测控系统原理及设计1_现代测控技术简介46页PPT
合集下载
测控系统原理与设计
3.4.2 51单片机 用于频率测量
3.4 脉冲信号的采集
3.4.4 V/F转换
3.5.1 开关量输入信号的调 理
3.5.3 开关量输入信号与光 耦的连接
3.5.5 数字量输入信号的采 集
3 检测信号采集技术
3.5 开关量信号的采集
3.5.2 光电耦合器
3.5.4 开关量输入信号与 CPU的连接
3.6.1 VI的 结构
B
4.3.3 调制解调器集 成电路
C
4.3 数字信号的频带传输
4.4.1 发射电路
4.4.3 采用CC2400的收发 器电路
4.4.5 蓝牙技木
4 数据通信技术
4.4 数字信号的无线传输
4.4.2 接收电路
4.4.4 采用nRF24E2的发射 电路
4.4.6 实现远程数据无线通 信的一种方案
05
测控系统原理与设计
演讲人
2 0 11 - 11 - 11
01
1 概述
1 概述
01
02
03
04
1.1 测控系 统的分类与 组成
1.2 智能测 控系统
1.3 嵌入式 系统
习题与思考 题
1.1.1 测控系统的分类
1.1.3 测控系统的基本概念
1.1.5 测控系统的建模
1 概述
1.1 测控系统的分类与组成
1.1.2 测控系统的组成
1.1.4 测控系统的性能指标
1.1.6 测控技术的发展
1 概述
1.1 测控系统的分类与组成
1.1.7 控制策略与算法的发展
1 概述
1.2.1 智能测控 系统的概念
1.2.3 智能测控系统 的主要功能特征
现代测控技术与系统
填空选择：1光电效应：因光照引起的材料电学特性改变的现象称为光电效应，分为外光电效应（光电管和光电倍增管）和内光电效应，内光电效应又包括光电导效应（光敏电阻）和光生伏特效应（光敏二极管，光敏三极管，光电池）2热电偶的基本定律：a. 均质导体定律：两种均质导体组成的热电偶的热电势大小与电极的直径、长度以及长度方向的温度部分无关，只与热电极材料和温差有关。
如果材质不均匀，当热点，极上各处温度不同时，将产生附加热电势，造成无法估计得测量误差，因此热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要指标之一。
b. 标准电极定律：若导体ABC分别与三种导体C组成热电偶，那么由导体AB组成的热电偶的热电势可以由标准电极定律来确定。
标准电极定律指出：如果将导体 C （热点极，一般为纯铂丝）作为标准电极（也叫做参考电极），并且已知标准c. 中间导体定律：在热电偶回路中，只要中间导体两端温度相同，对热电偶回路的总电势没有影响。
D.中间温度定律：在热电偶回路中，当结点温度为T,TO时，总热电势等于该热电偶在节点温度为T,Tn 和Tn, TO时相应的热电势的代数和。
3误差来源：方法误差、环境误差、数据处理误差、使用误差、仪器误差、人身误差。
误差分类：系统误差：在相同条件重复测量同一量时，误差的绝对值和符号保持不变，或在条件改变时按照一定的规律变化。
产生的主要原因是仪表制造，安装或使用不当。
是一种有规律的误差，系统误差越小、则表明准确度越高。
随机误差：在相同条件下多次重复测量同一量时，误差绝对值和符号无规律变化的误差。
主要来源有机械干扰、热和湿干扰、电磁场变化、放电噪音，光空气原件噪声。
总体来说服从统计规律，误差大小放映数据的分散程度，误差越小，精密度越高。
粗大误差：测量值偏离实际值的误差。
操作不当造成的。
测得的值明显地偏离实际值所形成的的误差。
判断哪个测量值是坏值或是异常值，处理数据时应剔除。
4数字PID算法是比例、积分、微分算法。
【精选】现代工程测控技术精讲PPT课件
五、现代工程测控技术的工程案例
1、南京南站屋盖网架滑移施工测控
滑移施工过程监测主要内容包括： （1）网架顶升时屋盖杆件应力及温度的监测； （2）网架滑移时屋盖杆件应力及温度的监测； （3）网架落架时屋盖杆件应力及温度的监测； （4）各片网架连接带连接时杆件应力及温度的监测； （5）各片网架连接成整体时杆件应力及温度的监测； （6）各片网架滑移过程中4条轨道之间同步性的监测与控制。
核物理学
物理量
距离、位移、速度、加速度、角位移、角 速度、角加速度、挠度、沉降量 轴力、应力、应变 温度、热导率、热容 波长、光强、折射率、透射率、反射率 电压、电流、功率、功率因数
磁场强度、磁感应强度、磁通量、磁化强 度、磁矩、磁化率、磁势、磁阻、磁导 辐射强度、辐射量
三、现代工程测控技术相关传感器
3、通讯技术： 通讯技术是测控系统的神经网络，如今的通讯技术有：卫星通讯、 INTERNET、微波通讯、移动通讯、无线电、激光通讯、光纤通讯等等。 工程测控系统可以根据情况选择合适的通讯方式进行集成。
一、现代工程测控技术发展概要
3、通讯技术： 通讯技术是测控系统的神经网络，如今的通讯技术有：卫星通讯、 INTERNET、微波通讯、移动通讯、无线电、激光通讯、光纤通讯等等。 工程测控系统可以根据情况选择合适的通讯方式进行集成。
是以载波相位观测量为基础的实时差分GPS测量技术，其基本
思想是：在基准站上设置1台GPS接收机，对所有可见GPS卫星
进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实
时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS
卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的
观测数据，然后根据差分定位原理，实时地解算整周模糊度
测控系统原理及设计概论
西安卫星 测控中心
测控系统原理及设计概论
中国于2000年10月开始发射“ 北斗”定位卫星，可提供高精度的 定位、测速和授时服务，中国计划 在2015年形成覆盖全球的卫星导航 定位系统。
测控仪器和测控系统是检测技术的具体实 现 ，是获取信息的工具。
测控系统原理及设计概论
1.2 测控技术的发展
传统的测量仪器仪表用以测量、观察、监视 、验证、记录各种物理量、物质成分、物性参数 等。如压力表、测长仪、显微镜等。
随着工业的发展，测量和分析、计算、控制 常常融为一体。因此，现代仪器仪表还包括计算 、分析、控制、报警、信号传递和数据处理等功 能。
计算机测控系统
测控系统原理及设计概论
第1章 计算机测控系统概述
测控系统原理及设计概论
1.2 测控技术与仪器专业的定位
测控技术与仪器专业是多个仪器仪表类专业 合并而成的大专业，“测控技术与仪器”是指对 信息进行采集、测量、存贮、传输、处理和控制 的手段与设备。包含测量技术、控制技术和实现 这些技术的仪器仪表及系统。其内涵如所示。
测控系统原理及设计概论
课程名称
电路
模拟电子技术（I）
数字电子技术
微机原理与接口技术
自动控制原理
单片机原理与应用
可编程逻辑器件原理与设计
传感器原理
数字化测试技术
传感器技术课设
可编程逻辑器件课设
单片机技术课设
测控系统原理及设计概论
学分 5
3.5 3.5 3.5
4 4 3 4 4 1 1 1
本课程是测控专业的专业课，本课程 以 模拟电路、数字电路、传感器技术和微机 技术为前提，不同于先修课程，本课程主 要学习如何将各个功能模块组装起来构成 一个完整的测控系统，换言之，先修课程 是从微观上学习各模块自身的原理及构成， 而测控系统这门课程是从宏观上学习各个 模块之间的连接及影响，学习如何将各个 功能模块组合起来实现测试和控制的功能。
测控系统原理及设计1_现代测控技术简介
计算机监控系统是以计算机为主体完成监控任 务的系统。监控组态软件是计算机监控系统的专用 软件。
嵌入式系统是将应用程序和操作系统与计算机 硬件集成在一起嵌入在宿主设备中的控制系统。
5.4.4 基于计算机的网络控制
80年代后期，计算机控制开始采用开放式通 讯系统，可以和以太网接口，图示功能增强，组 态更加直观、灵活，基于计算机的网络控制系统 性能日益完善、应用逐渐普及。
广州中鸣数码的机器手
广州中鸣数码的机器狗
6.3 现代仪器仪表技术 6.3.1新型仪器仪表的特点
新型仪器仪表都无一例外地利用计算机的软 件和硬件优势，根据测控的实际需求，不断挖掘 仪器仪表智能化、网络化和虚拟化的特点。
由于信号被采集变换成数字形式后，更多的 分析和处理工作都由计算机来完成，很自然地使 人们模糊了仪器与计算机之间的界限，形成了 “计 算机就是仪器”的概念。
如：
a)利用新发现的材料和新发现的生物、 物理、化学效应开发出新型传感器。
光光纤纤传传感感器器
生物传感器的电极
b)传感器+嵌入式计算机 智能传感器
智能压力传感器
智能振动传感器
智能倾角RS232 传感器
IC总线数字温度 传感器
c)多个传感器信息的融合处理 如机器人中设置的传感器有：转动/移动位置 传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接 近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传 感器等，这些信号如何融合处理体现了机器人的智 能水平。
6.4.4 监控组态软件 监控组态软件（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）简称组态软件，是指在自动 监控系统的系统软件平台上预先设置一些数据采集 与过程控制的功能软件模块，用户能根据需要组态 使用。 1.监控组态软件的组成 1）图形界面组件 2）控制功能组件 3）实时数据库 4）通信接口组件
嵌入式系统是将应用程序和操作系统与计算机 硬件集成在一起嵌入在宿主设备中的控制系统。
5.4.4 基于计算机的网络控制
80年代后期，计算机控制开始采用开放式通 讯系统，可以和以太网接口，图示功能增强，组 态更加直观、灵活，基于计算机的网络控制系统 性能日益完善、应用逐渐普及。
广州中鸣数码的机器手
广州中鸣数码的机器狗
6.3 现代仪器仪表技术 6.3.1新型仪器仪表的特点
新型仪器仪表都无一例外地利用计算机的软 件和硬件优势，根据测控的实际需求，不断挖掘 仪器仪表智能化、网络化和虚拟化的特点。
由于信号被采集变换成数字形式后，更多的 分析和处理工作都由计算机来完成，很自然地使 人们模糊了仪器与计算机之间的界限，形成了 “计 算机就是仪器”的概念。
如：
a)利用新发现的材料和新发现的生物、 物理、化学效应开发出新型传感器。
光光纤纤传传感感器器
生物传感器的电极
b)传感器+嵌入式计算机 智能传感器
智能压力传感器
智能振动传感器
智能倾角RS232 传感器
IC总线数字温度 传感器
c)多个传感器信息的融合处理 如机器人中设置的传感器有：转动/移动位置 传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接 近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传 感器等，这些信号如何融合处理体现了机器人的智 能水平。
6.4.4 监控组态软件 监控组态软件（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）简称组态软件，是指在自动 监控系统的系统软件平台上预先设置一些数据采集 与过程控制的功能软件模块，用户能根据需要组态 使用。 1.监控组态软件的组成 1）图形界面组件 2）控制功能组件 3）实时数据库 4）通信接口组件
计算机测控系统概述课件
测 控 非电量 对 象
传感器
输入信号 调理器
执行机构
输出信号 调理器
计算机测控系统概述课件
计算机
显示器
电厂生产车间
计算机测控系统概述课件
计算机集中监控室
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统硬件各部分功能描述
测控系统的演变
计算机测控系统概述课件
1、传统测控时代
被测参数
显示仪表
传统检测系统
计算机测控系统概述课件
被测控参数 执行机构
显示器
传统手动控制系统
计算机测控系统概述课件
2、电气测控时代
被
测
参
传感器
数
调理电路 模块
显示仪表
传感器检测系统
计算机测控系统概述课件
被
测
控 参
传感器
数
调理电路 模块
执行机构
计算机测控系统概述课件
1、被测控对象及其参数
1）环境特征； 2）参数类型； 3）测控要求
被
测 控 参
传感器
调理电路 模块
输入通道
数
计
算
机
执行机构
控制电路 模块
输出通道
计算机测控系统概述课件
2、传感器
1）选型；2）信号；3）量程；4）精度；5）环境
被
测 控 参
传感器
调理电路 模块
输入通道
数
计算机Fra bibliotek执行机构
计算机测控系统概述课件
实时系统
❖ 实时系统是对外来事件在限定时间内能 做出反应的系统。
现代测控技术与系统 第1章
2. 基于网络的测控系统模型：测控管一体化模型
1.2 现代测控系统的结构与设计
现代测控系统的设计方法
硬件设计： 硬件设计：
约束条件：对象方面主要考虑其大小、形状、距离、 约束条件：对象方面主要考虑其大小、形状、距离、环 物理量、用途等；测控系统需求方面主要考虑功能、 境、物理量、用途等；测控系统需求方面主要考虑功能、 反应速度、可靠性、测控精度等因素。 反应速度、可靠性、测控精度等因素。此外还需考虑研 制成本、产品成本以及开发周期。 制成本、产品成本以及开发周期。 系统模块设计技术：测控系统电路设计一般采用 系统模块设计技术：测控系统电路设计一般采用CPLD、 、 FPGA、DSP等高集成度器件技术，主要以 商用机和 等高集成度器件技术， 、 等高集成度器件技术 主要以PC商用机和 基于PC104工控机为主；低功耗器件，对降低功耗与抗干 工控机为主； 基于 工控机为主 低功耗器件， 扰有积极意义；采用通用化、标准化硬件电路； 扰有积极意义；采用通用化、标准化硬件电路；软测量 技术；采用动态链接库。 技术；采用动态链接库。
1.3 现代测控技术的分类
基于无线通信的测控技术 对于工作点多、通信距离远、 对于工作点多、通信距离远、环境恶劣且实时性和 可靠性要求比较高的远程测控场合， 可靠性要求比较高的远程测控场合，可以利用无线 电波来实现主控站与各个子站之间的数据通信。减 电波来实现主控站与各个子站之间的数据通信。 少复杂连线，无需铺设电缆或光缆，降低成本。 少复杂连线，无需铺设电缆或光缆，降低成本。如 小区的智能保安系统、油井远程监测系统、 小区的智能保安系统、油井远程监测系统、航空航 天技术中的无线跟踪测轨、遥测和遥控系统。 天技术中的无线跟踪测轨、遥测和遥控系统。
传感器从传统的压力、温度、 传感器从传统的压力、温度、流量和液位四大热工量的测 量发展到目前具有光、电、磁、力及生物信息的感知，光 量发展到目前具有光、 力及生物信息的感知， 生物信息传感器， 纤、光栅等光敏传感器，DNA、免疫等生物信息传感器， 光栅等光敏传感器， 光敏传感器 、免疫等生物信息传感器 超声波等声敏传感器，可燃性气体、氧气、电子鼻等气敏 超声波等声敏传感器，可燃性气体、氧气、电子鼻等气敏 声敏传感器 传感器，可见光、红外光等图像传感器等 传感器，可见光、红外光等图像传感器等。 图像传感器
1.2 现代测控系统的结构与设计
现代测控系统的设计方法
硬件设计： 硬件设计：
约束条件：对象方面主要考虑其大小、形状、距离、 约束条件：对象方面主要考虑其大小、形状、距离、环 物理量、用途等；测控系统需求方面主要考虑功能、 境、物理量、用途等；测控系统需求方面主要考虑功能、 反应速度、可靠性、测控精度等因素。 反应速度、可靠性、测控精度等因素。此外还需考虑研 制成本、产品成本以及开发周期。 制成本、产品成本以及开发周期。 系统模块设计技术：测控系统电路设计一般采用 系统模块设计技术：测控系统电路设计一般采用CPLD、 、 FPGA、DSP等高集成度器件技术，主要以 商用机和 等高集成度器件技术， 、 等高集成度器件技术 主要以PC商用机和 基于PC104工控机为主；低功耗器件，对降低功耗与抗干 工控机为主； 基于 工控机为主 低功耗器件， 扰有积极意义；采用通用化、标准化硬件电路； 扰有积极意义；采用通用化、标准化硬件电路；软测量 技术；采用动态链接库。 技术；采用动态链接库。
1.3 现代测控技术的分类
基于无线通信的测控技术 对于工作点多、通信距离远、 对于工作点多、通信距离远、环境恶劣且实时性和 可靠性要求比较高的远程测控场合， 可靠性要求比较高的远程测控场合，可以利用无线 电波来实现主控站与各个子站之间的数据通信。减 电波来实现主控站与各个子站之间的数据通信。 少复杂连线，无需铺设电缆或光缆，降低成本。 少复杂连线，无需铺设电缆或光缆，降低成本。如 小区的智能保安系统、油井远程监测系统、 小区的智能保安系统、油井远程监测系统、航空航 天技术中的无线跟踪测轨、遥测和遥控系统。 天技术中的无线跟踪测轨、遥测和遥控系统。
传感器从传统的压力、温度、 传感器从传统的压力、温度、流量和液位四大热工量的测 量发展到目前具有光、电、磁、力及生物信息的感知，光 量发展到目前具有光、 力及生物信息的感知， 生物信息传感器， 纤、光栅等光敏传感器，DNA、免疫等生物信息传感器， 光栅等光敏传感器， 光敏传感器 、免疫等生物信息传感器 超声波等声敏传感器，可燃性气体、氧气、电子鼻等气敏 超声波等声敏传感器，可燃性气体、氧气、电子鼻等气敏 声敏传感器 传感器，可见光、红外光等图像传感器等 传感器，可见光、红外光等图像传感器等。 图像传感器
第1章 测控系统简介
LOGO
测控软件技术
Measurement and Control Software Technology
第一章 测控系统简介
1.测控系统概念 2.测控系统作用
3.测控系统应用
4.测控系统组成 5.测控系统分类
6.测控软件概念
7.测控软件地位
1.测控系统概念 测控系统是计算机自动测量和 控制系统的简称。它是自动化 控制技术、计算机科学、微电 子技术和通信技术有机结合， 综合发展的产物。
数据 采集
数据 处理
输出
数据 传输
数据 显示
闭环控制系统
系统的输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量 对控制过程产生直接影响，如恒温箱自动控制系统。
只要被控制量的实际值偏离给定值，闭环控制就 会自动产生控制来减小这一偏差，因此，闭环控制 精度通常较高。 系统是靠偏差进行控制的，因此，在整个控制过 程中始终存在着偏差，由于元件的惯性（如负载的 惯性），若参数配置不当，很容易引起振荡，使系 统不稳定，而无法工作。
闭环控制系统框图
输入
被控 对象
信号 调理
数据 采集
数据 处理
输出
数据 传输
数据 显示
控制（反馈）
半闭环控制系统
系统的 反馈信号不是直接从系统的输出端引出， 而是 间接 地取自中间的测量元件。
一般可获得比开环系统更高的控制精度，但由于 只存在局部反馈，在局部反馈之外的部分所导致 的输出扰动无法通过自动调节的方式消除，因此， 其精度比闭环系统要低。
1
2
3
测控技术在现代科学技术、工业生产和国 防等诸领域中的应用十分广泛。
2.测控系统作用 今天，计算机测控系统在各个工业部门承 担着生产过程的控制、监督和管理等任务。
测控软件技术
Measurement and Control Software Technology
第一章 测控系统简介
1.测控系统概念 2.测控系统作用
3.测控系统应用
4.测控系统组成 5.测控系统分类
6.测控软件概念
7.测控软件地位
1.测控系统概念 测控系统是计算机自动测量和 控制系统的简称。它是自动化 控制技术、计算机科学、微电 子技术和通信技术有机结合， 综合发展的产物。
数据 采集
数据 处理
输出
数据 传输
数据 显示
闭环控制系统
系统的输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量 对控制过程产生直接影响，如恒温箱自动控制系统。
只要被控制量的实际值偏离给定值，闭环控制就 会自动产生控制来减小这一偏差，因此，闭环控制 精度通常较高。 系统是靠偏差进行控制的，因此，在整个控制过 程中始终存在着偏差，由于元件的惯性（如负载的 惯性），若参数配置不当，很容易引起振荡，使系 统不稳定，而无法工作。
闭环控制系统框图
输入
被控 对象
信号 调理
数据 采集
数据 处理
输出
数据 传输
数据 显示
控制（反馈）
半闭环控制系统
系统的 反馈信号不是直接从系统的输出端引出， 而是 间接 地取自中间的测量元件。
一般可获得比开环系统更高的控制精度，但由于 只存在局部反馈，在局部反馈之外的部分所导致 的输出扰动无法通过自动调节的方式消除，因此， 其精度比闭环系统要低。
1
2
3
测控技术在现代科学技术、工业生产和国 防等诸领域中的应用十分广泛。
2.测控系统作用 今天，计算机测控系统在各个工业部门承 担着生产过程的控制、监督和管理等任务。