智能仪表的构成要素
智能仪表简介
3、集成化。专用集成芯片技术将被普遍应用于智能仪器与自动控制系统中，以硅微细加工为主的微机电系统MEMS技术的发展，有可能实现将仪器、仪表的传感器及其处理、控制和后续电路等都集成与芯片上。
3、智能仪器运用微处理器的控制功能，可以方便地实现量程自动转换、自动调零、触发电平自动调整、自动校准、自诊断等功能，有力地改善了仪器的自动化测量水平。例如：智能型的数字示波器有一个自动分度键(Autoset)，测量时只要一按这个键， 仪器就能根据被测信号的频率及幅度，自动设置好最合理的垂直灵敏度、时基以及最佳的触发电平，使信号的波形稳定地显示在屏幕上。再如：智能仪器一般都具有自诊断功能，当仪器发生故障时，可以自动检测出故障的部位并能协助诊断故障的原因，甚至有些智能仪器还具有自动切换备件进行自维修功能，极大地方便了仪器的维护。
四、
近年来，智能仪器的发展十分迅速，尤其是现代光学、电子学、生物学、物理学、微机械等领域的一些最新研究成果，已经迅速地应用于仪器、仪表中，使现代测控技术与智能仪器的发展出现了一些新的特点，主要包括：
1、高速度。一方面，仪器总线和通信总线的传输速率在不断提高，作为自动测控系统控制器的现代PC机的主频已达到数吉赫兹，在未来可能以太网被用于控制器与外围设备的连接，视屏采集和传输也更加普及。另一方面，虚拟仪器技术的发展极大地加速了智能仪器与自动测试的产品化进程，一种新的检测方法从被人们认识到形成实用仪器化产品的过程越来越短。
三、
传感器拾取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经A／D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理（如非线性校正等）；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片内闪速存储器或电可擦除存贮器内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号（如报警装置触发、继电器触点等）。此外，智能仪器还可以与PC机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据，通过串行通信将信息传输给上位机——PC机，由PC机进行全局管理。
第六章 智能仪表
二、实现复杂的控制功能
仪表实现智能化 后，一些常规仪表不 能实现的功能，在智 能仪表中就很容易实 现。 例如，某些材料 的热处理工艺较为复 杂，具有多段等温加 热曲线和冷却曲线，
温度
时间
图6－3 热处理工艺曲线示意图
热处理工艺曲线中，有三 个加热等温点和二个冷却等温 点，从一个等温点到另一个等 温点之间有不同的升温或降温 速率。 智能温控仪表完全可以拟 合热处理工艺曲线进行控制， 即可控制等温温度，又可控制 加热或冷却速率，并且可以存 储工艺曲线，以备下次使用。 功能较强的温度测控智能 仪表，可以存储十多条工艺曲 线，每个工艺曲线中可设10个 等温温度点，基本可以满足目 前复杂热处理工艺要求。
③结构化程序设计方法 给程序设计施加一定的约束，它限定必须采用规定的基 本结构及操作顺序，任何程序有层次分明、易于调试的若干个 基本结构组成，这些基本结构的共同特点是在结构上信息流只 有一个入口和一个出口。结构的形式有顺序结构、条件结构和 循环结构。
结
束
二、智能仪表的功能
（一）输入通道接口自诊断功能 自诊断是智能仪表自动开始或人为触发开始执行的自我 检验过程，其目的是检查仪表各部分是否正常。常见的自检 有三种类型：开机自检、周期性自检和键盘自检。 ⒈开机自检 开机自检是仪表接通电源或复位后，仪表进行一次自 检。自检的项目一般有： ① 对面板显示装置的检测， ② 对插件牢靠性检测， ③ 数据存储器（RAM）和程序存储器（ROM）的检测 ④ 功能键是否有效的检测。 开机后，一旦仪表出现故障或某部分状态出现错误，仪 表将发出警示，也可在显示装置上显示错误代码。
③ 第三代仪表是智能化仪表 所谓智能仪表实质上是以微型计算机（简称微机） 为控制中枢，其功能由软件、硬件相结合来完成的一代 新型仪表。因此也称为微机化仪表。这类仪表不但能够 解决传统仪表不能解决或不易解决的问题，而且能实现 记忆存储、四则运算、逻辑判断、命令识别、自诊断以 及人工智能的工作，有的还能够进行自校正、自适应、 自学习等控制功能。 随着科学技术和计算机理论与技术的迅速发展， 不但用于温度检测，而且用于压力、位移、应力和应变 以及热加工过程中许多物理量的检测与控制。
仪器仪表有关知识
1.仪器通常是指用于记录、测量。
显示或控制的独立装置（设备）。
2.单机型智能仪器由检测元件（传感器）、信号输入接口电路、微机系统、人机界面接口、信号输出接口电路5个模块组成。
3.智能仪器从结构上分（1）单机型智能仪器，（2）个人计算及仪器，（3）智能仪器测控系统。
4.智能仪器的特点：（1）微处理器的引入使许多原来用硬件电路难以解决或根本无法解决的问题，由于利用软件而获得较好地解决，（2）智能仪器可以通过数据处理进行自动校正非线性补偿、数字滤波等，修正和克服由各种传感器、变换器、放大器等引进的误差和干扰，从而提高仪器的精度和其他性能（3）智能仪器一般都具有很高的自动化水平（4）微机系统都具有通信的功能（5）智能仪器采用微处理器，从而可以用软件代替许多硬件电路的工作。
（6）智能仪器通常都具有自测试和自诊断的功能。
5.发展的特点：高速度、智能化、集成化、微型化6.智能仪器中单片机往往对仪器的智能化程度起着决定性作用7.MCS-51系列基本型单片机的内部数据存储器共有256个字节单元，地址为00H-FFH8.MCS-51指令按功能可以分为数据传送指令、算术运算指令、逻辑操作指令、控制转移指令、位操作指令五大类9.MCS-51指令系统的寻址方式有立即寻址、间接寻址、寄存器寻址、直接寻址、变址寻址10.MCS-51系列单片机内集成部件：片内数据存储器、定时器/计数器、中断控制系统11.开关量预处理电路的基本功能是接收外部装置或过程的状态信号，通过电路把它装换为电平信号1和012.脉冲信号的主要测量方法有测频法和测周法两种，其中测频法适合测量高频信号，测周法适用于测量信号频率较低的信号13.模拟信号数据采集过程主要环节：放大电路、滤波电路、A/D转换电路14.电压型仪表的输出电阻越小越好，电流型仪表的输出电阻越大越好，15.变压器隔离式的运算放大器的组成部分：输入级输出级电源16.测频法原理：在与门的两个输入端分别输入待测信号一级持续时间为t0的高电平信号。
智能仪表设计
第一章 智能仪表原理与设计基础Microprocessor-Based InstrumentsSmart InstrumentsIntelligent Instruments1．1 智能仪表与常规仪表对比一、 常规仪表传感器：被测量Æ相应电信号（物理、化学方法）信号变换及运算：放大、滤波、线性化、归一化、远传、各种运算（信号处理、控制算法）显示器：显示被测量数值•模拟指示式（如指针位置）：简单、直观、精度差•数码显示式：精度高、不直观执行器：将控制信号转换为控制动作二、智能仪表•以 MPU实现信号变换及运算；•以 MPU 为主体，以软件代替硬件，优化功能，提高性能及灵活性，改善人机界面；•引入一定的人工智能：如专家系统、神经网络等。
•仪表网络化智能仪表可实现的功能：1．自动调整与自校准：如自调零、自校正、自动变量程、补偿漂移、测量结果校正（如流量的温、压校正）、自检、自诊断等。
2．测量数据处理：如线性化、数字滤波、误差修正、曲线拟合、变换（如FFT，小波变换）、相关分析与统计处理、预测（如化工产品质量）、参数估计、模式识别（如成分分析）、故障诊断（如旋转机械）等。
3．改善人-机界面：如CRT显示：可模拟式、数字式、图形式，可显示多个参数、工艺流程图、历史数据、曲线、直方图、Pie Chart、立体图、动画等。
4．改善控制质量：控制功能为软件模块、软接线组态。
有多种PID、+、-、*、/、√、….可实现参数自整定、自适应控制、模糊控制、多变量控制、神经网络控制等。
5．测量过程的软件控制：功能控制、测量流程控制、人机对话、自动检测等。
6．提高灵活性与可靠性：以软代硬、容错技术、自诊断、软硬件冗余等。
7．通信与网络化：现场总线，ASI总线，I2C，单总线，传感器网络等。
8．虚拟仪器：用计算机＋接口＋软件实现仪表功能。
1．2 智能仪表设计过程一、功能需求分析1．功能要求测量功能：被测量、传感器情况，输出要求（显示、打印、传输等）；控制功能：控制对象，对象模型，控制种类（随动控制，恒值控制，变化曲线控制等）；管理功能：操作要求，数据库要求，报表与决策，统计分析等功能。
智能仪表制作总结
第一篇、《智能仪器原理与设计》重点总结智能仪表制作总结智能仪器1概念是计算机技术与测量仪器相结合的产物，实际上是一个专用计算机系统，它由硬件和软件两大部分组成。
2组成硬件主机电路、信号输入输出通道、人机接口电路、通信接口电路；软件监控程序、接口管理程序。
3特点功能强、性能优越、操作自动化、友好的人机对话能力、可程控操作能力数据采集系统概念就是将被测对象的各种参量通过各种传感器变换后，再经信号调理、采样、保持、量化、编码、传输等步骤送到微机进行数据处理或存储记录的过程。
用于数据采集的成套设备成为数据采集系统。
2组成一般由传感器、多路模拟开关、测量放大器、采样/保持电路、A/D转换器、微机等构成。
使用注意怎样采集被测对象的各种参量通过各种传感器变换后，进入信号调理电路，通过多路模拟开关后经测量放大器放大后，进入采样保持电路、A/D转换器进入接口电路，最后被传输到微机的PC总线。
测量放大器1使用原因智能仪器对物理量进行测量时，首先需要将物理量经过传感器转换为电信号，一般传感器输出信号很微弱，不能直接进行A/D转换，需经放大器放大到A/D转换器要求的幅度。
2特点具有高共模抑制比、高稳定增益、高输入阻抗、低输出阻抗、低失调电压等优点，因此，非常适合于对微弱信号的放大，以及有较大共模干扰的场合。
注意问题1要注意为偏置电流提供回路2信号源通过电缆与测量放大器发生连接3在远距离传输时敏感端接负载，参考端接电压跟随器的输出（电压跟随器输入接参考电压）发现噪声怎么办在采样量化后接一个低通滤波器即可滤除基带外的高频化噪声LCD的两种驱动方式原理1静态驱动法是指在每个像素的前后电极上施加交变电压时呈显示状态，不施加交变电压时则呈非显示状态的一种驱动方法。
静态驱动法中，每个像素的像素电极均需引出，故它适应于像素较少的场合。
2动态驱动法也称时间分割驱动法或多路驱动法。
为了适应多像素显示，将显示器件的电极制作成矩阵结构，把水平一组像素的背电极连在一起引出，称之为行电极，把纵向一组像素的像素电极连在一起引出，称之为列电极，每个显示像素都由其所在的行与列的位置唯一确定。
智能仪表简介
5、多功能化。多功能本身就是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上(如准确度)比专用脉冲发生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的解决方案。
接口管理程序是面向通信接口的管理程序，其内容是接收并分析来自通信接口总线的远控命令，包括描述有关功能、操作方式与工作参数的代码；进行有关的数据采集与数据处理；通过通信接口送出仪器的测量结果、数据处理的结果及仪器的现行工作状态信息。
二、
1、智能仪器使用键盘代替传统仪器中的旋转式或琴键式切换开关来实施对仪器的控制，从而使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排不再相互限制和牵连。有利于提高仪器技术指标，并方便了仪器的操作。例如，传统仪器中与衰减器相连的旋转式开关必须安装在衰减器正前方的面板上，这样，可能由于面板的布置受仪器内部结构的限制，不能充分考虑用户使用的方便性；也可能由于衰减器的安装位置必须服从面板布局的需要，而给内部电气连接带来许多的不便。
4、智能仪器具有友好的人机对话的能力，使用人员只需通过键盘打入命令， 仪器就能实现某种测量和处理功能，与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉使用人员，使人机之间的联系非常密切。
5、智能仪器一般都配有GPIB或RS232等通信接口，使智能仪器具有可程控操作的能力。 从而可以很方便地与计算机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务
智能仪表原理与应用技术
智能仪表原理与应用技术
智能仪表是指以一定的程序控制方式来实现检测和控制的仪表，是由传统仪表、计算机、微机、微处理器、计量传感器、自动调节元件和信息传递元件组成的系统，用于检测和控制各种物理量。
智能仪表可以实现自动测量、自动计算、自动调节等功能，可以对所测量的物理量进行实时的检测和分析，并可以根据测量结果进行自动调节，从而可以达到节能、节约、安全、高效等效果。
智能仪表可以实现在特定条件下自动调节，从而节省人力，提高系统调节效率。
智能仪表的应用技术可以说是智能化技术的重要组成部分，在自动化技术方面发挥着重要作用，可以实现自动测量、自动计算、自动调节等功能，能够对所测量的物理量进行实时的检测和分析，并可以根据测量结果进行自动调节，从而有效提高系统的效率。
智能仪表的应用技术还可以实现远程监控、远程控制和远程故障诊断等功能，可以实现对远程设备的远程控制和状态监测，使系统具有更高的可靠性和安全性，并且可以有效降低维护成本。
总之，智能仪表原理与应用技术是智能化技术的重要组成部分，可以实现自动测量、自动调节、远程监控等功能，从而提高系统的效率和可靠性，降低系统的维护成本，为工业自动化技术的发展和应
用提供了重要保障。
简述仪表的组成及作用
简述仪表的组成及作用
仪表通常由以下几个组成部分构成：
1. 指示器：用于显示测量结果或操作状态，例如数字显示屏、指针仪表等。
2. 传感器：用于感知被测量的物理量，并将其转换为电信号。
3. 信号处理器：接收传感器产生的电信号，并进行放大、滤波、线性化等处理，以便于后续的测量和显示。
4. 控制器：根据测量结果或设定的目标值，通过对控制设备的输出，控制被测量对象或其它设备的工作状态。
5. 电源：为仪表提供所需的电能。
6. 外壳和连接装置：保护仪表内部的元件，提供固定和连接的功能。
仪表的作用主要有以下几个方面：
1. 测量和监测：通过传感器测量和感知物理量，并将其显示出来，用于监测和控制被测量对象或系统。
2. 控制和调节：通过控制器对被测量对象或其它设备的输出进行调节和控制，以实现设定的目标。
3. 提示和警告：通过指示器显示测量结果或操作状态，向操作者提供信息，同时可以通过警报或报警器发出警告信号。
4. 数据采集和处理：仪表可以采集和记录测量数据，并提供数据处理和分析功能，用于监测和优化系统运行。
5. 保护和安全：通过实时监测和检测，确保设备和系统在正常范围内运行，避免因异常情况引发事故或损坏设备。
总而言之，仪表的组成和作用旨在提供对物理量的测量、监测、控制和保护，以确保设备和系统的安全与正常运行。
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智能仪表的构成要素
摘要：由于计算机、微电子和通信技术的发展，传统的仪器仪表已经被更加智能的仪表所慢慢取代。
单片机、dsp、嵌入式系统的广泛应用为智能仪表的设计提供了更多新的方案，智能仪表已经成为现代监测系统中重要的工具。
本文主要阐述了智能仪表的发展历史与现状，并对智能仪表的软硬件构成进行了简要分析。
关键词：智能仪表监测系统
1、智能仪器仪表的发展和现状
智能仪器是计算机技术和测控技术相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量仪器，由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能具有一定智能的作用，因此被称为智能仪器。
近年来，智能仪器已经开始从较为成熟的数据处理向知识处理方向发展。
智能仪器仪表在模糊判断、故障诊断、容错技术、传感器信息融合、数据挖掘、知识发现、人工智能、计算智能、机件寿命预测、灾害信息辨识等方面发挥着越来越重要的作用。
自从1971年第一种微处理器出现以来，仪器仪表大致经过了模拟化、数字化、智能化和虚拟化四个发展阶段。
模拟式仪器被称为第一代，大量指针式电压表、电流表、功率表以及一些通用的测试仪器均是典型的模拟式仪器，模拟式仪器功能简单、精度低、响应速度慢。
第二代是数字式仪器，它的基本特点是将待测的模拟信号转换
成数字信号进行测量，测量结果以数字形式输出显示并向外发送。
数字式万用表、数字式频率计等均是典型的数字式仪器，数字式仪器精度高、响应速度快，读书清晰、直观，测量结果可打印输出，也容易与计算机技术相结合，并且使用于遥测和遥控等远距离传输。
20世纪70年代后，随着微处理器的广泛应用，出现了完全突破传统概念的新一代仪器，即目前比较流行的智能仪器。
智能仪器仪表不仅能完成某些测量任务，还能进行各种复杂的数据运算处理，且能适应被测参数的变化，进行自动补偿，自动选择量程、自动校准、自寻故障、自动进行指标判断与分选以及进行逻辑操作、定量控制与程序控制等工作。
随着新型单片机和大规模可编程集成器件的出现，新研制生产的智能仪器仪表不断产生，并且正在逐渐取代传统的仪器仪表。
随着微电子技术与计算机技术的飞速发展，测试技术与计算机深层次的结合引起仪器仪表领域里的一场新的革命，一种全新的仪器结构概念导致第四代仪器仪表——虚拟仪器仪表和网络化仪器仪表的出现。
虚拟仪器就是以通用计算机为基础，加上特定的硬件接口设备和实现特定功能而编制的软件而形成的一种新型仪器。
ni 公司有一句著名口号:“软件就是仪器”。
由于虚拟仪器的开发环境和仪器驱动程序可以为用户提供自行开发工具，用户可以利用这些工具使仪器实现特定的功能。
当需要增加新的测量功能时，不用购
买一台新仪器，只需要编制一段新的程序即可。
2、智能仪表的硬件结构
硬件部分主要包括微机系统、输入通道、输出通道、人—机对话通道及通信接口等，基本结构如图1。
图1智能仪表基本结构
其中微机系统用来存储数据、程序，并进行一系列运算处理，它通常由微处理器、rom、ram、i/o接口和定时/计数电路等芯片组成，或者它本身就是一个单片机或嵌入式系统。
输入系统用来将对象的状态如开关量信号、频率量信号、模拟量信号传输到微机系统的通道，是微机系统与采集对象相连接的部分。
输出通道是将微机系统得到的开关量信号、频率量信号、模拟量信号向外界传输的通道，输出通道的电路随着输出控制的不同也有多种多样，例如d/a 转换电路、放大隔离电路等。
人—机对话通道的作用是沟通操作者与仪表之间的联系。
通信接口则是用来实现仪表与外界交换数据、进而实现网络化互联的需求。
3、智能仪表的软件结构
智能仪表的软件通常包括监控程序、中断处理程序以及实现各种算法的功能模块。
监控程序是仪表软件的中心环节，它接收和分析各种命令，管理和协调全部程序的执行；中断处理程序是在人机联系部件或其他外围设备提出中断申请，并为主机响应后直接转去执行的程序，以便及时完成实时处理任务；功能模块是用来实现仪
表的数据处理和控制功能，包括各种测量算法（例如数字滤波、标度变换、非线性校正等）和控制算法（pid控制、前馈控制、纯滞后控制、模糊控制等）。
4、总结
本文首先阐述智能仪表的发展历史与现状，在此基础上，分析了智能仪表的软硬件的构成要素。
参考文献：
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