智能仪表
什么是智能仪表
什么是智能仪表
什么是智能仪表
微电子技术和计算机技术的不断发展，引起了仪表结构的根本性变革，以微型计算机（单片机）为主体，将计算机技术和检测技术有机结合，组成新一代“智能化仪表”，在测量过程自动化、测量数据处理及功能多样化方面与传统仪
表的常规测量电路相比较，取得了巨大进展。
智能仪表不仅能解决传统仪表不易或不能解决的问题，还能简化仪表电路，提高仪表的可靠性，更容易实现高精度、高性能、多功能的目的。
随着科学技术的进一步发展，仪表的智能化程度将越来越高，例如深圳科立恒公司的智能仪表，不但能完成多种物理量的精确显示，同时可以带变送输出、继电器控制输出、通讯、数据保持等多种功能。
智能仪表和智能传感器一般是用在现场总线系统中，这种仪表和传感器内部嵌入的有通讯模块和控制模块，可以完成数据采集，数据处理和数据通讯功能, 说白了就是在普通的仪表和传感器上加了个单片机。
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仅供参阅！。
对智能仪表的认识
对智能仪表的认识1.智能仪表的概念：智能仪表是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。
2.智能仪表的分类：根据国际发展潮流和我国的现状，现代仪器仪表按其应用领域和自身技术特性大致划分为6个大类，即工业自动化仪表与控制系统、科学仪器、电子与电工测量、仪器、医疗仪器、各类专用仪器，传感器与仪器仪表元器件及材料。
3.智能仪表的用途：工业自动化仪表与控制系统，主要指工业，特别是流程产业生产过程中应用的各类检测仪表、执行机构与自动控制系统装置。
科学仪器主要指应用于科学研究、教学实验、计量测试、环境监测、质量和安全检查等各个方面的仪器仪表。
电子与电工测量仪器，主要指低频、高频、超高频、微波等各个频段测试计量专用和通用仪器仪表。
医疗仪器主要指用于生命科学研究和临床诊断治疗的仪器。
各类专用仪器指农业、气象、水文、地质、海洋、核工业、航空、航天等各个领域应用的专用仪器。
科学仪器可以细分为14个小类，即电子光学仪器，离子光学仪器，X射线仪器，光谱仪器，色谱仪器，波谱仪器，电化学仪器，生化分离分析仪器，气体分析仪器，显微镜和成像系统，化学反应及热分析仪器，声学振动仪器，力学性能测试仪器（材料试验机），光电测量仪器。
其中，发展最快，应用最广和市场容量最大的是各类光学仪器和分析仪器。
现代仪器仪表虽然作了大致分类，实际上存在着许多交叉，比如各类专用仪器中许多都是科学仪器。
4.智能仪表的原理：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FlashROM(闪速存储器)或E?2PROM(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)。
《智能仪器仪表》课件
空气质量监测
01
智能仪器仪表可以实时监测空气质量，为环境保护部门和公众
提供准确的数据。
水质监测
Байду номын сангаас
02
通过智能仪器仪表，可以检测水体的各种参数，如pH值、浊度
、溶解氧等，确保水质安全。
气象监测
03
智能仪器仪表在气象监测中发挥着重要作用，如风速、风向、
温度、湿度等参数的监测。
05
智能仪器仪表的未来展望与挑战
1 2
医疗诊断设备
智能仪器仪表广泛应用于医疗诊断设备中，如心 电图机、血压计等，提高诊断准确率。
病人监护系统
通过智能仪器仪表，可以实时监测病人的生理参 数，为医护人员提供及时准确的病人信息。
3
医疗影像设备
智能仪器仪表在医疗影像设备中发挥着重要作用 ，如CT、MRI等设备中的图像处理和数据分析。
环境监测领域的应用
总结词
随着智能仪器仪表的普及，安全与隐私保护成为亟待解决的问题，需要加强数据 加密、访问控制和安全审计等方面的措施。
详细描述
由于智能仪器仪表通常需要收集和处理大量敏感数据，因此需要采用强大的加密 技术和访问控制机制来保护数据安全。同时，应加强安全审计和监控，及时发现 和应对潜在的安全威胁。
成本与普及率的考量
04
智能仪器仪表的实际应用案例
工业自动化领域的应用
自动化生产控制
智能仪器仪表在工业自动 化领域中主要用于实时监 测和控制生产流程，确保 产品质量和生产效率。
智能传感器
通过智能传感器，可以实 时监测机器的运行状态， 预测潜在故障，并及时采 取措施，减少停机时间。
数据集成与分析
智能仪器仪表能够收集大 量生产数据，通过数据分 析，帮助企业优化生产流 程，降低成本。
智能仪表课程设计
智能仪表课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解智能仪表的基本概念、原理和应用，掌握智能仪表的设计和调试方法，培养学生的实际操作能力和创新能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解智能仪表的定义、分类和特点；（2）掌握智能仪表的硬件结构和软件原理；（3）熟悉智能仪表的设计方法和调试技巧；（4）了解智能仪表在工业生产和科研领域的应用。
2.技能目标：（1）能够运用所学知识分析和解决智能仪表相关问题；（2）具备智能仪表硬件选型、软件编程和系统调试的能力；（3）能够进行智能仪表的安装、维护和故障排除；（4）具备一定的创新能力和团队协作能力。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对智能仪表行业的兴趣和热情；（2）树立学生的主人翁意识，增强责任感；（3）培养学生团结协作、勇于创新的精神；（4）强化学生的安全意识，注重实验操作规范。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.智能仪表概述：智能仪表的定义、分类、特点和应用领域；2.硬件结构：中央处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口等；3.软件原理：操作系统、编程语言、数据处理和算法等；4.设计方法：硬件选型、软件编程、系统集成和调试；5.应用案例：智能仪表在工业生产和科研领域的实际应用；6.实验操作：智能仪表的安装、调试和维护。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式，包括：1.讲授法：讲解基本概念、原理和知识点；2.案例分析法：分析实际应用案例，加深对知识的理解；3.实验法：进行实验操作，培养实际操作能力；4.讨论法：分组讨论，促进学生之间的交流与合作；5.项目驱动法：完成相关项目，提高学生的创新能力和实践能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统性的知识体系；2.参考书：提供丰富的参考资料，帮助学生拓展知识面；3.多媒体资料：制作精美的课件，提高课堂教学效果；4.实验设备：配置齐全的实验设备，确保学生能够进行实际操作；5.在线资源：利用网络资源，为学生提供更多的学习途径和交流平台。
智能仪表的具体应用
智能仪表的具体应用摘要：随着智能化技术的逐步发展和普及，智能仪表逐渐成为各行业的得力助手。
本文主要介绍智能仪表的一些具体应用，包括工业、交通、医疗等领域的应用。
通过分析这些应用案例，我们可以了解到智能仪表在提高生产效率、减少能源浪费、优化交通管理、提高医疗服务等方面的优势和作用，具有重要的推广和应用价值。
关键词：智能仪表；应用；工业；交通；医疗正文：一、工业应用智能仪表在工业领域的应用范围很广。
通过智能仪表可以监控生产过程、提高生产效率、提高产品质量、减少能源浪费等方面的作用。
例如，智能电表可以实现精准计量和能耗监测，帮助企业节约能源、减少成本；智能恒温控制器可以帮助企业实现温度自动调节，提高生产效率和产品质量。
二、交通应用智能仪表在交通领域的应用也越来越广泛。
通过智能仪表可以实现车辆定位、交通信号控制、路况监测等功能，从而优化交通管理，提高交通效率和安全性。
例如，智能交通控制系统可以通过监测交通流量和车辆速度来实现交通信号灯的自动控制，减少交通堵塞和拥堵，提高通行效率。
三、医疗应用智能仪表在医疗领域的应用也很广泛。
通过智能仪表可以监测患者生命体征和病情变化，提高医疗服务和诊疗效果。
例如，智能医疗设备可以实现远程医疗，通过网络技术和视频会议技术，医生可以对患者进行远程诊疗，解决患者就医难的问题；智能床垫可以实现睡眠监测和评估，帮助医生更好地了解患者的睡眠质量和睡眠障碍情况。
总之，智能仪表的应用领域越来越广泛，具有重要的推广和应用价值。
在未来，随着智能化技术的进一步发展，智能仪表的应用将会越来越多样化和特色化，发挥出更多的优势和价值。
四、家庭应用智能仪表在家庭领域的应用越来越受到人们的关注。
通过智能仪表可以实现家庭设备的智能联动和远程控制，以及实现家庭安全监测等功能。
例如，智能家居系统可以通过智能化技术和传感器监测家庭环境变化，自动调节家居设备；智能安防系统可以通过摄像头、门磁等监测设备实时监控家庭安全情况，提高家庭防护能力。
智能仪器仪表发展的主要技术与展望
智能仪器仪表发展的主要技术与展望智能仪器仪表是指具有智能化功能的测量、控制、监测和管理设备。
随着科技的不断发展，智能仪器仪表在各个领域中得到了广泛的应用，并逐渐成为各行业提高生产效率、优化管理的重要工具。
智能仪器仪表的发展离不开先进的技术支持，下面将会介绍一些关于智能仪器仪表发展的主要技术与展望。
一、传感技术传感技术是智能仪器仪表的核心技术之一。
它通过将物理量转换成电信号，实现对被测量的实时监测和数据采集。
传感技术的发展使得传感器的灵敏度、稳定性和精度得到了极大提升，可以满足不同行业对实时监测和数据采集的需求。
随着微电子技术和纳米技术的不断发展，传感技术将会越来越小型化、智能化和多样化，使得智能仪器仪表能够更好地适应各种环境和应用场景。
二、数据处理技术数据处理技术是智能仪器仪表的关键技术之一。
它通过对采集到的数据进行处理、分析和计算，最终实现对被测对象的监测、控制和管理。
随着计算机技术和人工智能技术的不断发展，数据处理技术已经取得了长足的进步。
从简单的数据处理到复杂的数据挖掘和模式识别，数据处理技术已经能够为智能仪器仪表提供更强大、更智能的功能。
未来，数据处理技术将会继续向着高速、高效、智能的方向发展，使得智能仪器仪表能够更好地适应数字化、智能化的趋势。
三、通信技术通信技术是智能仪器仪表的重要技术之一。
它通过网络将智能仪器仪表与外部设备连接起来，实现数据的传输和共享。
随着物联网技术、5G技术的不断发展，通信技术已经实现了从有线通信到无线通信、从局域网通信到广域网通信的转变，使得智能仪器仪表能够更加灵活地进行远程监控和远程操作。
未来，通信技术还将会继续朝着高速、低延迟、大带宽的方向发展，为智能仪器仪表的智能化、互联化提供更好的支持。
四、人机交互技术人机交互技术是智能仪器仪表的关键技术之一。
它通过界面设计、声音识别、手势识别等技术，实现人与智能仪器仪表的自然交互。
随着虚拟现实技术、增强现实技术和人工智能技术的不断发展，人机交互技术已经可以实现更加智能、更加直观的交互方式，使得用户更加便捷地使用智能仪器仪表。
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。
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一种集成数字技术和通信技术的高科技仪表，被广泛应用于工业自动化控制、能源管理、环境监测等领域。
其原理和应用技术主要包括以下几个方面。
1. 传感器技术：智能仪表通过传感器实时采集各种参数信息，如温度、压力、流量、电压等。
传感器通常采用光电、电容、电阻、磁性等原理，将被测物理量转换为电信号，作为仪表输出信号。
2. 信号处理技术：智能仪表通过采集到的电信号，经过放大、滤波、线性化等处理，将模拟信号转换为数字信号。
这样可以消除传感器信号的干扰，提高测量的精度和可靠性。
3. 微控制器技术：智能仪表内部通常嵌入微控制器，用于实现数据处理、控制算法、通信接口等功能。
微控制器通过运算与控制程序，对采集到的数据进行计算、分析和控制，实现仪表的智能化功能。
4. 通信技术：智能仪表通过通信技术与上位机或其他设备进行数据交互。
常用的通信方式包括有线通信（如RS485、Modbus、Profibus等）和无线通信（如蓝牙、WiFi、NB-IoT 等）。
通过通信技术，智能仪表可以将采集到的数据实时传输给上位机，实现远程监测与远程控制。
5. 数据存储与分析技术：智能仪表一般具备数据存储功能，可以将采集到的数据存储在内部存储器或外部存储介质中。
同时，也能通过数据分析技术对数据进行处理和分析，提取有用的信息，并可生成报表、趋势图等，为用户提供决策依据。
智能仪表的应用范围广泛。
在工业自动化控制方面，智能仪表可以用于实时监测各种工艺参数，如温度、压力、流量等，实现自动化控制和过程优化。
在能源管理方面，智能仪表可以用于电能监测与控制，帮助企业降低能耗、提高能源利用率。
在环境监测方面，智能仪表可以用于空气质量监测、水质监测等，提供环境保护的数据支持。
总之，智能仪表利用先进的技术手段，实现了对各种参数的精确测量、快速处理和远程监控。
它在工业化生产和生活中的应用，为提高效率、降低成本、保护环境等方面带来了巨大的好处。
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智能仪表期末复习资料
填空题
1、通常，智能仪表由硬件和软件两大部分组成。
硬件部分包括主机电路、过程输入/输出通道（模拟量输入/输出通道和开关量输入/输出通道）、人机联系部件和接口电路以及串行或并行数据通信接口等。
智能仪表的软件通常包括监控程序、中断处理（或服务）以及实现各种算法的功能模块。
（P6）
2、根据仪表的功能要求和技术经济指标，自顶向下（由大到小，由粗到细）地按仪表功能层次把硬件和软件分成若干个模块，分别进行设计和调试，然后把它们连接起来，进行总调，这就是设计智能化仪表的思想。
（P7）
3、模块化设计的优点是：无论是硬件还是软件，每一个模块都相对独立，故能独立地进行设计、研制、调试和修改，从而使复杂的工作简化。
（P7）
4、51单片机与外部信息交换方式。
5、51单片机允许5个中断请求源，提供2个中断优先级。
（P32）
6、模拟量输入通道（简称模入通道）一般由滤波电路、多路模拟开关、放大器、采样保持电路（S/H）和A/D转换器组成，其中A/D转换器是模/数转换的主要器件。
（P44）
7、A/D转换器大致可以分为比较型和积分型两种类型。
主要性能指标是分辨率、转换时间（或转换速率）、转换误差（或精度）。
（P45）
8、模拟量输出通道（简称模出通道）一般由D/A转换器、多路模拟开关、保持器等组成，其中D/A转换器是完成数/模转换的主要部件。
（P75）
9、D/A转换器的模拟量输出有两种方式：电压输出和电流输出。
（P77）
10、智能仪表常用的显示器有发光二极管显示器LED、液晶显示器LCD和等离子显示器。
(P90)
11、点亮显示器的方法有静态和动态两种。
（P91）
12、键盘输入时，存在触点弹跳与同时按下多个键的问题，即抖动与串键。
（P108）
13、RS-232C接口使用负逻辑，即逻辑“1”用负电平（范围为-15V到-5V）表示，逻辑“0”用正电平（范围为+5V到+15V）表示，-3V到+3V为过渡区。
（P128）
14、一个USB控制器可以连接多达127个外设，USB系统的级联不能超过5级。
USB采用“级联”方式，即每个USB设备用一个USB插头连接到一个外设的USB 插座上，而其本身又提供一个USB插座供下一个USB外设连接用。
（P139）
15、干扰进入智能仪表的渠道主要有三个：空间（电磁感应）、传输通道、配电系统。
（P200）
16、电磁干扰三要素是：（电磁）干扰源，耦合通道，敏感设备。
（P197）
17、8279的输入/输出方式。
简答题
1、画图说明V-F式A/D转换器原理（P59）
2、键码的识别方法和不同点有哪些？（P107）
答：按照键码识别的方法分类，有编码式和非编码式两种键盘。
前者每一次按键，键盘自动提供被按键的编码，同时产生以选通脉冲通知主机。
后者是靠软件来完成按键识别的。
3、如何消除键盘抖动？常用方法是什么？（P108）
答：解决键的抖动可使用硬件或软件的方法。
通常在键数较少时，可使用R—S 触发器或用最简单的RC滤波器来克服抖动。
键数较多时，往往采用软件延时的方法，即当检出键闭合（或断开）后，执行一个数豪秒的延时程序，让抖动消失后，再检验下一个键的状态，这样可以避免因抖动所造成的多次读书的问题。
4、智能仪表受到的干扰有哪几类？（P198）
答：电场耦合干扰、磁场耦合干扰、共阻抗耦合干扰、电磁辐射干扰、直接传输干扰
5、串模抑制比的表达式（P201）、四种常用的串模抑制滤波器有哪些？(P202) 答：如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用低通滤波器来抑制高频串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号的两侧，则采用带阻滤波器较为适宜；如果串模干扰频率落在被测信号的中间，则用带通滤波器较为适宜。
6、为什么光耦具有较强的抗干扰能力，使用时应注意哪些？（P207）
答：光电耦合器之所以具有很强的抗干扰能力，只要有一下几个原因：
光电耦合器的的呼入阻抗很低，一般在100Ω到1kΩ之间，而干扰源的内阻一般都很大，通常为10^5~10^6Ω.据分压原理可知，这时能馈送到光电耦合器输入端的噪声自然会很小。
即使有时干扰电压的幅度很大，但提供的能量却很小，即只能形成很微弱的电流。
而光电耦合器输入部分的发光二级管，只有在通过一定强度的电流时才能发光；输出部分的光敏三极管只能在一定的光强下才能工作。
因此电压幅值很高的干扰，由于没有足够的能量而不能使二极管发光，从而得到有效的抑制。
输入回路与输出回路之间的分布电容极小，一般仅为0.5~2pF，而绝缘电阻又非常大，通长为10^11~10^13Ω，因此，回路一边的各种干扰噪声很难通过光电耦合器馈送到另一边去。
光电耦合器的输入回路与输出回路之间是光耦合的，而且又是在密封条件下进行的，故不会受到外界光的干扰。
7、常用的屏蔽技术有哪些？屏蔽接地应注意哪些原则？（P216）
屏蔽技术有：静电屏蔽，磁屏蔽，电磁屏蔽。
注意原则：
（1）屏蔽外壳的接地要与系统参考地相接，并只能在一处相接。
（2）所有具有相同参考点的电路单元必须装入一个屏蔽层内，有引出线时采用屏蔽线。
（3）接地参考点不同的电路单元应分别屏蔽，不能放在一个屏蔽层内。
（4）屏蔽层与公共端连接时，当一个接地的放大器与一个不接地的信号源连接时，连接电缆的屏蔽层应接到放大器放大端，反之，应接到信号源公共端。
高增益放大器的屏蔽层应接到放大器的公共端。
8、智能仪表的监控程序有哪几部分，各部分的作用？（P232）
监控程序包括监控主程序和命令处理子程序两部分。
监控主程序是监控程序的核心，主要作用是识别命令、解释命令并获得子程序的入口地址。
命令处理子程序负责具体执行命令，完成命令所规定的各项实际动作。
9、什么叫随机误差？常用的数字滤波算法有哪些？（P244-245）
随机误差是指在相同条件下测量同一量时，因其大小和符号作无规则的变化而无法预测，但在多次测量中它是符合统计规律的。
常用的数字滤波算法有程序判断（限幅滤波），中位值滤波，算术平均滤波，递推平均滤波，加权递推平均滤波，一阶惯性滤波，复合滤波等算法。
10、什么是系统误差？校正系统误差的关键？两种建模方法是？（P250）
仪表的系统误差是指在相同条件下，多次测量同一量值时其大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差。
校正系统误差关键是建立误差模型。
建模方法：代数插值法和最小二乘法。
编程题（P33，P37，P47，P59，P60）。