智能仪器设计基础-5(数据采集3)
智能仪器 课程设计
题目要求： 利用三轴加速度传感器实现跌倒的检测。在PSoC 3 FirstTouch板上实现。 一、学习PSOC的开发环境creator的使用。首先图示化选定所用的硬件并产生该硬件的API 函数，然后类似keil环境下做C语言程序。 二、https://www.wendangku.net/doc/0315850437.html,/data/html/2010-9-14/85764.html理解加速度传感器检测跌倒的算法原理。 三、PSoC 3 FirstTouch上有三轴加速度传感器KXSC7-2050，实现跌倒检测算法。 摘要 跌倒是指人身体的任何部位意外地触及地面或其它较低的平面，而当事人无法实时做出反应．跌倒是对健康，乃至生命的严重威胁。随着老龄化社会的到来，对跌倒的监测和及时报警日益成为一个紧迫的问题。 跌倒监测报警系统的目标是能够将跌倒(Fall)与日常生活的正常动作(Activities of Daily Life，ADL)区分开来，准确地检测跌倒的发生，并智能判断是否需要报警求助。从而尽可能地缩短救助时闻，减小跌倒带来的伤害，降低误报率，最终提升被监测者的生活质量。 本次研究采用了PSoC 3 FirstTouch实验板，利用三轴加速度传感器KXSC7-2050搭建了三维加速度监测系统。 研究主要分为两部分：第一，对跌倒和ADL进行定义和模式分类，通过佩戴在腰间的数据记录系统记录各模式下的三维加速度数据，并对其进行处理、分析和比较；第二，根据分析结果，提出了以SVM或SMA为特征量，以人体状态及姿态为辅助判据的算法，并总结出了具体阈值相关参数。另外，还提出了基于三维加速度数据的步态分析及跌倒预警的设想，并进行了步频分析等初步的分析与论证． 关键词：跌倒检测监测三维加速度传感器 跌倒判断方式 对跌倒的自动检测可通过直接或间接的手段。常见的手段包括： (1)视频分析：需要在每个盗测区域安置设备，不方便且昂贵； (2)声响或振动分析：该方法认为跌倒可通过频率分析与其它活动区分开来，但各种各样的地面材质是一个棘手蛉问题； (3)智能护理系统：跌倒发生后的当然结果就是在其后的一段时期内，被监测者几乎不会有运动，缺点是反应需要的对间较长且易误报警； (4)随身佩戴的装置：它们能够即时检测出跌倒，且如果有智能判断，可自动决定是否发出摄警或求救信号。’ 显然，第四种方案简便、可靠、经济，且易与现有技术结合，从而达到更好的监测效果，难点在予检测的准确性：既不能漏过每一次跌倒，也不能将正常活动误报为跌倒，其中的平衡取舍较难掌握。 早期的跌倒判定手段和方法比较简单，其结果也受较大的限制。如，手杖中的水银开关。该检测方法默认，当跌倒发生时，手杖也躺倒呈水平状态，此时水银开关导通发出报警信号。显然这样的手段太过简单，结果也很粗糙。之后渐渐出现了以加速度信号为监测对象的监测
《智能仪器》(第二版 程德福 林君)课后习题参考答案
智能仪器考试题型：名词解释、简答、简述、综合 没有给重点，但是老师说考题都是由课后习题凝练出来的，所以我将大部分课后习题答案整理出来，仅供参考。难免有错误，望大家谅解并指出。 课后习题参考 第一章 1-1 你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。 解：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。 1-2 结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。 解：P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）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（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。 P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。 聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。 1-3 仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5
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。
《智能仪器》复习题及答案
《智能仪器》复习参考题及答案 一、填空题 1.在电子设备的抗干扰设计中，接地技术是一个重要环节，高频电路应选择 （多）点接地，低频电路应选择（单）点接地。 2.智能仪器的键盘常采用非编码式键盘结构，有独立式键盘和（矩阵） 式键盘，若系统需要4个按键，应采用（独立式）键盘结构。大于8个时采用矩阵式键盘 3.智能仪器的显示器件常用（ LED ）数码管或液晶显示器，其中（ LED 数码管）更适合用于电池供电的便携式智能仪器。 4.智能仪器的模拟量输入通道一般由多路模拟开关、（放大器）、滤波 器、（采样保持器）和A/D转换器等几个主要部分所组成。 5.对电子设备形成干扰，必须具备三个条件，即( 干扰源 )、（传输 或耦合的通道）和对干扰敏感的接收电路。 6.干扰侵入智能仪器的耦合方式一般可归纳为：（传导）耦合、公共阻 抗耦合、静电耦合和（电磁）耦合。 7.RS-232C标准串行接口总线的电气特性规定，驱动器的输出电平逻辑“0”为 （ +5 ～ +15 ）V, 逻辑“1”为（ -5 ～ -15 ）V。 8.智能仪器的随机误差越小，表明测量的（精确）度越高；系统误差越 小，表明测量的（准确）度越高。 9.智能仪器的故障自检方式主要有（开机）自检、（周期性）自 检和键控自检三种方式。 10.双积分型A/D转换器的技术特点是：转换速度（较慢），抗干扰能力 （强）。 11.智能仪器修正系统误差最常用的方法有3种：即利用（误差模型）、 （校正数据表）或通过曲线拟合来修正系统误差。 12.为防止从电源系统引入干扰，在智能仪器的供电系统中可设置交流稳压器、 （隔离变压器）、（低通滤波器）和高性能直流稳压电源。 13.为减小随机误差对测量结果的影响，软件上常采用（算数平均）滤波 法，当系统要求测量速度较高时，可采用（递推平均）滤波法。 14.随着现代科技和智能仪器技术的不断发展，出现了以个人计算机为核心构成 的（个人）仪器和（虚拟）仪器等新型智能仪器。 15.智能仪器的开机自检内容通常包括对存储器、（显示器和键盘）、（模 拟量I/O通道）、总线和接插件等的检查。 16.异步串行通信是以字符为单位进行传送的，每个字符都附加了（同步） 信息，降低了对时钟精度的要求，但传输效率（较低）。
智能仪器设计基础考试重点题目
1、智能仪器的发展趋势 （1）微型化（2）多功能化（3）人工智能化（4）网络化 2、智能仪器的分类、组成和特点 （1）从发展应用的角度看，智能仪器系统分为微机内嵌和微机扩展两大类。（2）智能仪器由硬件和软件两大部分组成。硬件包括微处理器、存储器、输入通道、输出通道、人机接口电路、通信接口电路。 （3）智能仪器的特点○1操作自动化○2具有自测功能○3具有数据分析和处理功能○4具有友好的人机对话功能○5具有可程控操作能力 2.1常见的A/D转换器有哪几种类型？其特点是什么？ 答：类型（1）并联比较型A/D转换器（2）逐次逼近型A/D转换器（3）双积分型A/D转换器（4）￡-△调制型A/D转换器 特点：○1转换速度快，随着转换位数的增加，所需的硬件个数多○2精度、速度、和价格均适中，抗干扰能力差○3精度高、抗干扰性好价格低廉，转换速度较慢○4具有积分式与逐次式的双重优点，以很低的采样分辨率和很高的采样频率将模拟信号数字化 2.4模拟量输出通道有哪几种基本机构？试说明其特点和使用场合。 答：（1）单通道结构：只有一路信号输入，常用于频率较高的模拟信号的A/D 转换。 （2）多通道结构：○1多通道并行结构：常用于模拟信号频率很高且各路必须同步采样的高转换速率系统，速度快、成本高、体积功耗大○2多通道共享结构：适合对转换要求不高的系统。通道速度慢，元件开销少 2.7 在设计智能仪器时，选择模拟多路开关要考虑的主要因素是什么？ 答：（1）通道数量（2）泄漏电流（3）导通电阻（4）开关速度 4.1为什么要消除键盘抖动？消除键盘抖动的方法？实现的原理是什么？ 答：因为抖动可能导致计算机将一次按键操作误判多次操作。 方法一：硬件去抖动，利用RS触发器的互锁功能去抖动，可以得到理想的按键输出波形。 方法二:软件延时去抖动，通过CPU首次检测到按键按下或松开信息时，延时一段时间，从而躲过抖动期，等待按键稳定后，CPU再次检测，确定按键的状态。 4.4试说明非编码键盘扫描的原理。 答：扫描法（1）判断键盘上有无键闭合（2）消除键抖动影响，软件延时10~20ms，去抖动（3）若有键闭合，则确定闭合键的键值（4）为了保证键每闭合一次，CPU仅做一次处理。 线反转法：（1）P1.7-P1.4作为输出线，P1.3-P1.0作为输入线，并使P1口输出0FH。（2）P1.7-P1.4作为输入线，P1.3-P1.0作为输出线 4.10触摸屏的种类主要有哪些？各有什么特点？ 答：（1）电阻式触摸屏，经济型好，供电要求简单，非常容易产业化而且适用的领域多种多样。（2）红外线触摸屏，价格便宜、安装容易，能较好地感应轻微触摸与快速触摸（3）电容式触摸屏，透光率和清晰度高，不但能保护导体和感应器，还能防止环境因素给触摸屏造成的影响。（4）表面声波触摸屏，对原显示器的清晰度影响小，经久耐用。 4.11简述LED显示器动态显示方式的原理及优点？ 答：LED驱动用8位的I/O端口驱动，LED共阳极或共阴极由相应的I/O端口控制，轮流选通，由于人的视觉暂留现象和发光二极管的余晖效应，人眼仍感觉所有的器件都在同时显示，获得稳定的视觉效果。优点是占用I/O端口少。4.12简述红外线触摸屏的工作原理及特点。
关于数据采集技术的内容
关键词：声卡数据采集MATLAB 信号处理 论文摘要：利用数据采集卡构建的数据采集系统一般价格昂贵且难以与实际需求完全匹配。声卡作为数据采集卡具有价格低廉、开发容易和系统灵活等优点。本文详细介绍了系统的开发背景,软件结构和特点,系统地分析了数据采集硬件和软件设计技术,在此基础上以声卡为数据采集卡,以MATLAB为开发平台设计了数据采集与分析系统。 本文介绍了MATLAB及其数据采集工具箱, 利用声卡的A/ D、D/ A 技术和MATLAB 的方便编程及可视化功能,提出了一种基于声卡的数据采集与分析方案,该方案具有实现简单、性价比和灵活度高的优点。用MATLAB 语言编制了相应软件,实现了该系统。该软件有着简洁的人机交互工作界面,操作方便,并且可以根据用户的需求进行功能扩充。最后给出了应用该系统采集数据的应用实例。 1绪论 1.1 课题背景 数据也称观测值，是实验、测量、观察、调查等的结果，常以数量的形式给出。数据采集，又称数据获取，就是将系统需要管理的所有对象的原始数据收集、归类、整理、录入到系统当中去。数据采集是机管理系统使用前的一个数据初始化过程。数据采集技术广泛引用在各个领域。比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。 数据采集（Data Acquisition）是将被测对象(外部世界、现场)的各种参量(可以是物理量，也可以是化学量、生物量等)通过各种传感元件作
适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到控制器进行数据处理或存储记录的过程。 被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据测量是数据采集的基础。数据测量方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，都以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。数据采集含义很广，包括对连续物理量的采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量数据。 在智能仪器、信号处理以及自动控制等领域，都存在着数据的测量与控制问题，常常需要对外部的温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集。数据采集技术是一种流行且实用的技术。它广泛应用于信号检测、信号处理、仪器仪表等领域。近年来，随着数字化技术的不断，数据采集技术也呈现出速度更高、通道更多、数据量更大的发展态势。 数据采集系统是一种应用极为广泛的模拟量测量设备，其基本任务是把信号送入计算机或相应的信号处理系统，根据不同的需要进行相应的计算和处理。它将模拟量采集、转换成数字量后，再经过计算机处理得出所需的数据。同时，还可以用计算机将得到的数据进行储存、显示和打印，以实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被用作生产过程中的反馈控制量。
智能仪器设计课程设计
智能仪器设计课程设计 8. 试设计智能仪表 实现智能数字显示仪表。要求8位数码管显示（4位显示测量值，4位显示设定值），4输入按钮（功能选择、数码管选择、数字增加、数字减少），可设定上下限报警（蜂鸣器报警）。适配Cu100热电阻，测温范围为0℃~150℃。采用位式（两位、三位，具有滞环）控制、并用晶闸管过零驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。 《智能仪器设计基础课程设计》----40题目 教学说明： 如下设计题目应该在课程开始时布置，并在教学中安排时间，以产品设计案例教学方式讲授如何理解题目以及如何实现题目，并补充完成题目所需要的相关知识。 如下的智能仪表课程设计题目，都是小型智能仪表产品开发方面的题目。涉及智能仪表硬件与软件设计。智能仪器课程设计是智能仪器课程教学的重要环节，根据设计智能仪表产品的课程改革目的，特选择一些小型智能仪表产品作为课设题目，满足教学需求。课程题目小，学生容易学，上手快，可以在短时间走完智能仪表设计的全过程，学会产品设计步骤。 1.设计基本要求 （1）正确理解设计题目，经过查阅资料，给出正确设计方案，画出详细仪表原理框图（各个功能部分用方框表示，各块之间用实际信号线连接）。 在互连网上收集题目中所用到的器件资料，例如传感器（热偶分度表等）、信号调理电路、AD转换器、单片机、继电器、电源、显示器件等。 在互连网上收集相关单片机的显示、AD转换、显示、控制算法等程序。 在充分研究这些资料基础之上，给出设计方案（选择信号调理电路、单片机、显示、按键输入、继电器驱动、电源等，简要说明选择的理由） （2）用Protel99SE软件设计仪表详细原理图。 要求正确标记元件序号、元件数值、封装名。 （3）设计PCB图 在画PCB前应该购买元件，因为有了元件才知道封装尺寸，但也可以不购买元件，只到元件商店测量实际元件尺寸后，画封装图。 （4）熟悉单片机内部资源，学会ADC、SPI接口、定时器、中断、串口、I/O引脚等模块的编程。 （5）采用C语言开发所设计仪表的程序。 按照题目要求，确定仪表需要完成的任务（功能），然后分别编制各任务的程序。程序应该有说明，并有详细注释。 说明：若是不安装实验板或是最小系统板，就只能用Atmel公司的A VR Studio软件或是Keil软件（随意下载）仿真，则学习效果将大打折扣。 2．设计（考试）说明书 说明书内容： （1）封面内容： 《智能仪器设计基础》考试题 题目号：
智能仪器设计总复习
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。 9、 网络化仪器的体系结构包括什么？ 网络化仪器包括基于计算机总线技术的分布式测控仪器、基于
数据采集与处理技术
数据采集与处理技术 参考书目： 1．数据采集与处理技术马明建周长城西安交通大学出版社 2．数据采集技术沈兰荪中国科学技术大学出版社 3．高速数据采集系统的原理与应用沈兰荪人民邮电出版社 第一章绪论 数据采集技术(Data Acquisition)是信息科学的一个重要分支,它研究信息数据的采集、存贮、处理以及控制等作业。在智能仪器、信号处理以及工业自动控制等领域，都存在着数据的测量与控制问题。将外部世界存在的温度、压力、流量、位移以及角度等模拟量（Analog Signal）转换为数字信号（Digital Signal）, 在收集到计算机并进一步予以显示、处理、传输与记录这一过程，即称为“数据采集”。相应的系统即为数据采集系统（Data Acquisition System,简称DAS）数据采集技术以在雷达、通信、水声、遥感、地质勘探、震动工程、无损检测、语声处理、智能仪器、工业自动控制以及生物医学工程等领域有着广泛的应用。 1．1 数据采集的意义和任务 数据采集是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换为数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统称为数据采集系统。 数据采集系统的任务：采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机，根据不同的需要由计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。与此同时，将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。 数据采集系统的好坏，主要取决于精度和速度。 1．2 数据采集系统的基本功能 1.数据采集：采样周期
智能仪器课程设计报告
专业课程设计报告 题目：基于DS18B20的温度测量系统 系别：信息工程系 专业班级： 学生姓名： 指导教师：丹丹 提交日期：2012年5月18日
目录 一、前言 (3) 二、系统组成 (3) 1、设计思路 (4) 2、基本要求 (4) 3、课程设计目的 (4) 三、硬件电路组成及工作原理 (4) 1、温度传感器功能模块 (5) 2、AT89C51单片机 (7) 3、8550PNP三极管 (10) 4、晶振电路 (10) 5、复位电路 (11) 6、键盘电路 (12) 7、显示电路 (13) 四、整体仿真调试与实物连接....... 错误！未定义书签。 五、整体电路图 (15) 六、心得体会 (16) 七、参考文献 (17) 八、附录（源程序） (17)
智能温度测量系统的设计 一、前言 温度是一种基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量。因此研究温度的测量方法和装置具有重要意义。测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能集成温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。本文所介绍的智能温度测量系统是基于DS18B20型数字式温度传感器，在89C51单片机的控制下，对环境温度进行实时控制的装置。该系统测量范围宽、测量精确度高，该系统可广泛适用于人民的日常生活和工、农业生产的温度测量。 二、系统组成 智能温度测量系统主要由数字温度计、单片机控制电路、数字式温度显示电路、风扇降温电路、键盘电路、串口通信电路等六部分组成。系统原理框图如下： 图1智能温度测量系统原理框图
智能仪器及其特点
智能仪器及其特点 摘要：智能仪器就是具有人工智能化的测量仪器，受到了各领域的高度重视并得到了迅猛的发展。文中首先介绍了智能仪器的基木组成，进而对智能仪器的特点进行了分析研究。 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。数据处理程序主要完成数据的滤波、运算和分析等任务。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。 智能仪器硬件结构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。数据处理程序主要完成数据的滤波、运算和分析等任务。 3、智能仪器的特点 含有微计算机的智能仪器意味着计算机技术与测量仪器的结合，它所具有的软件功能已使仪器呈现出某种智能的作用。相对于过去传统的、纯硬件的仪器来说是一种新的突破，其发展潜力十分巨大，这已为多年来智能仪器发展的历史所证实。概况起来，智能仪器具有以下特点： (1)测量过程软件化。整个测量过程在软件控制下进行，实现了自动化。系统在CPU的指挥下，按照软件程序小断取值、寻址，进行各种转换、逻辑判断、驱动某一执行元件完成某
智能仪器试题及答案解析
《智能仪器设计基础》试题 一、判断题（每题2 分，共20 分） 1. 因中值滤波满足比例不变性，所以是线性的滤波器。（） 2. 基准电压Vr 的精度和稳定性影响零位误差、增益误差的校正效果。（） 3. 测量获得一组离散数据建立近似校正模型，非线性校正精度与离散数据精度无关，仅与建模方法有关。（） 4. RS232 通信采用的是TTL电平，因此它的传输距离比485 短。（） 5. USB协议为设备定义了2种供电模式:自供电和总线供电。在自供电模式下，USB设备不需要任何外接电源设备。（） 6. LCD显示器有静态驱动和叠加驱动两种驱动方式，这两种驱动方式可在使用时随时改变。（） 7. 智能仪器中的噪声与干扰是因果关系，噪声是干扰之因，干扰是噪声之果。( ) 8. 软件开发过程的三个典型阶段是定义、开发和测试。（） 9. RAM 测试方法中，谷值检测法无法检测“粘连”及“连桥”故障。（）
10.曲线拟合要求y=f（x ）的曲线通过所有离散点（x i ，y i ）。（） 二、选择题（每题2 分，共20 分） 1. 多通道数据采集系统的框图如下图所示。其中（1 ）~（4 ）各部分的组成为:( ) A. 放大器、A/D 转换器、D/A 转换器、计算机 B. 多路开关、放大器、A/D 转换器、计算机 C. 多路开关、放大器、D/A 转换器、计算机 D. 放大器、多路开关、A/D 转换器、D/A 转换器 2. 仪器采集数据中存在随机误差和系统误差，基本数据处理顺序是:( ) A. 系统误差消除→数字滤波→标度变换 B. 数字滤波→系统误差消除→标度变换 C. 标度变换→系统误差消除→数字滤波 D. 数字滤波→标度变换→系统误差消除
智能仪器课程设计
测控系统课程设计指导 电子信息与自动化学院检测与控制实验中心万文略、彭小峰 电子信息与自动化学院测控技术与仪器系杨泽林、杨继森、庄秋慧 课程设计目的 测控系统课程设计是在学生学习完智能仪器理论和实验课后安排的综合实践教学环节，要求学生在2周的时间内运用所学知识，在教师的指导下按照仪器设计的一般方法设计制作一个功能较为完整的仪器。并写出设计研究报告。通过课程设计使学生在实践上获得智能仪器设计的经验，掌握仪器设计的步骤、过程和方法。为毕业设计及今后从事智能仪器设计打下良好的基础。 课程设计题目：基于PN结传感器的温度测量仪设计 智能仪器的组成一般包括：传感器及信号调理电路、CPU及外围电路、模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入输出通道、人机接口电路（键盘、显示）、数据记录、转储（保存、打印）等 主要研究内容： 根据本次课程设计的题目要求，本次课程设计研究的主要内容为传感器及信号调理电路、CPU及其外围电路，AD转换电路，键盘和显示电路。本文对其中关键部分做简单介绍，以使学生能更容易地进行课程设计。 1.半导体二极管的温度特性 选择1N4007整流二极管，其正向偏置工作时PN结上的结电压满足 （式1-1） α,γ是由PN结参数决定的常数 Ugo:硅半导体在OK温度时禁带宽度与电子电荷q的比值。 由式1-1可以看出，PN结具有负的温度系数特性。 据文献记载，当温度变化一度时，结电压变化2mv左右。由式1-1可知，温度变化曲线为指数型非线性变化。其正向偏置电流应保持恒定。 2.放大电路设计 （1）选择放大器 PN结的结电压变化是一个微弱信号，结电压在温度每变化1度时大约变化2mv左右，所以需要进行放大后才能被后续电路处理。选择合适的集成运放来设计放大电路，选择运放时应考虑运放的温度系数，共模抑制比，输入失调电压，带宽等。 可供选择的运算放大器有OP07、LM324等。
智能仪器课后习题答案.
1-1你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。 参考：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。 1-2结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。 P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）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（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。 P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。 聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。 1-3仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5 （1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分。（3）仪器是信息的源头技术 总之，科学仪器作为认识世界的工具，是国民经济的“倍增器”、科学研究的“先行官”、现代战争的“战斗力”、法庭审判的“物化法官”，其应用遍及“农轻重、陆海空、吃穿用”。 1-4简述推动智能仪器发展的主要技术。P8 （1）传感器技术（2）A/D等新器件的发展将显著增强仪器的功能与测量范围（3）单片机与DSP的广泛应用（4）嵌入式系统和片上系统（SOC）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段（5）ASIC、FPGA/CPLD即使在智能仪器中广泛使用（6）LabVIEW等图形化软件技术（7）网络与通信技术 1-5学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础，回顾其主要内容。 1-6智能仪器有哪几种结构形式？对其做简要描述。P6 从智能仪器的发展状况看来，其结构有两种基本类型，即微机内嵌式和微机扩展式。 微机内嵌式智能仪器是将单片或多片的微处理器与仪器有机的结合在一起形成的单机。（微处理器在其中起控制和数据处理作用。其特点主要是：专用或多功能；采用小型化、便携或手持式结构；干电池供电；易于密封，适应恶劣环境，成本较低。）微机扩展式智能仪器是以个人计算机（PC）为核心的应用扩展型测量仪器。（PCI的优点是使用灵活、应用范围广，可以方便的利用PC已有的磁盘、打印机及绘图仪器等获取硬拷贝。PC数据处理功能强、内存容量大，因而PCI可以用于复杂的、高性能的信息处理。）1-7智能仪器设计是采用FPGA/CPLD有哪些优点？ P12 FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他们除了ASIC的特点之外，还有以下优点：（1）随着VLSI工艺的不断提高，FPGA/CPLD的规模也越来越大，所能实现的功能越来越强可以实现系统集成；（2）FPGA/CPLD的资金投入小，研制开发费用低；（3）FPGA/CPLD可反复的编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同的EPROM就可实现不同的功能；（4）FPGA/CPLD芯片电路的实际周期短；（5）FPGA/CPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计。FPGA/CPLD适合于正向设计，对知识产权保护有利。 1-8为什么说嵌入式系统与片上系统（SOC）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段？ P11 （1）嵌入式系统的深入发展将是智能仪器的设计提升到一个新的阶段，尤其是能运行操作系统的嵌入式系统平台，由于它具备多任务、网络支持、图形窗口、文件和目标管理等功能，并具有大量的应用程序接口（API），将会使研制复杂智能仪器变得容易； （2）在片上系统设计中，设计者面对的不再是电路芯片而是根据所设计系统的固件特性和功能要求，选择相应得单片机CPU内核和成熟化的IP内核模块，消除了器件信息故障，加快了设计速度，片上系统将使系统设计发生革命性的变化。
智能仪器设计课程设计--题目
《智能仪器设计基础课程设计》----40题目 教学说明： 如下设计题目应该在课程开始时布置，并在教学中安排时间，以产品设计案例教学方式讲授如何理解题目以及如何实现题目，并补充完成题目所需要的相关知识。 如下的智能仪表课程设计题目，都是小型智能仪表产品开发方面的题目。涉及智能仪表硬件与软件设计。智能仪器课程设计是智能仪器课程教学的重要环节，根据设计智能仪表产品的课程改革目的，特选择一些小型智能仪表产品作为课设题目，满足教学需求。课程题目小，学生容易学，上手快，可以在短时间走完智能仪表设计的全过程，学会产品设计步骤。 1.设计基本要求 （1）正确理解设计题目，经过查阅资料，给出正确设计方案，画出详细仪表原理框图（各个功能部分用方框表示，各块之间用实际信号线连接）。 在互连网上收集题目中所用到的器件资料，例如传感器（热偶分度表等）、信号调理电路、AD转换器、单片机、继电器、电源、显示器件等。 在互连网上收集相关单片机的显示、AD转换、显示、控制算法等程序。 在充分研究这些资料基础之上，给出设计方案（选择信号调理电路、单片机、显示、按键输入、继电器驱动、电源等，简要说明选择的理由） （2）用Protel99SE软件设计仪表详细原理图。 要求正确标记元件序号、元件数值、封装名。 （3）设计PCB图 在画PCB前应该购买元件，因为有了元件才知道封装尺寸，但也可以不购买元件，只到元件商店测量实际元件尺寸后，画封装图。 （4）熟悉单片机内部资源，学会ADC、SPI接口、定时器、中断、串口、I/O引脚等模块的编程。 （5）采用C语言开发所设计仪表的程序。 按照题目要求，确定仪表需要完成的任务（功能），然后分别编制各任务的程序。程序应该有说明，并有详细注释。 说明：若是不安装实验板或是最小系统板，就只能用Atmel公司的A VR Studio软件或是Keil软件（随意下载）仿真，则学习效果将大打折扣。 2．设计（考试）说明书 说明书内容： （1）封面内容： 《智能仪器设计基础》考试题 题目号： 题目： 班级：
智能仪器课程设计任务书
南京工程学院 课程设计任务书 课程名称《传感器与检测技术》及 《智能仪器》综合课程设计院（系、部、中心）自动化学院 专业测控技术与仪器 班级测控102 起止日期2013.7.1-2013.7.12 指导教师乐建华刘大伟
一、课程设计应达到的目的 课程设计的目的是使学生能够将《传感器与检测技术》与《智能仪器》等课程的内容有机的联系起来，形成系统的概念，培养学生综合应用知识的能力，掌握智能仪器设计的基本思想和方法、以及软硬件调试方法。 二、课程设计题目及要求（七选一） 1.智能测温仪：测量范围：-50℃～150℃；精度:1%; 采用MCS51系列单片机完成4路温度测量，并将测量值显示于数码管上；系统应具有自动校零功能。 2.智能汽车超载报警器：采用MCS51系列单片机构建系统，测量汽车重量，如果汽车超载，报警器发出声或光报警信号，且超载阈值可设置成5吨和10吨和20吨三挡。 3.智能障碍探测仪：采用MCS51系列单片机构建系统。探测距离为3米，若3米以内有障碍物，系统发出声或光报警信号。 4.智能微位移测量仪：测量范围：±5mm；精度:0.5%; 采用MCS51系列单片机完成一路位移测量，并将测量值显示于数码管上；系统应具有部分电路自诊断功能。 5.智能测速仪：测量范围：5～5000rpm； 采用MCS51系列单片机完成测量，并将测量值显示于数码管上。分别采用测频法和测周法进行设计，并比较不同速度段的测量精度。
6.智能路灯亮灭控制系统：采用MCS51系列单片机完成测控任务。当日照亮度超过阈值，控制灯灭；反之，则控制灯亮；阈值可调；并对城市路灯具有一定的节能管理功能。 7.智能煤气报警器：采用MCS51系列单片机完成测控任务。测量煤气浓度，当煤气浓度超限时，系统发出报警信号，同时打开排气扇排气；浓度上限值可调。 三、课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕 整个课程设计任务分两个阶段完成： 第一阶段为硬件（理论）设计阶段，完成以下设计任务：1．系统整体方案设计，包括课题分析、传感器选择、单片机选择等。 2．系统硬件设计，包括： 1）智能仪表的前向通道设计 （1）测量电路设计； （2）信号处理； 2）微机系统设计 接口电路设计。 第二阶段为软件设计阶段，完成以下设计任务：（无精度要求）1．智能仪表的软件模块设计； （1）管理软件:编写程序框图；
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。 9、网络化仪器的体系结构包括什么？ 网络化仪器包括基于计算机总线技术的分布式测控仪器、基于Internet/Intranet的虚拟仪器、嵌入式Internet的网络化仪器、基于IEEE1451标准的智能传感系统以及基于无线通讯网络的网络化仪器系统等。 10、网络化仪器中测量仪器接入网络的方法有哪两种？ （1）用计算机做服务器 （2）专用接口转换装置做服务器 11、智能仪器的数据采集系统包括哪几部分？ 12、按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输入通道可分 为哪两大类型？ 集中采集式和分散采集式两大类型
智能仪器课程设计报告
天津电子信息职业技术学院传感器技能实训 课题名称智能温度测温系统姓名王先民 学号20 班级电信S10-1 专业电子信息工程技术 所在系电子技术系 指导教师岑永祚 完成日期2011年12月11日
一、 主要内容 温度传感器DS18B20采集环境模拟信号，其输出送入AT89C51，单片机在程序的控制下，将处理过的数据送到移位寄存器74LS164，经74LS164输出后驱动三位数码管显示。当被测温度高于18℃时，单片机发出控制信号使降温电扇以自然风的形式旋转，温度越高转速越快，温度36℃以上时风扇全速工作，点亮此功能指示灯。 二、 基本要求 （1）设计测量温度范围－55℃~＋125℃的智能测温系统，要求数码管实时显示测量温度，单片机根据温度高低确定风扇转速 （2）画出程序框图 （3）有完整的整机电路图（protel 绘制） （4）完成格式正确、内容完整的实验报告 三、 参考文献 王祁， 智能仪器设计基础.北京：机械工业出版社，2009
目录 一、前言 (4) 二、系统组成 (4) 1、设计思路 (5) 2、系统的性能指标： (5) 3、系统的主要功能： (5) 三、电路组成及工作原理 (5) 1、温度传感器功能模块 (6) 2、AT89C51单片机 ........................................................................................................ 8 3、74LS164移位寄存器 .. (12) 4、晶振电路 (12) 5、复位电路 ................................................................................................................... 13 6、键盘电路 . (13) 7、显示电路 (14) 8、稳压电路 ................................................................................................................... 14 9、显示电路 . (15) 10、风扇控制电路 (15) 四、课程设计心得与体会 (16) 五、参考文献 (16) 六、整机电路图 (17)