智能仪器的工作原理及特点
智能仪器复习资料
1.什么是智能仪器?其主要特点是什么?智能仪器是计算机技术和测试技术相结合的产物，是含有微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，因而被称为智能仪器。
特点：1操作自动化2具有自测功能3具有数据分析和处理能力4具有友好的人机对话功能5具有可程控操作能力。
简述内嵌式智能仪器的基本组成和各部分功能由硬件和软件组成。
硬件包括微处理器，存储器，输入/出通道，人机接口电路，通信接口电路等。
功能：微处理器仪器核心，存储器包括数据存储器和程序存储器，用来存储程序和数据。
输入通道主要包括传感器、信号调理电路和A/D转换器等，完成信号的滤波，放大，模数转换。
输出通道主要包括D/A转换器、放大驱动电路和模拟执行器等，将处理后的数字信号转换为模拟信号。
人机接口电路主要包括键盘和显示器，是操作者和仪器的通信桥梁。
操作者可通过键盘向仪器发出控制命令，仪器可通过显示器将处理结果显示出来。
通信接口可实现仪器与计算机和其它仪器的通信。
智能仪器常用放大器的种类和特点？程控放大器：为适应不同的工作条件，在整个测量范围内获得合适的分辨率，提高测量精度。
仪用放大器：输入阻抗和共模抑制比高、误差小、稳定性好。
隔离放大器：输入端和输出端各有不同的参考点。
可保护电子仪器设备和人生安全，提高共模抑制比，获得较精确的测量结果。
常见的A/D转换器有哪几种类型?其特点是什么?工作原理⑴并联比较型A/D转换器：转换速度快,但是随着输出位数的增加所需器件数增加速度很快⑵逐次逼近型A/D转换器：抗干扰能力差，所以在A/D转换器之前一般要加采样/保持器锁定电压。
⑶双积分型A/D转换器：能起到滤波作用提高了抗干扰能力。
由于转换速度依赖于积分时间，所以转换速度慢。
⑷Σ-△调制型A/D转换器：制作成本低,提高有效分辨率.采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。
《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。
智能仪器及其特点
智能仪器及其特点1、智能仪器概述随着微电子技术的不断发展，以及超大规模集成电路芯片(即单片机)的出现，智能仪器得到了迅速发展。
智能仪器以微处理器或单片机为核心，具有信息采集、显示、处理、传输以及优化检测与控制等多种功能：有些甚至还具有专家推断、逻辑分析与决策的能力。
智能仪器的出现，极大地扩充了常规仪器的应用范围。
由于智能仪器一开始就显示它强大的生命力，目前已成为仪器仪表发展的一个主导方向。
并对自动控制、电子技术、国防工程、航天技术与科学试验等产生了极其深远的影响。
2、智能仪器的组成智能仪器主要由硬件和软件两部分组成。
(1)硬件硬件主要包括主机电路、模拟量输入输出通道、人机接口和标准通信接口电路等，如图1所示。
主机电路通常由微处理器、程序存储器以及输入输出I/O接口电路等组成，有时，主机电路本身就是个单片机。
主机电路主要用于存储程序与数据，进行系列的运算和处理，并参与各种功能控制。
模拟量输入输出通道主要由A/D转换器，D/A转换器和有关的模拟信号处理电路等组成。
主要用于输入和输出模拟信号，实现模数与数模转换。
人机接口主要由仪器而板上的键盘和显示器等组成,用来建立操作者与仪器之间的联系。
标准通信接口使仪器可以接受计算机的程控命令，用来实现仪器与计算机的联系。
一般情况下，智能仪器都配有GPIB等标准通信接口。
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。
(2)软件软件即程序，主要包括监控程序、接口管理程序和数据处理程序三大部分。
监控程序而向仪器而板和显示器，负责完成如下工作:通过键盘操作，输入并存储所设置的功能、操作方式与工作参数：通过控制I/O接口电路进行数据采集，对仪器进行预定的设置：对数据存储器所记录的数据和状态进行各种处理：以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息以及测量数据的处理结果。
接口管理程序主要而向通信接口，负责接收并分析来自通信接口总线的各种有关功能、操作方式与工作参数的程控操作码，并根据通信接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果以及向应计算机远程控制命令。
智能仪器
Internet接 遥 实 动 试 受 控， 现自 测 。
器、内部总线、各种I/0 接口、通信接口、人
机接口 (键盘、开关、按钮、显示器) 等 : (1)微处理器与存储器 在仪器内，常用8 位通用微处理器或微型计算单片机。在较复杂 的仪器内，有的用16位微处理器 ，或包括多 个微处理器系统，实行分布并行处理。 存储器包括程序存储器和数据存储器。程 序存储器(EPROM)用于存储固化仪器系统的 程序 ，以及有关的表格与常数。数据存储器
操作人员输入的信息，又用来存储以前测得的 和现在测得的各种数据。 4. 自动进行数据处理。对测得的数据可 按设置的程序进行算术运算，如求平均值、对 数、方差、标准偏差等数学运算， 还可求解代 数方程，并对信息进行分析、比较和推理。 5. 具有硬件软件化优势。由于采用微 处 理器，许多传统的硬件逻辑都可用软件取代。 以软件为核心， 具有强大的控制能力。智能仪 器的全部操作都是在内部微处理器软件的控制 下进行的，传统仪器的传感器和变送器充当信 息采集的前端，其余工作全部由微处理器系统 在软件的控制下完成。这样，软件和微处理器 系统就代替了传统仪器中的硬件，如传统数字 电压表中的计数器、寄存器、数码显示电路都 可用软件替代。这样不但降低了成本、减小了 体积，而且降低了功耗、提高了可靠性 6. 具有自检、自诊断和 自测试功能。以 器可对自身个部分进行检测，验证能否正常工 作。 自 检合格时，显示信息或发出相应的声 音。否则，运行自 诊断程序，进一步检查仪器 的哪一部分出了故障，并显示相应的信息。 7. 自补偿、自适应外界的变化。智能仪 器能自 动补偿环境温度、压力等对被测量的影 响，能补偿输入信号的非线性，并根据外部负 载的变化自 动输出与其匹配的信号。 8. 具有对外接 口功能。通过GPIB标准借 口， 能过容易的接入自 动测式系统， 甚至接入
智能仪器原理及应用问答
1、什么是智能仪器？智能仪器的主要特点是什么？2、画出智能仪器通用结构框图，简述每一部分的作用。
3、智能仪器监控程序的主要内容是什么？4、简述智能仪器面板广泛使用按键键盘的特点。
5、简述现代自动测试系统的结构与特点。
6、为什么目前智能仪器主机电路大多采用单片机？选择单片机时应主要考虑哪些因素？7、A/D转换器与D/A转换器分别有哪些主要技术指标？分辨率和转换精度这两个指标有什么区别？8、逐次比较式、并联比较式和积分式A/D转换器各有什么特点？9、数据采集系统主要由哪几部分组成，每一部分的主要功能是什么？10、独立式键盘、矩阵式键盘和交互式键盘各有什么特点？分别适合于什么场合？11、独立式键盘接口电路的工作原理12、试比较七段LED显示器静态与动态多位数字显示系统的特点。
13、参照动态扫描的LED显示器接口电路，设计一个采用2位共阳极的七段LED显示器的动态扫描接口电路。
14、GP-IB接口系统的基本特征有哪些？15、RS-232C标准的接口信号线有哪几类？其中主要的信号线是什么？16、什么是同步通信和异步通信？它们各自有何优缺点？17、异步通信协议的数据结构如何，起始位和停止位有何作用？18、RS-232C的逻辑1与逻辑0的电平范围是多少？如何实现与TTL电平的转换？19、什么是算法？什么是测量算法？测量算法应包括哪些主要内容/20、为什么智能仪器要具备自检功能？自检有哪几种方式？常见的自检内容有哪些？21、为什么仪器要进行量程转换？智能仪器怎么样实现量程转换？22、以电压表为例，简述其自动零点调整功能的原理。
23、采用数字滤波算法克服随机误差具有哪些优点？24、什么是仪器的系统误差？智能仪器如何克服仪器的系统误差？25、与硬件滤波器相比，数字滤波器具有哪些优点？26、常见数字滤波方法有哪些？说明各种滤波算法的特点和使用场合。
27、平均滤波算法、中值滤波算法和去极值平均滤波算法的基本思想是什么？28、加权平均滤波算法的基本思想是什么？29、移动平均滤波算法最显著的特点是什么？如何实现？30、为什么仪器系统中要进行标度变换，常见的标度变换分为哪两类？标度变换可否与系统误差消除合并起来进行计算以减小计算量？为什么？31、某仪器系统中传感器输出信号最大值为20mv，要求测量分辨率为5uv，测量误差为10uv，A/D转换器的参考电压值为2.5Ｖ。
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。
智能化仪器原理及应用(第三版)课件：智能型温度测量仪
智能型温度测量仪
在RAM区中还开辟了4个通用工作寄存区， 共有32个通 用寄存器， 可以适用于多种中断或子程序嵌套的情况。 在MCS-51系列单片机内部， 还有1个由直接可寻址位组 成的布尔处理机， 即位处理机。 指令系统中的位处理指 令专用于对布尔处理机的各位进行布尔处理， 特别适用 于位线控制和解决各种逻辑问题。
智能型温度测量仪
MCS-51 简化结构框图与逻辑符号如图4-3所示。
XTAL1、 XTAL2： 内部振荡电路的输入/ RESET：
EA ： 内外程序存储器选择端。 当 EA 为高电平时， 访问内部程序存储器； 当 EA 保持低电平时， 只访问外部 程序存储器， 不管是否有内部存储器。
智能型温度测量仪
P2.０相连。 存储器和8155的控制信号线分别与8031的相应端
相接， 从而可实现各种器件的读写操作。
智能型温度测量仪
4.2.2
温度是一个很重要的物理参数， 也是一个非电量， 自然界中任何物理化学过程都紧密地与温度相联系。 在 很多产品的生产过程中， 温度的测量与控制都直接和产 品质量、 生产效率、 节约能源以及安全生产等重要经济 技术指标相联系。 因此， 温度的测量是一个具有重要意 义的技术领域， 在国民经济各个领域中都受到相当的重 视。
智能型温度测量仪
与此同时， 将数据显示和打印出来； 也可将输出的开关 量经D/A 转换成模拟量输出， 或者利用串、 并行标准接 口实现数据通信。 整机工作过程是在系统软件控制下进 行的。 工作程序编制好后写入只读存储器中， 通过键盘 可将必要的参数和命令存入读/写存储器中。
智能型温度测量仪 图 4-2 智能型温度测量仪的工作流程
智能型温度测量仪
智能化仪器原理及应用
智能仪器设计要点总结
1、什么是智能仪器？它有什么特点?以微处理器为核心，将计算机技术与测量仪器相结合的仪器.拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能,具有一定的智能作用。
测量范围宽、精度高、稳定性好.智能仪器一般均配有GP—IB（或RS—232C、RS—485）等通信接口，可跟另外的智能仪器组成智能仪器系统。
2、按智能仪器的结构可将智能仪器分为哪两类？微机内嵌（内藏）式微机扩展式3、什么叫做微机内嵌式智能仪器？什么叫做微机扩展式智能仪器？将微机作为核心部件嵌入到智能仪器中，仪器包含一个或多个微机,属于嵌入式系统。
利用微机强大的功能完成信号调理、A/D转换、数字处理、数据存储、显示、打印、通信等各项任务。
将原智能仪器中测量部分配以相应的接口电路制成各种仪器卡，插入到PC机的总线插槽或扩展槽内，而原有智能仪器所需的键盘、显示器以及存储卡等均能借助于PC机资源（也就是利用微机的硬件、软件资源完成数据分析和显示)给使用者的感觉是一个微机系统。
4、什么叫做个人仪器？其组成方式怎样?个人仪器(Personal Computer Instrumen t，PCI)亦称PC仪器，是以个人计算机为基础的仪器，其组成方法是，将原独立式智能仪器中的测量部分制作成仪器卡，插入PC的总线插槽，而原独立式智能仪器所需的键盘、显示器及存储器等均借助于PC的资源。
5、什么是虚拟仪器？它能实现什么功能?虚拟仪器是指在计算机为核心的硬件平台上，由用户定义功能，具有虚拟面板,其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统.虚拟仪器的三大功能为数据采集、数据分析处理、显示结果6、虚拟仪器的三大功能模块分别是什么？计算机、仪器模块和软件7、LabVIEW的基本程序单位是什么？它包括哪几部分？8、什么是网络化仪器?在智能仪器中将TCP/IP协议等作为一种嵌入式应用，使测量过程中的控制指令和测量数据以TCP/IP方式传送，使智能仪器可以接入Internet，构成分布式远程测控系统。
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智能仪器的工作原理及特点
智能的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。
智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。
1.智能仪器的工作原理
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E2PROM（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。
2.智能仪器的功能特点
随着微电子技术的不断发展，集成了CPU、存储器、定时器/、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A／D、D／A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片（即单片机）出现了。
以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，又组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。
与传统相比，智能仪器具有以下功能特点：
①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具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。
智能能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。
这种自测试可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，极大地方便了仪器的维护。
③具有数据处理功能，这是智能仪器的主要优点之一。
智能仪器由于采用了单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，现在
可以用软件非常灵活地加以解决。
例如，传统的数字万用表只能测量电阻、交直流电压、电流等，而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量，而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值、统计分析等复杂的数据处理功能，不仅使用户从繁重的数据处理中解放出来，也有效地提高了仪器的测量精度。
标签:
智能仪器。