第8章：智能仪器设计实例设计实例
第8章 LTPA245热敏打印机驱动设计
第8章 LTPA245热敏打印机驱动设计热敏打印机是利用发热元件产生热量，使紧贴在其表面的热敏纸迅速变色，从而在纸上形成相应点阵字符或图形的一种打印机。
相对于针式、笔式打印机，热敏打印机具有结构简单、体积小、重量轻、噪声小、功耗低、印字质量高、价格便宜、运行成本较低及使用可靠等一系列优点。
已越来越广泛地应用于医疗仪器、银行柜员机及POS终端等各种便携式计算机系统和智能化设备中，被认为是最合适的便携式硬拷贝输出设备。
本章以精工（SEIKO）SII生产的一款高速热敏打印机LTPA245为例，介绍一种通用热敏打印机的驱动设计。
8.1 热敏打印机的工作原理8.1.1 热敏打印机结构原理热敏式打印机的关键部件是打印头。
它包含很多微型发热元件，这些发热元件一般采用集成电路工艺和光刻技术，通过物理化学方法在陶瓷基片上加工制成。
为防止发热元件与热敏纸接触时产生的磨损，表面涂了一层类似玻璃的保护膜。
目前的工艺水平已将发热元件的密度做到8点/mm (分辨率达200dpi)、16点/mm，甚至更高。
在印字速度低于100cps时，热敏头寿命可达1亿字符，或记录纸滑行30km的可靠性。
热敏打印机所用的打印纸不是普通纸，而是经特殊处理过的感热记录纸。
这种记录纸是将两种混合成份材料涂复在纸上而成，基层纸上涂有一层几微米厚的白色感热生色层。
在这个感热生色层上涂有无色染料和特殊生色剂。
为使他们能有效地附在纸上，在它们周围的空隙里还填充有粘合剂。
感热生色层一经加热，生色剂立即熔化，并熔进无色染料中，引起化学反应显出颜色，这一过程仅需几个毫秒即可完成。
由于感热记录纸是受热后材料熔融引起化学反应而呈现颜色，如温度过高，新的合成物质被分解，颜色又会消失。
另外，这种物质在光的长时间作用下也会自动分解，所以感热记录纸不能长期保存。
虽然热敏打印机对打印纸有特殊要求，但是这种记录纸价格并不贵，无需像针打那样经常要更换色带。
因此，越来越多的智能化仪器仪表采用热敏打印机作为输出设备。
PXUT-350C 型 全数字智能超声波探伤仪 说明书
第一章 序言
� 感谢您使用友联公司的产品，您能成为我们的用户，是我们莫大的荣幸。PXUT-350c 型全数字智能超声波探伤仪采用国际先进的数字集成技术和新型 TFT 彩色显示器 件，其各项性能指标均达到或超过国际先进水平。仪器采用人工智能技术，功能强 劲，使用方便。为了您能尽快熟练掌握该款超声波探伤仪，请务必仔细阅读本操作 手册以及随机配送的其他相关资料，以便您更好地使用探伤仪。
第二章 仪器组件和外围设备
仪器组件 仪器前部-------------------------------------- 2-1 仪器上部------------------------------------- 2-2 外围设备-------------------------------------- 2-3
第五章 仪器调试
测零点声速-------------------------------------------5-1 测折射角度------------------------------------------------5-2 制作 DAC(AVG)------------------------------------------5-3 测仪器性能------------------------------------------------5-4 测缺陷高度------------------------------------------------5-5
第六章 功能使用
初始化-----------------------------------------6-1 回波包络--------------------------------------------6-2
第3页
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。
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》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。
实验八 智能仪器
实验内容： （1）熟悉单片机应用系统的设计要领； （2）按图 1 中元器件及参数在 ISIS 中完成电路原理图的绘制； （3）在 uVision3 中，按图 2 及表 1 建立 7 个程序文件； （4）在 ISIS 中运行，实现一路电压信号输入和两路报警开关量输出控制功能。 软件编程： 该项目由 7 个程序文件组成，其中 6 个为 C 语言文件，一个为汇编语言文 件（串口输出功能采用汇编语言与 C51 语言混合编程） ，程序如下： （1）main.c 文件 void ad_init(); void control_thread(); void menu_thread(); void main() { ad_init(); while (1) { menu_thread(); control_thread(); }} （2）control.c 文件 #include<reg51.h> sbit P16=P1^6; sbit P17=P1^7; unsigned char ad(); void print(char name,unsigned int value); extern unsigned char param_value[2]; extern char menu_status; void control_thread() { unsigned char value=ad(); //A/D 转换 if(value>param_value[1]) { //根据采样值控制 LED 灯 P16=0; P17=1; } else if(value<=param_value[1]&& value>=param_value[0]) { P16=0; P17=0; } else { P16=1; P17=0;
第8章 智能仪器与虚拟仪器
8.2 智能仪器简介
模型化仪器是在初级智能仪器基础上又应用了建模技术和方法,它是以 建模的数学方法及系统辨识技术作为支持的。这类仪器可以对被测对象状 态或行为做出估计,可以建立对环境、干扰、仪器参数变化做出自适应反应 的数学建模,并对测量误差(静态活动态误差)进行补偿。模式识别可以作为 状态估计的方法而得到应用。这类仪器应具有一定的自适应、自学习能力。 目前这类仪器的技术与方法、工程实现问题正在研究。
第8章 智能仪器与 虚拟仪器
目录
8.1 概述 8.2 智能仪器简介 8.3 虚拟仪器与软件
8.1 概述
仪器仪表的发展可以简单地划分为三代。第一代为指针式(或模拟式)仪 器仪表,如指针式万用表、功率表等,它们的结构是电磁式的,基于电磁测量原 理采用指针来实现最终的测量结果指示。第二代为数字式仪器仪表,如数字电 压表、数字功率计、数字频率计等,它们的基本结构离不开A-D转换环节,并以 数字方式指示或打印测量结果。第二代仪器响应速度较快,测量准确度较高。 第三代就是本书要讨论的智能式仪器仪表(简称为智能仪器)。
图8-2 微机内嵌式智能仪器的基本结构
8.2 智能仪器简介
由图8-2可知,微机内嵌式智能仪器由单片机或DSP等CPU为核心,扩展必 要的RAM、EPROM、I/O接口,构成“最小系统”,它通过总线及接口电路与输 入通道、输出通道、仪器面板及仪器内存相连。EPROM及RAM组成的仪器内存 可保存仪器所用的监控程序、应用程序及数据。中断申请可使仪器能够灵活 反应外部事件。仪器的输入信号要经过输入通道(预处理部分)才可以进入微 机。输入通道包括输入放大器、抗混叠滤波器、多路转换器、采样/保持器、 低通滤波器等部分。仪器的数字输出可与LCD等显示器相接,也可与打字机相 接,获得测量信息。外部接通信接口负责本仪器与外系统的联系。
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二、硬件电路设计
密度仪组成框图
2021/3/15
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1、传感器设计
应变片压阻电桥
2021/3/15
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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 阻的变化转换为电压。其中,应变片R1、R3是受压电阻,应变 片R2、R4是受拉电阻。
2021/3/15
3
设固体标本的质量为M、体积为V,测量密
度为σ,有:σ=M/V
固体标本在空气中的重量为:P1=Mg
V M0 P1 P2
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--P2=M 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,不 规则固体的体积为: V M0 P1 P2
2
一、电子自动法测量原理
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。
平均值（g/cm3） 2.687
均方差（g/cm3） 0.0035
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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
2021/3/15
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一、TMS320VC5402性能特点 及应用开发
2021/3/15
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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
2021/3/15
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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。
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测试数据（g/cm3）
2.689 2.690 2.689 2.689 2.691 2.678 2.688 2.686 2.687 2.688
L O B(L AB t V 0)2
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漏水声音信号与传感器
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3.相关测漏仪硬件设计
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（1）.24位A/D CS5360与DSP的接口
模数转换输出时序图
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模数转换器与DSP连接原理图
2021/3/15
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(2).程序存储空间
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
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1
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
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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,提出设计方案,论
证充分。 2021/3/15
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DSP与FLASH的连接框图
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(3).数据空间的扩展
DSP与SRAM的连接图
2021/3/15
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(4).通信模块
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4．软件设计
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数 据 处 理 软 件 流 程
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B通道的信号波形
A通道的信号波形
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B通道信号滤波前的功率谱
B通道信号滤波后的功率谱
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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。
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。
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8
2．信号放大电路
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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仪器软件调试、综合调试、整机性能测
0 0 •g
2021/3/15
4
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2021固/3/15 体的密度值。
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。
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9
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
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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。