智能仪器设计实例
智能仪器设计实验报告
智能仪器设计报告姓名：学号：专业：电子信息工程日期：2012-11-14南京理工大学紫金学院电光系摘要本课题是设计并制作一个基于单片机和Labview的智能数字电压表，实现电压的自动换挡，提高测量精度。
电压表分成三档0~100mV；100mV~1V；1~5V，利用程控增益放大器改变放大器的放大倍数，将各档内的输入电压依次放大50倍，5倍，1倍；程控放大器的输出端经ADC0809进行A/D转换，转换结果传输给AT89C51，AT89C51根据结果将信息反馈给多路选择器从而改变放大器放大倍数的，并利用串行通信发送给上位机，在Labview上实现测量数据的显示。
关键词：智能数字电压表AT89C51 A/D转换程控放大器引言《智能仪器课程设计》是一门理论和实践相结合的课程。
它融入了现代电子设计的新思想和新方法，将智能仪器和虚拟仪器的理论和知识相结合，再结合所学的模拟电路和数字电路及单片机的理论和知识，设计、制作一个智能数字电压表，通过理论和实际的应用，帮助学生进一步提高系统的知识和实际设计能力。
本课程对于推动信息电子类学科面向21世纪课程体系和课程内容改革，引导、培养大学生创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，促进广大学生踊跃参加课外科技活动和提高毕业生的就业率都会起到了良好作用。
1 主要技术指标和要求1.1（1）输入电压：0~5V（直流）；（2）分成三档：0~100mV；100mV~1V；1~5V；（3）自动根据输入电压换挡；（4）测量精度：最大值的0.4%；（5）自动校零；（6）利用虚拟仪器实现测量结果在微机上显示1.2 实物要求根据智能仪器的设计要求，在仿真的基础上，对系统的程控放大器在面包板上完成连接、装配、调试并和单片机的开发系统连接并通过开发系统与微机连接，最后在微机上显示所测的电压数值。
1.3 实验仪器单片机与微机；功率函数信号发生器： SP1631A；万用表：UNI-T1.4 主要器件及典型电路形式（1）本次课程设计用器件介绍：单片机实验箱、微机、OP07、AD0808、Protues、Protel、Labview、Keil C51、（2）典型数字电路形式和模拟电路：程控运放电路2工作原理：2.1 智能仪器数字电压表电路设计1.软件设计总流程图：2.各个组成模块：I.量程自动切换电路:同相放大器的放大增益为：K=1+R f/R S , 在本电路中使R6、R7分别为R5的50 倍和5倍。
智能仪器设计综合实例
题目一:简易单回路温度控制器1.系统功能单回路温度控制器实际上是以单片机控制为核心，根据设定目标温度值进行自动或手动调节的单回路温度控制系统，主要包括温度控制、温度检测、参数显示、报警指示、通讯等部分。
根据模式值，可查看相应的参数，如设定温度值、温度上限报警值等，并根据需要可对参数进行修改、保存等。
同时本控制器能与上位机通讯，可以由上位机修改设定温度，并实时显示温度值和趋势曲线，与温度控制器配合可构成一套完整的温度监控系统。
2.技术指标1)设定温度显示、实时温度显示；2)温度上、下限报警；3)温度上、下限报警值设定；4)目标温度值设定；5)放大电路放大倍数设定；6)PID控制参数的设定；7)手动加热设定值；8)手动/自动设定；9)温度零点标定；10)参数保存；11)上位机目标温度值设定；12)上位机实时温度波形曲线图显示题目二: 基于单片机的烘干箱控制系统设计1.技术指标烘干箱的具体指标如下：(1) 烘干箱由2 kW电炉加热，最高温度为500℃。
(2) 烘干箱温度可预置，烘干过程恒温控制，温度控制误差≤±2℃。
(3) 预置时显示设定温度，烘干时显示实时温度，显示精确到1℃。
(4) 温度超出预置温度±5℃时发声报警。
(5) 对升降温过程的线性没有要求。
2 总体思路产品的工艺不同，控制温度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同。
就温度控制系统的动态特性来讲，基本上都是具有纯滞后的一阶环节，当系统精度及温控的线性性能要求较高时，多采用PID算法或达林顿算法来实现温度控制。
本系统是一个典型的闭环控制系统。
从技术指标可以看出，系统对控制精度的要求不高，对升降温过程的线性也没有要求，因此，系统采用最简单的通断控制方式，即当烘干箱温度达到设定值时断开加热电炉，当温度降到低于某值时接通电炉开始加热，从而保持恒温控制。
3 设计完成任务（1）完成硬件设计；（2）完成软件设计，包括：键盘管理程序、显示程序、温度检测模块、温度控制模块、温度越线报警模块、主程序和中断服务程序。
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测试软件
测试软件
软件调试
初级子程序调试
模块程序调试
不需要调用其 它子程序
监控程序调试
性能测试 整机性能测试，需按照设计任务书规定的设 计要求拟定一个测试方案，对各项功能和指标进 行逐项测试。如果某项指标不符合要求，还得查 明原因，作相应调整；直至完全达到设计要求为 止。
第八章 智能仪器设计实例
第一节 第二节 智能仪器的设计原则及研制 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
第一节
智能仪器的设计原则及研制
智能仪器的研制开发是一个较为复杂的过程。 为完成仪器的功能，实现仪器的指标，提高研 制效率，并能取得一定的研制效益，应遵循正 确的设计原则、按照科学的研制步骤来开发智 能仪器。
2、较高的性能价格比原则
智能仪器的造价，取决于研制成本、生产成本、 使用成本。 设计时不应盲目追求复杂、高级的方案。在满 足性能指标的前提下，应尽可能采用简单成熟的方案， 意味着元器件少，开发、调试、生产方便，可靠性高。 就第一台样机而言，主要的花费在于系统设计、 调试和软件开发，样机的硬件成本不是考虑的主要因 素。当样机投入生产时，生产数量越大，每台产品的 平均研制费就越低，此时，生产成本就成为仪器造价 的主要因素。显然，仪器硬件成本对产品的生产成本 有很大影响。 使用成本，即仪器使用期间的维护费、备件费、 运转费、管理费、培训费等。必须在综合考虑后才能 看出真正的经济效果，从而做出选用方案的正确决策。
软件设计研制：
软件设计作一个总体规划
程序功能块划分 确定算法 分配系统资源和设计流程图 编写程序 程序调试和纠错以及各部分程序连接及系
统总调
3．仪器综合调试及整机性能测试 系统调试，以排除硬件故障和纠正软件错,并 解决硬件和软件之间的协调问题。
智能仪器课程设计报告
智能仪器设计课程设计报告―――采用RS 485标准的主从式多机系统设计学生姓名：王**学号：*********班级：********任课教师：***成绩：1、设计要求a) 系统基本结构：1个51系列单片机主机、2个51系列单片机从机（从机1 和从机2）、采用RS 485组成主从式多机系统；b) 系统基本功能：在主机键盘上按“1”键，从机1的LED数码显示器上显示“1”，此后从机1键盘上每按下1个数字键，主机LED数码显示器上能显示对应的数字，当从机1键盘上按下“0”键时，此次通信结束，从机1键盘上再按下任意数字键，主机不显示相应数字；在主机键盘上按“2”，从机2的LED数码显示器上显示“2”，此后从机2键盘上每按下1个数字键，主机LED数码显示器上能显示对应的数字，当从机2键盘上按下“0”键时，此次通信结束，从机2键盘上按下任意数字键后，主机不显示相应数字；c) 选做：从机1和从机2可设计成相关物理量的测量系统，当主机呼叫从机时，从机能把最新的测量值发给主机。
2、方案论证（1）系统组成：由三个51单片机构成主从通信系统（本组使用的芯片型号是STC89C52，其功能是一致的），每个单片机搭配LED数码管显示器和键盘；通信采用RS-485标准，可使用MAX485芯片作为通信收发器，单片机控制MAX485的使能端进行发送和接受逻辑控制；单主机多从机的通讯系统需要区分地址信息和数据信息，可利用51串口模式中的模式2进行通信，修改主机的SCON.3状态表明主机发送的是否是地址信息，修改某台从机的SM2状态来建立和主机的唯一通信；数据输入使用键盘输入，数据显示可简单的使用数码管显示。
图1 系统结构图（2）串口模式分析：51单片机串口的2/3模式下是作为11位异步通信用，8位数据位后的第九位是可编程位SCON.3，主机可以对此位进行0或1赋值，进行地址信息和数据信息的区分，通常赋为1表示地址信息，为0表示数据信息；51单片机的串行口控制寄存器SCON的SM2位是专门用来使通信接口具有识别功能的多机控制位，在串行口以方式2/3接收时，若SM2=1，此时出现两种情况：第一，接收到的第九位为1（单片机接收时可编程位进入SCON.2），则前8位数据装入SBUF，并置RI为1，产生中断标志；第二，接收到的第九位为0，则不产生中断标志，接收信息被弃。
智能仪器课程设计
《智能仪器工程设计》课程设计报告姓名学号：学院：系(专业)：题目：智能温度测控仪2012年05月10日温度控制系统的设计摘要：本设计以AT89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。
温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。
文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、PC机与单片机串口通讯电路和一些接口电路。
单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。
文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。
目录1引言 (1)2 设计说明 (1)3 工作原理 (1)4 方案设计与论证 (2)4.1 主控制部分 (3)4.2 测量部分 (3)5 各单元的设计 (8)5.1 键盘单元 (8)5.2 温度控制及超温和超温警报单元 (10)5.3 温度控制器件电路 (11)5.4 温度测试单元 (11)5.5七段数码管显示单元 (11)5.6 接口通讯单元 (13)6 电源输入单元 (14)7 程序设计 (15)7.1 概述 (15)7.2 程序结构分析 (16)7.3 主程序 (17)8. 测试分析 (17)结论 (18)附录A使用说明 (19)附录B程序清单 (19)1 引言温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。
这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。
传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。
控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。
智能仪器整机设计报告
智能仪器整机设计报告智能仪器整机设计报告一、引言智能仪器是一种利用微处理器及相关技术，能够通过自主获取、处理和显示测量数据的仪器。
本设计报告旨在介绍一款智能仪器的整机设计，并详细说明设计所采用的硬件和软件方案。
二、设计原理该智能仪器主要由微处理器、传感器、显示屏和按键等组成。
微处理器用于采集、处理和存储传感器所获取的测量数据，通过显示屏和指示灯显示数据的具体数值和状态。
按键可以实现对仪器的开关和设置。
通过现代的通信技术，智能仪器还可以实现数据传输，实现与其他智能设备的联动。
三、主要模块设计1.微处理器模块：选用高性能的ARM架构微处理器，具有快速运算和稳定性好的特点。
可通过串口和其他模块进行通信。
2.传感器模块：根据测量需求选择相应的传感器，如温度传感器、压力传感器等。
采用模拟转数模块将模拟信号转换为数字信号，并与微处理器连接。
3.显示屏模块：选用高分辨率和高亮度的液晶显示屏，通过显示控制模块将微处理器处理的数据显示在屏幕上，供用户直观查看。
4.按键模块：用于用户对仪器的开关和设置操作。
通过按键控制模块将用户操作传递给微处理器。
5.通信模块：可以选择蓝牙、WIFI等通信方式，实现仪器与其他智能设备的通信和数据传输。
四、硬件设计该智能仪器整机设计需要配备合适的电源系统，以提供稳定的电源供应。
同时需要进行线路布局和电路连接，保证各个模块之间的连接和通信。
五、软件设计1.驱动程序设计：编写适配各个模块的驱动程序，包括传感器驱动程序、显示屏驱动程序和按键驱动程序等。
2.用户界面设计：设计直观简洁的用户界面，通过图形化显示数据和操作按钮，提供用户友好的操作体验。
3.数据处理算法设计：根据测量需求，设计合适的数据处理算法，对传感器获取的数据进行处理和分析，得到有效的测量结果。
4.通信协议设计：设计数据传输的通信协议，实现仪器与其他设备间的数据交互。
六、测试验证完成硬件和软件的设计后，进行整机测试验证，检查各个模块之间的连接和通信是否正常，测量结果是否准确可靠。
基于C51单片机的智能仪器综合设计实验
基于单片机的智能仪器综合设计实验一、实验目的在实验一~实验三的基础上，完成综合设计实验，学会信号采集、数据处理、键盘控制、LCD或LED显示等功能的智能仪器设计。
二、复习与参考实验一~实验三三、设计指标利用K分度号热电偶进行温度检测，测温范围为500-1200ºC，室温为20ºC，用LCD或LED显示室温和测量温度。
具有4路温度信号循环检测功能，通道切换时间可调；具有任意指定通道显示功能。
四、实验要求1.选择传感器，设计硬件电路,包括检测电路、信号调理电路、AD转换电路、单片机最小系统、LED显示（单号）、LCD显示（双号）、独立式按键，画出电路原理图。
2.画出软件流程图。
3.用Keil C51编写程序。
3.实验结果在LCD或LED上显示出来。
4．实验前完成第1、2项备查。
五、实验仪器设备和材料清单PC机；单片机实验板、连接导线、ST7920图形液晶模块Keil c51软件六、实验成绩评定方法实验成绩包括预习、实验完成质量、实验报告质量3部分组成，各部分所占比例分别为30%、40%、30%。
八、实验报告要求实验报告格式：●实验名称●实验目的●实验内容●硬件设计●软件设计●调试过程●参考文献●附1：电路原理图●附2：程序清单附录：实验程序源代码如下：(陈寅)#include "reg51.h"#define THC0 0xee //5ms时间常数设置#define TLC0 0x00sbit ADWR=P3^6; /***WR*****/sbit ADRD=P3^7; /***RD*****/sbit ADCS=P2^7; /***CS*****/sbit EOC=P3^3; /***EOC****/sbit ADA=P1^3; //通道选择引脚sbit ADB=P1^4;sbit ADC=P1^5;sbit CS =P1^0; /****************/sbit SID=P1^1; /**液晶引脚定义**/sbit SCLK=P1^2; /****************/sbit MODE=P2^0; /*************************/sbit UP=P2^1; /*四个按键接口，0表示按下*/sbit DOWN=P2^2; /*************************/sbit LED1=P2^3; /**4个LED灯引脚定义**/sbit LED2=P2^4; /********************/sbit LED3=P2^5; /********************/sbit LED4=P2^6; /********************//***************500～1200°C范围的K分度表，间隔10*******************/ unsigned int code K_TABLE[71]={20644,21066,21493,21919,22346,22772,23198,23624,24050,24476,24902,25327,25751,26176,26599,27022,27445,27867,28288,28709,29128,29547,29965,30383,30799,31214,31629,32042,32455,32866,33277,33686,34095,34502,34909,35314,35718,36121,36524,36925,37325,37725,38122,38519,38915,39310,39703,40096,40488,40897,41296,41657,42045,42432,42817,43202,43585,43968,44349,44729,45108,45486,45863,46238,46612,46985,47356,47726,48095,48462,48828}; unsigned char GetAdData[10]={0}; //存放获得AD值的数组变量unsigned char ViewTemperature[4]={"0000"}; //显示温度缓冲数组变量unsigned MODESelect=1;int ChangeTime=2; //通道切换时间，单位Sint TongDao=1;void delay(unsigned int j){unsigned char i;do{for(i=0;i<100;i++);}while(j--);}void send_command(unsigned char command_data) //发送命令{unsigned char i;unsigned char i_data;i_data=0xf8; //操作命令,可以查看资料delay(10);CS=1;SCLK=0;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}i_data=command_data;i_data&=0xf0;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}i_data=command_data;i_data=i_data&0x0f;i_data<<=4;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}CS=0;}void send_data(unsigned char command_data) //发送数据{unsigned char i;unsigned char i_data;i_data=0xfa; //操作命令,可以查看资料delay(10);CS=1;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}i_data=command_data;i_data&=0xf0;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}i_data=command_data;i_data=i_data&0x0f; //取低四位i_data<<=4; //左移四位，从而变成高四位for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}CS=0;}void InitLCD() //液晶初始化{send_command(0x30); //功能设置:一次送8位数据,基本指令集send_command(0x06); //点设定:显示字符/光标从左到右移位,DDRAM地址加1send_command(0x0c); //显示设定:开显示,显示光标,当前显示位反白闪动send_command(0x04); //显示设定:开显示,显示光标,当前显示位反白闪动send_command(0x01); //清DDRAMsend_command(0x02); //DDRAM地址归位send_command(0x80); //把显示地址设为0X80，即为第一行的首位}/* x,y为起始座标x(0<=x<=3),y(0<=y<=7),x为行座标,y为列座标;how为要显示汉字的个数;style为显示字符的类型，0表汉字，1表字母；str是要显示汉字的地址*/void Display(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char how,bit style,unsigned char *stri) //液晶显示{unsigned char hi=0;if(x==0) send_command(0x80+y);else if(x==1) send_command(0x90+y);else if(x==2) send_command(0x88+y);else if(x==3) send_command(0x98+y);if(style==0){for(hi=0;hi<how;hi++){send_data(*(stri+hi*2));send_data(*(stri+hi*2+1));}}elsefor(hi=0;hi<how;hi++) send_data(*(stri+hi));}float LvBo(void)//复合滤波{unsigned char max,min,i;unsigned int sum=0;float U1;max=GetAdData[0];min=GetAdData[0];for(i=0;i<10;i++){sum=sum+GetAdData[i];if(max<GetAdData[i]) max=GetAdData[i];if(min>GetAdData[i]) min=GetAdData[i];}sum=sum-max-min;U1=(float)sum/8;U1=10.0*((U1*5.0)/255); //换成mvreturn U1;}void search (void)//查表子函数{unsigned int da=0,max,min,mid,j;unsigned int var;da=LvBo()*1000; //u1扩大1000倍da=da+798; //20度max=71;min=0;var=0;while(1){mid=(max+min)/2; //中心元素位置if(K_TABLE[mid]==da) {var=mid*10;break;} //中心元素等于查表元素,计算相应温度else if(K_TABLE[mid]>da) max=mid-1;else min=mid+1;if(max-min==1) /*线性插值计算温度值*/{j=(K_TABLE[max]-K_TABLE[min])/10; /*表中相邻两值对应温度相差10°C*/j=(da-K_TABLE[min])/j;var=10*min+j;break;}if(max==min){if(da>=K_TABLE[min]){j=(K_TABLE[min+1]-K_TABLE[min])/10;j=(da-K_TABLE[min])/j;}else if(da<K_TABLE[min]){j=(K_TABLE[min]-K_TABLE[min-1])/10;j=(da-K_TABLE[min-1])/j;min=min-1;}var=10*min+j;break;}}var=var+500;ViewTemperature[0]=var/1000+0x30;ViewTemperature[1]=var/100%10+0x30;ViewTemperature[2]=var/10%10+0x30;ViewTemperature[3]=var%10+0x30;}void LcdDisplay(void){unsigned char ViewMODESelect,ViewTongDao[5]={"0 "},ViewChangeTime[5]={"00(S)"};ViewMODESelect=MODESelect+0x30;ViewTongDao[0]=TongDao+0x30;if(MODESelect==1||MODESelect==2){if(MODESelect==1) Display(0,3,5,0,"：自动切换");else if(MODESelect==2) Display(0,3,5,0,"：手动切换");Display(0,0,2,0,"模式"); //液晶显示Display(0,2,1,1,&V iewMODESelect);Display(1,0,5,0,"温度通道：");Display(1,5,5,1,V iewTongDao);Display(2,0,4,0,"温度值：");Display(2,4,4,1,V iewTemperature);Display(2,6,2,1,"℃");}else if(MODESelect==3){ViewChangeTime[0]=ChangeTime/10+0x30;ViewChangeTime[1]=ChangeTime%10+0x30;Display(0,0,2,0,"模式");Display(0,2,1,1,&V iewMODESelect);Display(0,3,5,0,"：设置时间");Display(1,0,5,0,"切换时间：");Display(1,5,5,1,V iewChangeTime);Display(2,0,14,1," "); //本行清屏}}void TDSelect(void) //AD通道设置{if(TongDao>=5) TongDao=1;if(TongDao<=0) TongDao=4;if(TongDao==1) {ADC=0;ADB=0;ADA=0;}else if(TongDao==2) {ADC=0;ADB=0;ADA=1;}else if(TongDao==3) {ADC=0;ADB=1;ADA=0;}else if(TongDao==4) {ADC=0;ADB=1;ADA=1;}}main(){unsigned char AdCount=0; //用来存放AD采集次数InitLCD();TMOD=0x11; //定时器0初始化TH0=THC0;TL0=TLC0;TR0=1;ET0=1;EA=1;P2|=0x07; //按键初始为高while(1){ADWR=1; /************/ADCS=0; /************/ADWR=0; /**AD初始化**/ADWR=1; /************/while(!EOC); //等待转换结束ADRD=0;GetAdData[AdCount]=P0; //读取转换结果AdCount++;if(AdCount>=10) //连续采集10次值{AdCount=0;search(); //查表LED1=!LED1;LcdDisplay(); //显示}}}void Timer0() interrupt 1{static unsigned char count=0,UPFlag=1,DOWNFlag=1; //按键标志位static unsigned int TimeCount=0;TH0=THC0;TL0=TLC0;if(MODE==0||UP==0||DOWN==0){count++;if(count>=30) //消抖处理{count=0;if(MODE==0) //按键按下{MODESelect++;if(MODESelect>=4) MODESelect=1;}else if(UP==0){UPFlag=0;if(MODESelect==2){TongDao++;TDSelect();}}else if(DOWN==0){DOWNFlag=0;if(MODESelect==2){TongDao--;TDSelect();}}}}else count=0;if(MODESelect==1){TimeCount++;if(TimeCount>=(ChangeTime*1000/5)){TimeCount=0;TongDao++;TDSelect();}}else if(MODESelect==3){if(UPFlag==0) {UPFlag=1;ChangeTime++;}else if(DOWNFlag==0){DOWNFlag=1;ChangeTime--;if(ChangeTime<=0) ChangeTime=1;}}}。
智能仪器课程设计实例
智能仪器课程设计实例一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握智能仪器的基本原理、结构和工作方式，培养学生具备分析和解决智能仪器实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解智能仪器的定义、分类和发展历程；（2）掌握智能仪器的基本原理和主要组成部分；（3）熟悉智能仪器的接口技术和通信协议；（4）了解智能仪器的应用领域和前景。
2.技能目标：（1）能够分析智能仪器的结构和工作原理；（2）具备智能仪器参数配置和调试能力；（3）能够运用编程语言进行简单的智能仪器编程；（4）具备智能仪器故障排查和维修能力。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对智能仪器行业的兴趣和热情；（2）树立学生科技创新意识，培养创新精神；（3）培养学生团队合作精神和沟通协调能力；（4）增强学生的社会责任感和使命感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.智能仪器概述：智能仪器的定义、分类和发展历程；2.智能仪器的基本原理：传感器、微处理器、存储器、输入/输出接口等；3.智能仪器的结构与组成：硬件系统和软件系统；4.智能仪器的接口技术与通信协议：串口、以太网、USB、无线通信等；5.智能仪器的应用领域：工业自动化、生物医学、环境监测等；6.智能仪器的编程与调试：常用编程语言和开发环境，参数配置与调试方法。
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进行授课：1.讲授法：讲解智能仪器的基本原理、结构和应用领域；2.案例分析法：分析典型智能仪器的实际应用案例，提高学生的实践能力；3.实验法：学生进行智能仪器的操作和编程实践，锻炼学生的动手能力；4.讨论法：学生针对智能仪器的相关问题进行讨论，培养学生的思考和沟通能力。
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：《智能仪器设计与应用》；2.参考书：智能仪器相关论文和专著；3.多媒体资料：智能仪器的实物图片、原理图和视频教程；4.实验设备：智能仪器实验平台、编程软件和调试工具。
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修改和扩展，硬件资源需留有足够的余地.
自诊断功能，需附加设计有关的监测报警电路 硬件抗于扰措施.
线路板注意与机箱、面板的配合，接插件安排 等问题，必须考虑到安装、调试和维修的方便。
软件设计研制：
软件设计作一个总体规划，选择平台
程序功能块划分
确定算法
分配系统资源和设计流程图 编写代码 程序调试和纠错、各部分程序连接及系
向系统的不同配套档次开放，兼顾设计周 期和产品设计，并着眼于社会的公共参与， 为发挥各方面厂商的积极性创造条件； 向用户不断变化的特殊要求开放，兼顾通 用的基本设计和用户的专用要求。
开放式系统设计的具体方法
基于国际上流行的工业标准微机总线结构， 针对不同的用户系统要求，选用相应的有关 功能模块组合成最终用户的应用系统。
统总调
3．仪器综合调试及整机性能测试
系统调试，以排除硬件故障和纠正软件错误， 并解决硬件和软件之间的协调问题。 硬件调试
静态调试 动态调试
查板、电源、 芯片
测试软件
测试程序
软件调试
初级子程序调试
模块程序调试
不需要调用其它 子程序
监控程序调试
性能测试
按照设计任务书规定的设计要求拟定一个测试方 案，对各项功能和指标进行逐项测试。如果某项 指标不符合要求，还得查明原因，作相应调整； 直至完全达到设计要求为止。
组合化设计的基础是模块化(又称积木化)，硬、 软件功能模块化是实现最佳系统设计的关键。
组合化设计方法的优点
现成的功能模块，简化设计并缩短设计周期。 结构灵活，便于扩充和更新，使系统的适应性 强。 维修方便快捷。 功能模板可以组织批量生产，使质量稳定并降 低成本。
三、智能仪器的研制步骤
智能仪器设计
一、基本要求 二、设计原则 三、研制步骤
一、智能仪器设计的基本要求
无论仪器的规模多大，其基本设计 要求大体上是相同的，在设计和研制 智能仪器时必须予以认真考虑。
1. 技术(经济)指标及功能 2. 可靠性 3. 便于操作和维护 4. 工艺结构与造型设计
1.技术指标及功能应满足要求 主要技术指标：
系统设计者将主要精力放在分析设计目标， 确定总体结构，选择系统配件等方面，而不 是放在部件模块设计及用于解决通用软件的 开发设计上。
组合化（集成化）设计方法
开放式体系结构和总线系统技术发展，导致了 工业测控系统采用组合化设计方法的流行，即 针对不同的应用系统要求，选用成熟的现成硬 件模板和软件进行组合。
样机研制成本：系统设计、调试和软件开 发，硬件成本不是考虑的主要因素。
生产成本：生产数量越大，每台产品的平 均研制费就越低，仪器硬件成本对产品的生产 成本有很大影响。
使用成本：维护费、备件费、运转费、管 理费、培训费等。 必须综合分析后做出选用方案的正确决策。
3．组合(集成)化与开放式设计原则
应采取各种措施提高仪器的可靠性， 从而保证仪器能长时间稳定工作。
可靠性设计与实验： • 硬件可靠性设计
• 软件可靠性设计 • EMC设计
3．便于操作和维护
在仪器设计过程中，应考虑操作方 便，尽量降低对操作人员的专业知识 的要求，以便产品的推广应用。 仪器的控制开关或按钮不能太多、 太复杂，操作程序应简单明了，从而 使操作者无需专门训练，便能掌握仪 器的使用方法。
关于课程考核问题
总成绩＝作业与报告25分＋实验15分＋期末60分 作业与报告： 第四章作业一次（已留过） 第八章作业 综合设计报告 实验：根据新设计的系统进展情况再安排 考试：闭卷方式
关于综合设计报告
报告的格式及内容
如何高质量的完成设计
报告的格式及内容
封面：智能仪器综合设计报告
题目： 班级： 姓名： 时间：
《仪器设计任务书》
主要内容 a.仪器名称、用途； b.特点及简要设计思想; c.主要技术指标; d.仪器应具备的功能； e.仪器的设备规模； f.系统的操作规范。
拟定设计方案
《仪器设计任务书》
确定微机系统的构成
硬件与软件的划分、折衷 软件设计方案
硬件设计方案
2．硬件、软件研制阶段
硬件研制：
采用功能强的芯片以简化电路,
确定设计任务并拟定设计 方案
三 个 阶 段
硬件和软件研制
软硬件综合调试 整机性能测试和评估
1.确定设计任务、拟定设计方案
项目调研,了解现状和动向， 明确任务、确定指标功能
写出设计任务书
拟定设计方案
《仪器设计任务书》
●主要作用：
a.研制单位设计仪器的立项基础 ； b.反映仪器的结构、规定仪器的功能指标， 明确研制人员的设计目标； c.作为研制完毕进行项目验收的依据。
可维护性
智能仪器还应有很好的可维护性， 为此，仪器结构要规范化、模块化，并 配有现场故障诊断程序，一旦发生故障， 能保证有效地对故障进行定位，以便更 换相应的模块，使仪器尽快地恢复正常 运行。
故障诊断、可测试性
4．仪器工艺结构与造型设计要求
仪器结构工艺:是影响可靠性的重要因素， 首先要依据仪器工作环境条件，是否需要 防水、防尘、防爆密封，是否需要抗冲击、 抗振动、抗腐蚀等要求，设计工艺结构； 仪器的造型设计:总体结构的安排、部件间 的连接关系、面板的美化等都必须认真考 虑，最好由结构专业人员设计，使产品造 型优美、色泽柔和、外廓整齐、美观大方。
设计智能仪器系统面临三个突出的问题： ★ 产品更新换代太快；
★
★
市场竞争日趋激烈；
满足用户不同层次和不断变化的要求。
在电子工业和计算机工业中推行一种不同于传统 设计思想的所谓“开放系统”的设计思想。
“开放系统”的设计思想
在技术上兼顾今天和明天，既从当前实际 可能出发，又留下容纳未来新技术机会的 余地；
报告正文
设计任务书（设计报告的摘要）
一、选题意义和国内外现状
二、设计方案
三、硬件设计 四、软件设计 五、实验测试方法
参考资料（图书、杂志、网址）
二、智能仪器设计3原则
1.从整体到局部(自顶向下)的设计原则 2.较高的性能价格比原则 3.组合(集成)化与开放式设计原则
1.从整体到局部设计原则
在硬件或软件设计时，把复杂的、难处 理的问题，分为若干个较简单的、容易 处理的问题，然后再一个个地加以解决。
仪器功能和要求
提出总任务 绘制硬件和软件总功能框图
精度、分辨能力、: 研制投入 \ 市场价格 \ 需求量 \ 利 税\节能\
应具备的功能：
输出、人机对话、通信、报警提示、 仪器状态的自动调整等。
2．可靠性要求
仪器可靠性是最突出也是最重要的性能。
• • • • 直接影响测量结果的正确与否 将影响工作效率 仪器信誉 在线检测与控制类仪器更是如此，由于仪 器的故障造成整个生产过程的混乱，甚至引 起严重后果。
第八章 智能仪器设计实例
第一节 第二节 智能仪器的设计原则及研制 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
第一节
智能仪器的设计原则及研制步骤
智能仪器的研制开发是一个较为复 杂的过程。为完成仪器的功能，实现 仪器的指标，提高研制效率，并能取 得一定的研制效益，应遵循正确的设 计原则、按照科学的研制步骤来开发 智能仪器。
分解成可独立表征的 一批子任务：单独的实体进行设计和调试
子任务分解：
足够简单容易实现
低级子任务：
采用通用模块
最低的难度 最高的可靠性
2.较高的性能价格比原则
仪器的造价：研制成本、生产成本、使
用成本。
设计时不盲目追求复杂、高级的方案。
在满足性能指标的前提下，应尽可能采 用简单成熟的方案，意味着元器件少， 开发、调试、生产方便，可靠性高。