智能化仪器仪表课程设计简介30页PPT
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智能仪器仪表课程设计
摘要随着时代的进步和发展，智能仪表已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本文主要介绍了一个基于89C51单片机的温度报警系统，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和模数转换，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。
AT89C51与ADC0808结合实现最简温度报警系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。
关键词：温度报警；ADC0808；AT89C51目录1 智能仪器仪表的简介 (2)1.1智能仪器仪表简介 (2)1.2智能仪器仪表的作用 (2)1.3本课题的背景和意义 (3)2 系统设计简介 (4)2.1 芯片简介 (4)2.2 设计要求 (4)2.3 设计方案论证 (4)2.4 硬件设计电路 (5)3 系统硬件设计 (6)3.1控制模块 (6)3.2显示电路 (6)3.3转换模块 (7)3.4报警模块 (7)3.5系统总体电路图 (8)4 设计语言及软件介绍 (9)4.1 keil语言介绍 (9)4.2 Proteus软件介绍 (9)4.3 keil与proteus联调与仿真实现 (10)5 系统软件设计 (11)5.1 程序设计思路 (11)5.2源程序 (12)5.3 调试及仿真 (17)6 结论 (18)7 参考文献 (18)1 智能仪器仪表的简介1.1智能仪器仪表简介仪器仪表（英文：instrumentation）仪器仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。
真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法器等均属于仪器仪表。
广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能，例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪表，和电动调节仪表，以及集散型仪表控制系统也皆属于仪器仪表。
智能仪器设计基础PPT课件
4)友好的人机对话功能
使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员通过键盘 输入命令，用对话方式选择测量功能和设置参数。同时，智能 仪器能输出多种形式的数据，如通过显示屏将仪器的运行情况、 工作状态以及处理结果以数字或图形形式输出。
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1.3.2 智能仪器的特点
5) 可程控操作能力
体积庞大，功能单一，价格昂贵， 开放性差，响应速度慢，精度低 。
万用表、电子示波器、信号发 生器等磁电式和电子式模拟仪 器仪表
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2. 各个时期的发展
60年代
数字式仪器
随集成电路的出现，以集成电路芯片为基础。
基本工作原理 特点
在测量过程中将模拟信号转换为 数字信号，测量结果以数字形式 显示和输出
15
网络化仪器
实现过程： 可实现任意时间、任何地点对系统的远程访问，实
时获得仪器的工作状态；通过友好的用户界面，对远程 仪器的功能和状态进行控制和检测，将远程仪器测得的 数据经网络迅速传递给本地计算机。
优点
可以使测试人员不受时间和空间的限制， 随时随地获取所需信息，同时还可以实现测 试设备的远距离测试与诊断，提高测试效率， 减少测试人员的工作量，方便修改、扩展。
16
网络化仪器
发展方向： 网络化仪器是一种涉及多门学科、涵盖范围更
宽、应用领域更广的仪器范畴，可以做到从任何地 点、任意时间获取所需要的任何地方的测量信息。 仪器正朝着数字化、网络化和多媒体化方向发展。
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智能仪器发展前景
智能仪器是计算机科学、电子学、数字 信号处理、人工智能、VLSI等新兴技术与传 统仪器仪表技术的结合。随着专用集成电路、 个人仪器、网络技术等相关技术的发展，智 能仪器将会得到更加广泛的应用。作为智能 仪器核心部件的单片计算机技术是推动智能 仪器向小型化、多功能化、更加灵活的方向 发展的动力。可以预料，各种功能的智能仪 器将会广泛地使用在各个领域。
使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员通过键盘 输入命令，用对话方式选择测量功能和设置参数。同时，智能 仪器能输出多种形式的数据，如通过显示屏将仪器的运行情况、 工作状态以及处理结果以数字或图形形式输出。
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1.3.2 智能仪器的特点
5) 可程控操作能力
体积庞大，功能单一，价格昂贵， 开放性差，响应速度慢，精度低 。
万用表、电子示波器、信号发 生器等磁电式和电子式模拟仪 器仪表
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2. 各个时期的发展
60年代
数字式仪器
随集成电路的出现，以集成电路芯片为基础。
基本工作原理 特点
在测量过程中将模拟信号转换为 数字信号，测量结果以数字形式 显示和输出
15
网络化仪器
实现过程： 可实现任意时间、任何地点对系统的远程访问，实
时获得仪器的工作状态；通过友好的用户界面，对远程 仪器的功能和状态进行控制和检测，将远程仪器测得的 数据经网络迅速传递给本地计算机。
优点
可以使测试人员不受时间和空间的限制， 随时随地获取所需信息，同时还可以实现测 试设备的远距离测试与诊断，提高测试效率， 减少测试人员的工作量，方便修改、扩展。
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网络化仪器
发展方向： 网络化仪器是一种涉及多门学科、涵盖范围更
宽、应用领域更广的仪器范畴，可以做到从任何地 点、任意时间获取所需要的任何地方的测量信息。 仪器正朝着数字化、网络化和多媒体化方向发展。
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智能仪器发展前景
智能仪器是计算机科学、电子学、数字 信号处理、人工智能、VLSI等新兴技术与传 统仪器仪表技术的结合。随着专用集成电路、 个人仪器、网络技术等相关技术的发展，智 能仪器将会得到更加广泛的应用。作为智能 仪器核心部件的单片计算机技术是推动智能 仪器向小型化、多功能化、更加灵活的方向 发展的动力。可以预料，各种功能的智能仪 器将会广泛地使用在各个领域。
第7章 智能化技术 智能仪器教学课件
1、 RAM自检
2、ROM自检
3、特殊功能寄存器自检 4、总线及Ｉ／Ｏ接口电路自检
5、Ａ／Ｄ、Ｄ ／Ａ自检
A/D转换器及标定电路的自检 D/A转换器的自检
6、显示部件自检
四、自检软件
第２节 克服随机误差的数字滤波法
常用数字滤波算法有：程序判断、 中立值滤波、算术平均滤波、递推平 均滤波、加权递推平均滤波、一阶惯 性滤波和复合滤波等。
按莱特准则，当测量数n→∞，且误差服从正态分布时， 在各次测量值中，若某次测量值X(i)所对应的剩余误差Vi 大于3σ，则Vi为粗大误差，X（i）为奇异值，应剔除。
⑤剔除坏值后，重复①~④步，求出数学期望值：
1 n
Y X (i) n i1
思考与练习
P196：1，3，4，6
2）人工自动校正
第４节 消除粗大误差的软件算法
一、粗大误差的性质 二、数字滤波法消除粗大误差 1、莱特准则数字滤波法
１，…，Ｘn为n次采样值，
①求测量数据的算术平均值
Y
1
'
n'
X (i)
i 1
n ②求采样数据的剩余误差
Vi X(i)Y
③计算标准偏差
V
1
n
2
n1 i1 i
④判断并剔除奇异项。
时放大器输出电压UO3： UO3G
b.再将S2接通，S3断开，即给定的基准电压UＲ接至放大器
的输入端。此时输出电压UO2：U O 2(UR)G
c.最后将Ｓ１接通，Ｓ２断开，此时输出电压UO1：
U O 1(UX)G
则待测的未知量Ux：
U U O1
O3
U U X
R
U U O2
O3
智能仪器的设计实例PPT课件
图8-18所示温度桥测电路的输出电压为
U
Rt Rt R1
R3 R2 R3
(V8O-U1T)
由上式可求出Rt值，再利用下式可求出温度值t。
(8-2)
Rt 1 At Bt2 R3
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式中： A=3.096847×10-7； B=-5.847×10-3。 为了提高测量精度，本设计将温度分两档进行测量，
硬件电路设计的主要任务是从机系统及通信接口电 路的设计。在从机系统中，键盘及LCD显示器的设计属于 常规设计，此处省略。主要介绍模拟量输入通道(温度传 感器、信号调理电路、A/D转换器)以及通信接口电路的 设计。
1. 温度检测电路的设计 系统的温度检测范围为0～400℃，可选用的温度传感器有 集成温度传感器、热电偶以及热电阻等。
8.5.1 检测系统总体设计
多路远程温度检测系统采用分布式检测结构，由一台主机 系统和多台从机系统构成。
➢从机根据主机的指令对各点温度进行实时或定时采集， 测量结果不仅能在本地存储、显示，而且可以通过串行 总线将采集数据传送至主机。
➢主机的功能是发送控制指令，控制各个从机进行温度采 集，收集从机测量数据，并对测量结果进行分析、处理、 显示和打印。
• 稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小 输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工 作电流的值一般为1.5mA。
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仪用放大器AD620 • 差动放大电路适合一般的信号放大电路，但是电路精密度
较差，且电路上变更放大增益时，必须调整两个电阻，影 响整个信号放大精度的原因更复杂。 • AD620的基本特点为精确度高，使用简易，低通讯，低
➢热电阻测量精度高、性能稳定，使用方便，测量范围为 -200～600℃，完全满足设计要求。考虑到铂电阻的测 量精度较高，所以设计选择铂电阻PT100作为传感器。 铂电阻测量温度的原理是将温度的变化转变为电阻值的
智能仪表原理与设计PPT学习教案
1986年，IMEKO(International Measurement Confederation,国际测量联合会)以“智能仪器”为主 题召开了专门的讨论会，
第10页/共29页
1988年，IFAC(International federation of Automatic Control,国际自动控制联合会)的理事会正式确定“智 能元件及仪器”（Intelligent Components and Instruments）为其系列学术委员会之一 1989年5月，在武汉召开了第一届测试技术与智能仪 器国际学术讨论会
•确定设计任务和仪表功能，提出设计初步方案。
•绘制硬件及软件总框图，确定硬件类型和数量，注 意单片机的选择以及权衡硬、软件的比例。 •硬件电路的设计、研制和调试。用专业软件CAD 绘 图布线，力求标准化、规范化。
第24页/共29页
•应用软件的设计、程序编制和调试。注意结构清晰 、编程规范。通常，用仿真器进行调试。 •仪表结构设计，力求造型优美、色泽柔和、美观 大方、外廓整齐、细部精致，便于操作、维修。 ➢仪表总调、性能测定。对设计所要求的全部功能 进行测试，发现问题，应及时修改，直至满足设计 指标。最后要写出性能测试报告。
第22页/共29页
模块的连接：
软件模块的连接, 一般是通过监控主程序调用各 种功能模块，或采用中断的方法实时地执行相应的 服务模块来实现；硬件模块（模板）的连接一般是 以主机模块为核心，通过内部总线（数据总线、地 址总线和控制总线）连接其它模块。
第23页/共29页
1.2.2 设计、研制的主要内容
第3页/共29页
➢控制系统结构及仪表的发展 基地式：20世纪50年代 单元组合式： DDZ, QDZ 20世纪60年代 计算机： DDC, DCS 20世纪70年代 先进控制和优化控制：CIPS, FCS 20世纪80 年代以后
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1988年，IFAC(International federation of Automatic Control,国际自动控制联合会)的理事会正式确定“智 能元件及仪器”（Intelligent Components and Instruments）为其系列学术委员会之一 1989年5月，在武汉召开了第一届测试技术与智能仪 器国际学术讨论会
•确定设计任务和仪表功能，提出设计初步方案。
•绘制硬件及软件总框图，确定硬件类型和数量，注 意单片机的选择以及权衡硬、软件的比例。 •硬件电路的设计、研制和调试。用专业软件CAD 绘 图布线，力求标准化、规范化。
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•应用软件的设计、程序编制和调试。注意结构清晰 、编程规范。通常，用仿真器进行调试。 •仪表结构设计，力求造型优美、色泽柔和、美观 大方、外廓整齐、细部精致，便于操作、维修。 ➢仪表总调、性能测定。对设计所要求的全部功能 进行测试，发现问题，应及时修改，直至满足设计 指标。最后要写出性能测试报告。
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模块的连接：
软件模块的连接, 一般是通过监控主程序调用各 种功能模块，或采用中断的方法实时地执行相应的 服务模块来实现；硬件模块（模板）的连接一般是 以主机模块为核心，通过内部总线（数据总线、地 址总线和控制总线）连接其它模块。
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1.2.2 设计、研制的主要内容
第3页/共29页
➢控制系统结构及仪表的发展 基地式：20世纪50年代 单元组合式： DDZ, QDZ 20世纪60年代 计算机： DDC, DCS 20世纪70年代 先进控制和优化控制：CIPS, FCS 20世纪80 年代以后
智能化仪器仪表课程设计简介2012.
三、上机安排与成绩考核
1、上机安排及分组情况 两人一组：一套仿真器和一台计算机，
测控3班 ：(15周1-5上午、16周1-3上午） 测控4班 ：(15周1-5下午、16周1-3下午）
地点：仰北503
2、成绩考核
五分制：平时成绩（20％）、作品成绩（60％）和设计报告 成绩(20%)综合评定。
2018/10/18
2018/10/18
计量测试工程学院
一、实时时钟芯片DS12887
5、 寄存器B
SET 位：芯片工作控制位。该位为 1 时，芯 片停止工作，此时可对芯片进行初始化； 该位为0时，芯片处于工作状态，每秒产 生一个更新中断。
2018/10/18
计量测试工程学院
一、实时时钟芯片DS12887
PIE 、AIE、UIE位：这三位分别是周期中断、报 警中断、更新中断的允许控制位。当各位写 1 时，将允许芯片发出相应的中断。 SQWE位：方波输出允许位。 DM 位：时标寄存器用十进制 BCD 码格式或用二进 制码格式的选择位。 DM 为 1 时，表示二进制码； DM为0时，表示十进制BCD码。
计量测试工程学院
智能化仪器课程设计
智能计时温湿度计 硬件电路设计
2018/10/18
计量测试工程学院
一、实时时钟芯片DS12887
1、引脚
2018/10/18
计量测试工程学院
一、实时时钟芯片DS12887
AD0～AD7：地址／数据分时复用线。 MOT: 总线类型选择。接高电平，选择摩托罗拉时序，接低电平， 选 择英特尔时序； AS: 址选通信号：下降沿将地址锁存在DS12887内部以选通其内部 RAM； R/W:读／写控制信号，在英特尔时序下, R/W用做wr信号。 DS：数据选通信号。在英特尔时序下，DS用做读RD信号。 /RESET:复位输人；要求复位时间应大于200ms。 /IRQ:中断请求输出信号。只要内部所允许的中断信号存在，它就保 持在低电平上。 SQW：方波输出信号。
《智能仪器设计》课件
技术更新
智能仪器技术不断发展，如何及时更新设 备和技术以保持其竞争力是一个挑战。
THANK YOU
通信技术
通信技术是智能仪器实现远程 控制和数据传输的关键技术之 一。
通信技术包括有线通信和无线 通信两种方式，能够实现仪器 与计算机、仪器与仪器之间的 数据传输和控制。
通信技术的性能指标包括传输 速率、传输距离、传输质量和 可靠性等，直接影响智能仪器 的远程控制和数据传输效果。
随着通信技术的不断发展，智 能仪器可以实现更快速、更稳 定、更可靠的数据传输和控制 。
04
智能仪器设计实例
智能温度计设计
总结词
实时监测、远程控制、高精度测量
详细描述
智能温度计采用高精度传感器和微处理器，能够实时监测环境温度，并通过无 线通信技术将数据传输到手机等设备上。用户可以通过手机应用程序远程查看 温度数据和控制温度计的开关，方便实用。
智能血压计设计
总结词
一键测量、自动分析、云端存储
智能仪器的发展历程
01
02
03
04
20世纪70年代
随着微处理器和计算机技术的 快速发展，智能仪器开始出现
。
20世纪80年代
智能仪器在工业生产中得到广 泛应用，成为工业自动化领域
的重要支柱。
20世纪90年代
随着计算机技术的不断进步， 智能仪器的功能越来越强大，
智能化程度越来越高。
21世纪
智能仪器已经成为工业自动化 领域不可或缺的重要部分，广
详细描述
智能血压计具备一键测量功能，用户只需将手臂放在血压计的感应区域内，血压计即可自动测量并记录数据。同 时，血压计内置的微处理器会对测量结果进行自动分析，并将数据上传至云端存储，方便用户随时查看和跟踪自 己的血压状况。
智能仪器课件第1章ppt
•举例
前面介绍的个人仪器、VXI总线仪器、虚拟 仪器等属于微机扩展式仪器。
注意： 微机内嵌式智能仪器是智能仪器
设计的基础，本书着重介绍。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
1.3.2智能仪器的组成
•举例：
高级汽车的燃料喷射系统、空调系统、音响 部分、ABS系统、卫星定位系统、安全气囊系统 等多处都含有微机
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
微机扩展式 ：
将检测功能扩展到微机中，由特定的硬件模 块完成被测输入信号的采集，放大，以及输出信 号的数模转换等功能，利用微机的硬件和软件资 源完成数据分析和显示，给使用者的感觉首先是 一个微机系统。
标准化程度高、扩展性好。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
2. 各个时期的发展
80年代后期
虚拟仪器（Virtual Instrument）
美国国家仪器（NI）公司提出
虚拟仪器
2、多功能化
多功能是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速 度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有 脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发 生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上比专用脉冲发 生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的 解决方案。
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前面介绍的个人仪器、VXI总线仪器、虚拟 仪器等属于微机扩展式仪器。
注意： 微机内嵌式智能仪器是智能仪器
设计的基础，本书着重介绍。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
1.3.2智能仪器的组成
•举例：
高级汽车的燃料喷射系统、空调系统、音响 部分、ABS系统、卫星定位系统、安全气囊系统 等多处都含有微机
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
微机扩展式 ：
将检测功能扩展到微机中，由特定的硬件模 块完成被测输入信号的采集，放大，以及输出信 号的数模转换等功能，利用微机的硬件和软件资 源完成数据分析和显示，给使用者的感觉首先是 一个微机系统。
标准化程度高、扩展性好。
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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
2. 各个时期的发展
80年代后期
虚拟仪器（Virtual Instrument）
美国国家仪器（NI）公司提出
虚拟仪器
2、多功能化
多功能是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速 度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有 脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发 生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上比专用脉冲发 生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的 解决方案。
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