的点上。
然后，激光束照射到待测物体上，根据物体对激光束的散射、折射等现象，测量出物体的形貌、轮廓、表面粗糙度等参数。
最后，通过光电探测器将激光束的反射信号转化为电信号，并经过数据处理与分析，得到最终的测量结果。
全智能光学仪器具有广泛的应用领域。
例如在制造业中，它可以用于测量和检测物体的尺寸、形状、形态等；在医学领域，可以用于眼科、牙科等领域的测量和检查；在地质勘探中，可以用于获取地下岩石和矿物的信息等。
此外，全智能光学仪器还可以应用于科学研究、环境保护、安防等领域，发挥着重要的作用。
总之，全智能光学仪器通过激光束的传播和物体的光学反射等现象，实现了对待测物体的快速、精确测量。
其工作原理简单明了，应用领域广泛，可以有效地满足不同领域的测量需求。
[2]智能仪器原理及应用.ppt
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第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法 3. 总线的自检
大多数智能仪器中的微处理器总线都是经过缓冲器再与各 I/O器件和插件等相连接的，这样即使缓冲器以外的总线出了 故障，也能维持微处理器的正常工作。这里所谓的总线自检， 是指对经过缓冲器的总线进行检测。由于总线没有记忆能力， 因此总线自检中设置了两组锁存触发器，用于分别记忆地址总 线和数据总线上的信息。这样，只要执行一条对存储器或I/O 设备的写操作指令，地址线和数据线上的信息便能分别锁存到 这两组触发器（地址锁存触发器和数据锁存触发器）中。我们 通过对这两组锁存触发器分别进行读操作，将地址总线和数据 总线上的信息与原有的输出信息进行比较，便可判知总线是否 存在故障。具体实现的电路原理图见图2-2。
第2章 智能仪器典型处理功能及实现方法
2.1.2
1. ROM或EPROM的检测
由于智能仪器中的ROM或EPROM是用来存放仪器的控制程序 的，是不允许出故障的，因而对ROM或EPROM的检测是至关重要 的。ROM或EPROM故障的检测一般采用“校验和”的方法，其具 体的做法是：在将仪器程序机器码写入ROM或EPROM的时候，保 留一个单元（一般是最后一个单元）。此单元不是用于写程序 代码，而是用于写入“校验字”。“校验字”应能满足ROM或 EPROM中所有单元的每一列都具有奇数个“1”。自检程序的内容 是： 对每一列数进行异或运算，如果ROM或EPROM无故障，各列 的运算结果应都为“1”，即校验和等于FFH。这种算法见表2－1 所示。 表中ROM地址的前7个（0～6）单元是程序代码，最后一 个单元内容为对应于上面程序的奇数校验字01001110（使ROM 中 的 每 一 列 的 “ 1” 为 奇 数 个 ） 。 这 样 ， ROM 的 校 验 和 为 11111111，即FFH。
智能仪器仪表工作原理
智能仪器仪表是指基于信息技术和智能算法等先进技术，具备数据采集、处理、分析和控制等功能的现代化仪器设备。
其工作原理可以总结如下：
1.数据采集：智能仪器仪表通过传感器或测量模块对待测对象或环境进行数据采集。
传感
器将物理、化学或电子信号转换为电信号，并将其传输给智能仪器仪表的输入端。
2.信号处理：智能仪器仪表对输入信号进行预处理，包括滤波、增益调节、放大、降噪等
处理，以确保得到准确且可靠的测量结果。
3.数据分析：智能仪器仪表利用内置的处理器和算法对采集的数据进行分析和处理。
这些
算法可以是基于统计学、机器学习或人工智能等方法，根据不同的应用领域和需求进行选择。
4.结果显示与输出：智能仪器仪表将经过处理和分析的数据结果以数字形式显示在屏幕上，
同时也可以通过接口（如USB、RS232、无线通信等）输出给其他设备进行存储、显示或控制。
5.反馈与控制：智能仪器仪表可以根据测量结果和预先设定的条件进行反馈和控制操作。
比如，在自动化控制系统中，智能仪器仪表可以将测量结果与设定值进行比较，并根据差异调整输出信号，实现对被控制对象的精确控制。
6.用户交互：智能仪器仪表通常提供用户友好的界面，可以通过按键、触摸屏、语音识别
等方式与设备进行交互，方便用户设置参数、查看结果、进行操作等。
通过以上工作原理，智能仪器仪表能够实现高效准确的数据采集、处理和分析，并根据需要进行控制和反馈，广泛应用于科学研究、工业生产、医疗诊断、环境监测等领域。
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4． 最大/
利用此项功能能对一组测量值进行处理， 求出其中的最大 值和最小值并存储起来。
6.1.1
概述
二、 智能DVM的功能及主要技术指标
1、数据处理功能及自动测量功能等：
标度变换(AX+B) 、相对误差(Δ％) 、极限(LMT) 、 最大/最 小值 、比例关系 、统计等数据处理功能；
自动量程转换、自动零点调整、自动校准、自动诊断等自动 测量功能。
2、普通DVM的各项技术指标： 量程、位数、测量准确度、分辨率、输入阻抗、输入电流、 测量速率等。
输入阻抗愈高，由仪表引入的误差就愈小。同时仪器对被 测电路的影响也就愈小。
普通DVM的各项技术指标
(6) 输入电流 I0
输入电流I0 是指仪器内部产生并表现于输入端的电流，它 的大小随温度和湿度的不同而变化，而与被测信号的大小无关， 其方向是随机的。 这个电流将会通过信号源内阻建立一个附加的电压，而形 成误差电压，所以输入电流愈小愈好。
数据处理功能：
6．统计
利用此项功能， 直接显示多次测量值的统计运算结果， 常 见的统计有：平均值、方差值、标准差值、均方值等。
自动测量等功能
智能DVM一般都具有自动量程转换、自动零点调整、自动 校准、自动诊断等功能，并配有标准接口。这些功能在第4章和 第5章中已做过讨论。
二、 智能DVM的功能及主要技术指标 普通DVM的各项技术指标
输入电流补偿电路的作用是减小输入电流的影响。 自动补偿时，在输入端接入一个10MΩ电阻，这样，输入电流 + I b在该电阻 上产生的压降经A/D转换后存入到非易失性存储器内，作为输入电流的校正量。 正常测量时，微处理器根据校正量送出适当的数字到D/A转换器并经输入电流补 偿电路产生一个与原来输入电流 + I b 大小相等方向相反的电流 - I b ，使两者在 放大器的输入端相互抵消。
一、 组成
概述
智能DVM的测量过程大致分为三个主要阶段： １、在微处理器的控制下，被测电压通过输入电路、 A/D转换器的处理转变为相应的数字量，然后存入到数据存 储器中；
２、微处理器对采集的测量数据进行必要的处理，例如 计算平均值、减去零点漂移等；
３、显示处理结果。
上述整个工作过程都是在存放在ROM中监控程序的控 制下进行的。
第6章 电压测量为主的智能仪器
• 电压测量是电子测量中最基本的测量内容，这是
因为其他电量和非电量的测量大多数是先转化为 直流电压，尔后再进行测量，所以电压测量具有
非常广泛的意义。
• 6.1 智能DVM原理
• 6.2 智能DMM原理
• 6.3 智能RLC测量仪原理
6.1.1
一、 组成
概述
6.1.1
在程序运行过程中一般只显示现行测量值， 在设定的一组 测量进行完毕之后， 再显示这组数据中的最大值和最小值。
数据处理功能：
5． 比例指测量值与另一个测量值或参考值之间的关系，有 三种表达形式。 R＝x／ r R＝20 log（x／ r） R＝x2 ／r 式中 : r 第一种表达形式为简单比例； 第二种为对数比关系，单位为dB，这是电学、声学常用 的单位； 第三种是将测量值平方后除以r， 其用途之一就是用瓦或 毫瓦为单位直接显示负载电阻r
图中， M32是高阻抗电压跟随器，它接在输入放大器的反相输入端，因此 M32能精确地跟踪输入信号变化。M32输出接另两个放大器的输入端，从而达到 随输入信号变化而控制自举电源输出端，产生一个浮动的±12V电源。 这样，输入放大器工作点基本上不随输入信号的变化而变化， 这对提高放 大器的稳定性及抗共模干扰能力等性能是很有益处的。
(1)
为扩大测量范围， 智能DVM借助于分压器和输入放大器分 为若干个量程， 其中既不放大也不衰减的量程称为基本量程。 (2)
智能DVM的位数是以完整的显示位（能够显示0～9十个数 码的显示位）来定义的。例如最大显示数为9999，19999， 11999的DVM称四位表。为区别起见，常常也把最大显示数为 19999，11999的DVM称为4 位半数字电压表。
数据处理功能：
1． 标度ห้องสมุดไป่ตู้换(AX+B) R＝Ax+B 式中 ： R—— x—— A，B——
利用这一功能，可将传感器输出的测量值， 直接用实际的
2． 相对误差(Δ％) xn R 100% n 式中： n 为由面板键盘输入的标称值。
利用这一功能，可把测量结果与标称值的差值以百分率偏差
数据处理功能：
分辨率即能显示输入电压最小增量的能力，通常以使显示 器末位跳一个字所需输入的最小电压值来表示。 分辨率与量程及位数有关，量程愈小位数愈多，分辨率就 愈高。DVM 通常以仪器最小量程的分辨率来代表仪器的分辨率， 例如最小量程为1V的4 位DVM的分辨率为 100μV (5) 输入阻抗 Zi
输入阻抗Zi 是指从DVM两个输入端子看进去的等效电阻。
位数是表征DVM性能的一个最基本的参量。通常将高于五 位数字的DVM称为高精度DVM。
普通DVM的各项技术指标
(3) Δ＝±a％UX±b％Um 式中： a——
b——
UX —— Um ——测量电压的满度值。 DVM的测量准确度与量程有关， 其中基本量程的测量准 确度最高。
普通DVM的各项技术指标
(4) 分辨率
1071 型DVM输入电路主要由输入衰减器、输入放大器、有源滤波器、 输入电流补偿电路及自举电路等部分组成。 有源滤波器是否接入由微处理器通过I/O接口电路实施控制，该滤波器对 50Hz 的干扰有54dB的衰减。
输入放大器由直流自举电路供电，以使放大器的地线电压和电源电压跟 随输入信号而变化，即所谓“浮动”的电源。
(7)
测量速率
以每秒的测量次数来表示，
6.1.2
输入电路
输入电路主要由输入衰减器、输入放大器、有源滤波器、 输入电流补偿电路等部分组成。输入电路的主要作用是提高输 入阻抗和实现量程转换。 常常将DVM的输入电路和A/D转换器两部分电路合称为模 拟部分。DVM的许多技术指标都是由模拟部分来决定的。无论 一台智能DVM的功能有多么强大，其基本测量水平主要由模拟 部分来决定。 下面以DATRON公司1071型智能DVM输入电路为例对输入 电路的组成原理进行讨论。1071 型DVM输入电路主要由输入衰 减器、输入放大器、有源滤波器、输入电流补偿电路及自举电 路等部分组成。