第8章智能仪器相关设计实例相关设计实例
智能仪器中无线通讯单元的设计
毕业设计（论文）
智能仪器中无线通信单元的设计
学院（系） Biblioteka 专业班级： 学生姓名： 指导老师：
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目录
摘要....................................................................................................................................................................... I abstract ................................................................................................................................................................. II 1 绪论...................................................................................................................................................................1 1.1 设计背景........................................................................................................................................................1 1.2
电子秤的设计
简单，成本随着自动化测量技术的不断发展，传统的称重系统在功能、精度、智能化、性价比等方面越来越难以满足人们的需要，尤其对一些微小质量的测量更显得力不从心。为了实现高智能化的微小质量测量，以及商业流通领域中经常进行各种精度范围的重量测量，传统的秤砣加秤盘模式已经很难适应现代商业零售的需要。同时商品种类的繁多和对服务更高的要求也促使电子秤的功能进一步扩展，而成为集度量、结算于一体的商业销售终端。
当商品放到秤盘上时，秤盘下的重量变化产生一电信号，信号的强弱随商品重量的大小而变，该电信号经放大电路放大后，送入A/D转换芯片进行模数转换，转换后的数字量与物重成正比，再进入AT89S52单片机经过数据处理，AT89S52单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出实际重量。另一方面，商品单价通过键盘扫描电路送入AT89S52单片机，经过数据处理，送至显示电路显示出商品单价。物重与单价经过运算产生总价，也在显示电路上同时显示出来。
方案二在前一种方案的基础上进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外界对单片机内部的数据设定，使电子称实现称重计价的功能。
结构简图如下：
图2-2带有键盘输入的结构简图
此方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能，在显示时只能显示单价、购物总额等。在显示重量时，如果数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案需要较多的数码管接入电路中。这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多的I/O接口供数码管使用，比较麻烦。
Keywords
Intelligence electronic weighing;MCU;A/D converter;weighingsensor
绪论
随着科学技术和经济的发展，出售商品品种的增加，需要称量物品的设备也需要更新换代，人们对称重装置的要求也越，电子称重装置推广，从而进入到传感器，电子学和微处理机领域、使得称重装置变成为电子仪器。它的特点是：精确、智能、方便、明了、可靠，克服了传统的杆秤、盘秤不精确、速度慢、不能计价、易作弊等缺点，在商业领域应用越来越多。
19280智能仪器原理及应用
课程名称：智能仪器原理及应用课程代码： 09280第一部分课程性质与特点一、课程性质与特点1．课程性质《智能仪器》是高等教育自学考试电子工程本科专业必修的专业基础课程之一。
智能仪器在通信、家电、自动控制、仪器仪表中得到了广泛的应用。
通过本课程的学习，使学生掌握利用微处理器系统使电子仪器实现智能化的具体方法，包括硬件和软件两个方面。
2．课程特点智能仪器课程侧重讨论智能仪器实际设计过程中所涉及的具体方法与技巧。
旨在使学生运用所学的微型计算机和电子技术等方面的基础知识，解决现代电子仪器开发过程中的实际问题，逐步具备能够设计以微型计算机为核心的电子系统的能力。
本课程中既有硬件的原理和组成，又有针对硬件的软件编程，软件与硬件必须同时兼顾。
因此本课程具有实用性强、理论和实践结合、软硬件结合等特点二、课程目标与基本要求1．课程目标使学生运用所学的微型计算机和电子技术等方面的基础知识，解决现代电子仪器开发过程中的实际问题，逐步具备能够设计以微型计算机为核心的电子系统的能力。
2．基本要求掌握智能仪器的结构、设计要点，模拟量输入输出通道，人机接口，通信接口，以及典型处理功能，掌握电压测量为主的智能仪器、智能电子计数器和数字存储示波器的工作原理和结构组成，还要掌握个人仪器和虚拟仪器的基本概念、组成原理和设计方法，了解VXI和LabVIEW仪器系统的组成原理。
三、与本专业其他课程的联系1．学习本课程主要涉及模拟电子技术、数字电子技术以及微机原理课程中有关接口和汇编程序、微机控制方法等方面的有关知识。
因此，应当尽可能地在先修《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《微机原理》和《微机接口技术》，《单片机原理与应用》等课程或者学过“电路基础”、“数字电路”、“单片机原理与应用”等课程的基础上进行自学.2．本课程将为有关智能仪器系统设计方面的课题打下必要的基础。
第二部分考核内容与考核目标第一章导论一、学习目的与要求通过本章学习，学生应重点掌握智能仪器的组成及特点、智能仪器及测试系统的发展以及智能仪器设计的要点。
精品文档-智能化仪器原理及应用(第二版)(曹建平)-第1章
第1章 导 论
以上只是智能仪器的基本组成和简单工作过程， 至于 智能仪器各组成部分的软、 硬件结构及仪器的典型处理功 能， 将在以后的各章节中详细阐述。
第1章 导 论
1.1.3 单片机的出现与应用， 对科学技术的各个领域都产生
第1章 导 论
1.1.1 智能仪器的发展概况 智能仪器是一类新型的、 内部装有微处理器或单片机
的微机化电子仪器， 它是由传统的电子仪器发展而来的， 但在结构和内涵上已经发生了本质的变化。
回顾电子仪器的发展历程， 我们可以发现， 从仪器 使用的器件来看它大致经历了三个阶段， 即真空管时代、 晶体管时代和集成电路时代。 若从仪器的工作原理来看， 它又可以分为以下几个阶段：
第1章 导 论
第一代——模拟式电子仪器（又称指针式仪器）。 这 一代仪器应用和处理的信号均为模拟量。 如指针式电压表、 电流表、 功率表及一些通用的测试仪器， 均为典型的模 拟式仪器。 这一代仪器的特点是： 体积大、 功能简单、 精度低、 响应速度慢。
第1章 导 论
第二代——数字式电子仪器， 如数字电压表、 数字 式测温仪、 数字频率计等。 它们的基本工作原理是将待 测的模拟信号转换成数字信号并进行测量， 测量结果以数 字形式输出显示。 数字式电子仪器与第一代模拟式电子仪 器相比， 具有精度高， 速度快， 读数清晰、 直观的特 点。 其结果既能以数字形式输出显示， 还可以通过打印 机打印输出。 此外， 由于数字信号便于远距离传输， 因 此数字式电子仪器适用于的智能仪器主要是采用单片机作为核心 控制部件的智能化电子仪器。 单片机被引入传统的电子仪 器以后， 大大加快了仪器仪表智能化的进程。 此外， 与 多芯片组成的微型计算机相比， 单片机具有体积更小、 功耗更低、 功能更强大、 价格也较便宜的优点。 用单片 机开发的各类智能化产品， 其开发周期短、 成本低， 在 仪器仪表微机化设计中， 有着一般微型计算机无法比拟的 优势。 本书重点介绍由当前流行的高档8位单片机MCS-51 组成的智能仪器的组成原理、 智能化处理功能、 故障诊 断与抗干扰技术、 典型电路及其应用等。
智能仪表设计
内蒙古科技大学智能仪表综合训练设计说明书题目：带有实时曲线的温湿度监测系统学生姓名：xx学号：xx专业：测控技术与仪器班级：xx指导教师：xx由于生产及生活的需要，经常需要对环境中的温湿度进行监测及显示。
液晶是现代电子产品中使用越来越多的一种显示器件，液晶不但用来显示各种文字,还可以动态的显示各种图案及画面。
本设计是一个基于单片机STC89C52的温湿度检测及显示装置。
该装置由温湿度检测模块、液晶显示模块、键盘输入模块及声光报警模块四部分组成，本设计检测模块采用技术成熟的DHT11作为测量温湿度的传感器；控制系统芯片采用功能强大、价位低廉的AT89C52单片机；显示系统采用大屏幕的QC12864B液晶显示屏。
整个电路采用模块化设计，由主程序、DHT11温湿度转换的驱动程序、显示子程序等模块组成。
DHT11温湿度传感器数字信号经单片机综合分析处理，实现温湿度显示以及曲线绘图各种功能。
由本设计课题做成的温湿度检测系统结构简单、价格便宜、量程宽，具有较高的可靠性、安全性及实用性。
关键字：温湿度；STC89C51单片机；12864；DHT11第一章绪论1.1 研究背景随着计算机技术的发展,基于微处理器的智能仪表已成为仪表的主体。
越来越多的智能仪表采用图形点阵液晶模块,液晶显示模块提供了丰富灵活的显示内容 ,更符合人性化的特点。
智能仪表的功能是否强大、用户操作性是否方便 ,都必须通过界面友好的外观和可操作性来体现。
可见,人机界面是智能仪表开发中的主要环节,在开发的工作量中占了很大的比例。
目前已有很多文献对液晶显示技术、图形用户界面设计作了研究。
1.2 液晶概述某些固体物质在一定条件下会呈现液态晶体状态,这种状态既不同于各向同性的液体,也不同于在三维空间分子完全规则排列的固体晶体,但又具有液体的流动性、连续性和分子排列的有序性。
这种处于液体和晶体之间过渡相态的物质称为液晶。
液晶分为热致液晶和溶致液晶。
前者是物质在某一温度范围内呈现液晶状态,后者是物质溶于水或有机溶剂而形成的。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基本系统设计原理与要求
第2章 智能仪器基本系统的设计
EPROM
EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程 ROM）芯片可重复擦除和写入，解决了PROM芯片只能 写入一次的弊端。EPROM芯片有一个很明显的特征，在 其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口， 可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯 片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到 EPROM擦除器。EPROM内资料的写入要用专用的编程 器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压 （VPP=12—24V，随不同的芯片型号而定）。
自动测试技术自动测试技术智 智能仪器基本系统的设计
EEPROM
EEPROM（电可擦写可编程只读存储器）是可用户更 改的只读存储器（ROM），其可通过高于普通电压的 作用来擦除和重编程（重写）。不像EPROM芯片， EEPROM不需从计算机中取出即可修改。在一个 EEPROM中，当计算机在使用的时候是可频繁地重编 程的。EEPROM的一种特殊形式是闪存，其应用通常 是个人电脑中的电压来擦写和重编程。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基 本系统的设计原理和要求
第2章 智能仪器基本系统的设计 EPROM的型号是以27开头的，包括低功耗的 COMS 器件 27Cxxx，如：27C32、27C64、27C128、27C512 。 如27C020(8*256K)是一片2M Bits容量的EPROM芯片。 EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布 把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。 EPROM芯片在空白状态时（用紫外光线擦除后），内部 的每一个存储单元的数据都为1（高电平）。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基 本系统的设计原理和要求
《智能仪器设计》课堂及实践教学探讨
部分 ， 除介绍常规 的Ｒ ２２４ ２ ８ 、Ｐ Ｉ 通信 接 口外 ， Ｓ ３／２／ ５ Ｇ —Ｂ ４ 还介绍 Ｕ Ｂ Ｓ 通用 串行 总线 、 以太 网接 口技术 、 现场总线 （ Ａ 、 Ａ Ｔ Ｐｏ — ｕ等 ）蓝牙接 口技术等 内容 ， 用 Ｃ Ｎ Ｈ Ｒ 、ｒｆ ｂ ｓ 、 ｉ 利
得了较好的效果 。 课堂教学 内容体 系及教学方法改革 课堂教学 内容 与先修课程微 机原理 、单 片机与嵌
一
、
入式 系统相衔 接 ， 主要讲 授 ： 据采集 技术 、 数 模拟 量与 控制信 号输 出技术 、 机接 口技 术 、 信接 口技术 、 人 通 数 字滤波方法 、误差 校正和量程 自动切换等数 据处理算 法、 智能仪器 的软件结构及 程序设计 方法 、 仪器 自检与 抗 干扰技术及其他 常用 的提高仪器仪 表可靠性 的硬软 件设计方法等 。 １ ． 以应用 为主线 结合大作业组 织教学内容。 学过 教 程 中， 为强调仪器 仪表的整体概念 ， 以大作业形 式给 出 若 干仪表设计 的实 际案例 ， 结合课 堂教学 的不 同阶段 。 分模块设 计完成 。大作业包 括 ： 自动供 水系统设计 、 多
新技术及其发展动 向。包括现代 传感技术 、 新型元器件 及智能芯 片 、 可编程器件 、 网络及通信技术等 。如通信
实的基础 。为不 断提高课程 的教学质量 ， 我们在教学研 究与实践 中 ， 断总结经验 ， 不 在课 堂教学 、 验 、 实 课程设 计及 成绩考 核等具 体环节 中采 取 了一些有 效措施 ， 取
一
２ 化 仪器仪 表智 能化及相关新技术的教学 内容 。 强 课 堂教 学 中， 除介绍智 能仪器可 以 自动选择量 程 、 自动 存储测 量结果 、 显示， 印 、 打 自校准 、 自诊断等初级智 能 外 ，加强 了具有 更高层 次智 能水平仪 器方 面的知识 ， 如： 分析 、 判断 、 推理 、 习等在智能仪器 中的实现 。同 学 时， 将模 糊数学 、 经 网络 、 神 专家 系统等方 面 的知识 引 入到智能仪器设计 。结合火电厂的一些控制设备 ， 介绍 智能控制方 面知识的应用 ， ： 如 模糊控制 、 专家控制 、 自 适应控 制等。智能仪器 的发展与现代科学技 术密切相 关 ，因此教学 中也应关 注与仪 器仪表有关 的新理论 和
智能仪器仪表课程设计
智能仪器仪表课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解智能仪器仪表的基本原理，掌握其功能、分类及在工程领域的应用。
2. 学会分析智能仪器仪表的电路结构，了解其主要部件的工作原理及相互关系。
3. 掌握智能仪器仪表使用及维护的基本方法，具备解决实际问题的能力。
技能目标：1. 能够运用所学知识，对智能仪器仪表进行简单的操作与调试。
2. 能够分析并解决智能仪器仪表使用过程中出现的常见故障。
3. 培养学生的动手实践能力，提高团队协作和沟通能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对智能仪器仪表的兴趣，激发他们探索科学技术的热情。
2. 增强学生的责任感，使其认识到智能仪器仪表在工程领域的重要作用。
3. 培养学生严谨、务实的科学态度，提高他们的创新意识和创新能力。
本课程针对高年级学生，结合学科特点和教学要求，旨在使学生掌握智能仪器仪表的基本知识，提高实践操作能力，培养他们的创新精神和团队协作能力。
课程目标具体、可衡量，便于教师进行教学设计和评估。
通过本课程的学习，学生将能够更好地适应未来工程领域的发展需求。
二、教学内容1. 智能仪器仪表概述- 了解智能仪器仪表的发展历程、功能特点及分类。
- 掌握智能仪器仪表在工程领域的应用。
2. 智能仪器仪表的原理与结构- 学习传感器、执行器、微处理器等主要部件的工作原理。
- 分析典型智能仪器仪表的电路结构及其相互关系。
3. 智能仪器仪表的使用与维护- 掌握智能仪器仪表的安装、调试、操作方法。
- 学会智能仪器仪表的日常维护及故障排除。
4. 智能仪器仪表实践操作- 设计并实施简单的智能仪器仪表操作实验。
- 分析实验结果，解决实际问题。
5. 智能仪器仪表案例分析- 研究典型智能仪器仪表在实际工程中的应用案例。
- 分析案例中智能仪器仪表的作用和价值。
教学内容依据课程目标进行选择和组织，确保科学性和系统性。
教学大纲明确教学内容安排和进度，与教材章节相对应。
通过本章节的学习，学生将全面了解智能仪器仪表的相关知识，为实际应用打下坚实基础。
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5．TMS320系列DSP中，有哪些芯片适合智能仪器，
概括其主要性能特点。 6．简述《仪器设计任务书》的主要内容、主要作用 和编写注意事项。 7．智能仪器设计时如何考虑硬件和软件之间的关系。 8．简述微处理器内嵌式智能仪器硬件设计时应注意 哪几方面的问题。 9．简述智能仪器软件调试、综合调试、整机性能测 试的一般方法。 10．画出相关处理的快速算法流程。概述相关检测 的主要应用。 11．自选仪器设计题目，能较充分体现你的设计能 力、综合所学知识、展示创新性构想，提出设计方
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
思考题与习题
1．简述智能仪器设计的基本要求。 2．智能仪器设计时一般应遵循的基本 原则。怎样理解“组合化与开放式设 计思想”。 3． 智能仪器中微机系统有哪几种构 成方式，分别适用于哪些场合？ 4． 总结目前市场流行的单片机型号、 特点。
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
设固体标本的质量为M、体积为V，测量密
度为σ，有：σ=M/V V M0 P1 P2
固体标本在空气中的重量为：P1=Mg 0 0•g
在水中的重量为：P2=（M--M0）g，
则浸没在水中前后的重量差为：P1--P2M=M0g，
V
其中g表示重力加速度，M0表示与固体标本同 体积的水的质量。根据阿基米德浮力定律，
计实例
二、硬件电路设计
密度仪组成框图
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
1、传感器设计
应变片压阻电桥
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
固体密度测量系统中传感器由四片性能完全相同的压阻式应变 片组成，通过压阻效应实现重力到电阻的转换，再由电桥将 电应变阻片的R变2、化R转4是换受为拉电电压阻。。其中，应变片R1、R3是受压电阻，
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
四、测试结果
1．主要技术指标 • 测量密度范围：1—7.5g/cm3； • 均方误差<0.01； • 测量体积范围：（50—300）cm3； • 体积分辨率：0.1cm3； • 测量重量范围：<500g。
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
测试数据（g/cm3）
(4).通信模块
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
4．软件设计
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
数 据 处 理 软 件 流 程
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
B通道的信号波形
A通道的信号波形
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
B通道信号滤波前的功率谱
B通道信号滤波后的功率谱
2．信号放大电路
由于传感器输出信号较弱，为了进行有效放 大，提高抗干扰能力，信号放大电路中采用 了仪用放大器AD620。
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
3．数字信号处理电路
数字信号处理电路由AT89C51单片机及外围电 路组成
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
三、软件设计
软件主要包括上 电自检、逻辑判 断初始化、数据 存储、测试计算、 出错处理五大模 块。
f 1.84V f1.8 4150H0z30H 00 z
2a 23.1 40.15
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
漏水声音信号与传感器
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
3.相关测漏仪硬件设计
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
（1）.24位A/D CS5360与DSP的接口
第八章 智能仪器设计实例
第一节 智能仪器的设计原则及研制 第二节 固体密度测试仪的研制 第三节 基于DSP处理器的地下管道
漏水检测仪设计
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
实例1： 固体密度测试仪的研制
三种固体密度测试法 :有天平法、机械 法、电子自动法。
➢测量原理 ➢硬件电路设计 ➢软件设计 ➢测试结果分析
模数转换输出时序图
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
模数转换器与DSP连接原理图
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
(2).程序存储空间
DSP与FLASH的连接框图 第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
(3).数据空间的扩展
DSP与SRAM的连接图 第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
不规则固体的体积为：
V
M0
P1 P2
0 0 •g
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
则不规则固体的密度为：
P/g 1
P 1
(PP)/( •g) 0 PP
1
2
0
1
2
式 中 σ0 为 水 的 密 度 ， 因 为 σ0=1g/cm3 ， 于 是 所测固体的密度为：
P1
P1 P2
可见，只要分别求出不规则固体在空气中的重 量P1和该固体在水中的重量P2，根据上式即可得 到被测固体的密度值。 第8章智能仪器相关设计实例相关设
• 2.689 • 2.690 • 2.689 • 2.689 • 2.691 • 2.678 • 2.688 • 2.686 • 2.687 • 2.688
平均值（g/cm3） 2.687
均方差（g/cm3） 0.0035
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
实例2：基于DSP的地下管道漏 水检测仪设计
相关检测漏水原理 第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
一、TMS320VC5402性能特点及 应用开发
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
二、地下管道漏水检测仪设计
1.设计原理
L O A( t V 0L A)B /2
L O B(L AB t V 0)2
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例
第8章智能仪器相关设计实 电子自动法是一种基于阿基米德浮力定 律实现对固体的密度测试的方法。
• 物理学中密度的定义为物体单位体积的 质量数。
• 在测量密度时，首先测量固体标本在空 气中的重量，再将固体标本浸没在装有 水的容器中，测量固体受水浮力后的重 量，根据阿基米德浮力定律可求出固体 的体积，计算密度值。
若 R1 =R3 =R2 =R4=R；ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR 则 U01 = EΔR/R = KP 式中：K—重力到电压的转换系数； P—电阻传感器所受到的重力； U01—传感器桥路输出电压； E—电桥电源电压。 对应0-450克的重量范围， 本传感器的输出电压0-10mv。
第8章智能仪器相关设计实例相关设 计实例