智能仪器仪表 便携式睡眠呼吸暂停监测仪
便携式睡眠呼吸暂停监测仪
摘要：介绍了一种基于胸腹运动检测法，应用压电薄膜式传感器设计的新型便携式睡眠呼吸暂停监测仪，为睡眠呼吸暂停的普及检测提供了一种简易手段。
关键词：睡眠呼吸暂停；传感器；便携式；监测仪；压电薄膜
Abstract: In this paper, a new portable sleep apnea monitoring device is presented. This new device is based on chest & abdomen movement inspection by piezoelectric thin film sensors and providing us an easy way to popularize the sleep apnea monitor.
Key words:Sleep apnea, sensor; Portable; Monitoring device; Piezoelectric thin film
引言
睡眠呼吸暂停是一种新发现的与睡眠相关的呼吸疾病，主要特征是患者在睡觉中短时间内发生呼吸异常乃至停止的现象，严重的将会引起死亡。睡眠呼吸暂停的主要疾病有两种：阻塞性睡眠呼吸暂停综合症和中枢性睡眠呼吸暂停综合症。
目前已经涌现出一些先进的检测系统，通过对患者晚上睡眠的实时监控，及时对患者的睡眠情况进行检查，可以发现睡眠呼吸暂停综合症的长度和频度，对疾病的明确诊断和治疗发挥了重要作用。但因其价格昂贵、体积庞大，只能在专业医院使用。随着人们对睡眠呼吸疾病认识的不断深入，迫切需要有更简单经济的方法来普及睡眠呼吸暂停患者的检测手段，我们应用胸腹运动检测法，设计了一种简易的新型睡眠呼吸暂停监测仪。这种方法的优点是测量灵敏度高，佩戴方便、舒适，不影响睡眠质量。
1 系统的设计思想
在正常情况下，呼吸肌能很好地协调呼吸运动。吸气时胸廓和腹部均隆起向外运动，呼气时向内运动回到静息时的状态。而中枢性呼吸暂停发生时呼吸驱动暂时丧失，气流及胸腹呼吸运动全部消失。阻塞性呼吸暂停发生时，上气道气流消失，但胸腹部的呼吸运动依然存在，并且运动的方向相反。我们定义呼吸消失10秒以上为发生一次暂停，暂停达到20秒即报警并启动辅助治疗仪。设计思想是设计一款能测量腹部、胸部运动状态的仪器，来检测呼吸暂停的产生。本监测仪是由传感器、监测仪、辅助治疗仪等部分组成。
2 系统设计
2.1 传感器设计
本系统中采用的是PVDF压电薄膜式的传感器，经过测试，稳定性好，抗干扰性能强。PVDF压电薄膜是一种新型的高分子压电材料，它既具有压电性又有薄膜柔软的机械性能，用它制作压力传感器，具有设计精巧、使用方便、灵敏度高、频带宽、与人体接触安全舒适，能紧贴体壁，以及声阻抗与人体组织声阻抗十分接近等一系列特点，可用于呼吸，脉搏心音等人体信号的检测。这些信号携带有人体重要的生理参数信息，通过对该信号的有效处理，可准确得到波形、心率次数等，可为医生提供可靠的诊断依据。压电薄膜用作为一种动态应变传感器，非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。当拉伸或弯曲一片压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜（压电薄膜），薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号（电荷或电压），并且同拉伸或弯曲的形变成比例。一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电薄膜来说，在纵向施加一个很小的力时，横向上会产生很大的应力，而如果对薄膜大面积施加同样的力时，产生的应力会小很多。因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10～15mV/微应变（长度的百万分率变化）。压电薄膜很薄，质轻，非常柔软，可以无源工作，因此可以广泛应用于医用传感器，尤其是需要探测细微的信号时。显然，该材料的特点在供电受限的情况下尤为突出，而且压电薄膜极其耐用，可以经受数百万次的弯曲和振动。
2.2 传感器的工作原理
人体信号的采集方式在进行信号采集的时候，有几种方式可以选用，一种是非接触式采集，此种方式对人体无任何的影响，不会干扰被监测人的正常生活；一种是接触采集，信号的采集装置接触人体，甚至要置入体内，或多或少的影响到被测人的正常生活，所以测量传感器的选用就显得十分重要。
根据几个信号的强弱，就知道被测人员健康情况。呼吸信号的采集来源于三个指标，分别是鼻呼吸、胸呼吸和腹部呼吸，健康的人一般是用鼻呼吸和胸呼吸，而当有异常情况时，主要是腹呼吸，而鼻呼吸和胸呼吸微弱，或全停止。所以对被监测人员的呼吸提取，就从鼻
呼吸和胸呼吸、腹呼吸三个方面入手。
将呼吸信号转化为电信号的方式有几种，一是利用电阻应变片作为传感器，当有呼吸运动时，在运动的方上引起电阻的变化，从而采集到电信号，此种传感器的电阻材料主要是康铜丝和卡码合金，该种传感器的特点是线性误差小，长时间使用零点稳定性好。但该传感器的灵敏度受到电阻丝弯曲形状影响较大，在机械应力的作用下，使得材料本身的电阻率发生了较大的变化。
固态压阻式传感器是近年发展起来的新型传感器件，由于它的原理是基于半导体的压阻效应。所以也称之为半导体应变式传感器。
半导体材料在机械应力的作用下，使得材料本身的电阻率发生了较大的变化，这种现象叫压阻效应。这与金属电阻的应变效应有本质的区别。晶体在应力的作用下，晶格间的载流子电子、空穴的相互作用发生了变化，半导体材料从能量的角度看，原子结构中的导带和价带之间的禁带宽度发生了变化，这就影响了导带中载流子的数目，同时又使载流子的迁移率发生了变化，因此晶体的电阻率发生了变化，半导体应变片的应变灵敏系数要比金属应变片大几十倍至一百多倍。通常把半导体应变式传感器称之为压阻式传感器。半导体晶片的压电效应的方向性强，对于一个给定的半导体晶片来说，在某一晶格方向上压电效应最显著，而在其它方向上压电效应就较小或不会出现。
半导体应变片目前主要有两大类型：体型半导体应变片，这种元件的应变片需要用特殊胶水来粘贴，精度受到影响；扩散式半导体应变片，它是应用扩散掺杂工艺，在一块芯片上一次完成，精度、可靠性都很高。目前被大量应用于医学测量等领域。本研究就采用了该种器件。呼吸信号的采集原理如下，如图3.1所示：
图3.1扩散压敏电阻式惠斯登全桥传感器
为了提高灵敏度，把扩散压敏电阻接成惠斯登全桥，并且把电阻值增加的两个电阻对接，以使电桥输出的灵敏度最大。
当有应力作用时，即有呼吸运动时，两个电阻的增量为△R，另两个对接电阻减小量为-△R，由于温度的影响，每个电阻都有△R 的变化量。根据图3.1，电桥的输出为：
()
()o T T T T T T T U R R R U R R R U R R R R R R R R R R R R R R R ++-+=--+-+++++++-+
R+△R+△R T
R+△R+△R T R-△R+△R T
R-△R+△R T
(3.1)
整理后得
o T R
U U R R =+
(3.2)
当T R =0时
o R U U
R =
(3.3) 当用恒压源供电时，电桥输出与△R 成正此，同时与恒压U 成正此，也就是说电桥输出与电源电压的精度有关。事实上很难使△R T =0,当△R T ≠0时，电桥输出和温度呈非线性关
系，所以恒压源供电不能消除温度漂移的影响。
当用恒流源供电时，假设电桥两个支路电阻相等，即R ABC =R ADC =2(R+△R)，则有
I ABC =I ADC 1
2I (3.4)
因此，电桥的输出为
11o ()()22BD T T U V I R R R I R R R ==++--+
(3.5)
整理后得
U o =I×△R
(3.6)
可见，输出和△R 成正比，同时也和电源电流成正比，即和恒流源供给的流大小与精度有关。恒流源供电的优点是不受温度变化的影响。因此在本研究方案中，传感器的供电由恒流源提供。
还有一种方式是在被测人的褥子上安放压力及振动传感器、当被测人有呼吸运动时就可以感知到并转化为电信号，该种信号的选取方式虽然最方便于被测人员的生活，但是技术上要求高、研制费用昂贵，不适用于本研究。
把传感器放在被测人员的鼻下方时，可以测量气流的变化也可以测量热敏电阻的变化，这样就可以得到鼻呼吸的信号。
2.3 监测仪的工作原理和系统设计
把两个压电薄膜式传感器分别固定在被测者的胸部和腹部的合适位置，在正常呼吸时由于胸、腹部的规律运动挤压传感器，而使压电薄膜分别产生两个与呼吸节奏相吻合的电信号（见图1），其中胸部呼吸运动传感器输出为A 波型，腹部呼吸运动传感器输出为B 波型，通过对两个波形的比对和分析，便可检测呼吸暂停的类型和周期。若A 、B 两个传感器输出信号波型一致，则表示处于正常呼吸状态；若A 、B 两个传感器输出的呼吸信号波形相反，则表示发生了阻塞性呼吸暂停；若A 、B 两个传感器都没有信号输出，则表示是中枢性呼吸
暂停。当呼吸暂停超过20S后，就要报警或者启动外部急救设备。如图1所示。
呼吸信号采集后，经过脉冲合成器对信号进行处理，以判断是否有睡眠呼吸暂停现象发生，若有呼吸暂停发生，把阻塞性呼吸暂停和中枢性呼吸暂停的次数和暂停时间显示出来并记录。其电路设计原理框图如图2所示。
2.3.1 睡眠呼吸监测仪的电路设计
2.3.1.1 呼吸信号提取电路
在呼吸时，人的胸部，腹部会出现起伏变化，因此人体的呼吸状态可以通过检测胸、腹部的变化获得，经由信号放大电路、比较电路，即可判断呼吸的情形。
2.3.1.2 控制输出电路
一旦监测到呼吸障碍连续超过20S，MCU启动输出控制电路（如控制触点输出），辅助低频脉冲治疗仪开始自助式呼吸恢复治疗。
2.3.1.3 信息显示电路
该部分是采用12864点阵的液晶屏来显示呼吸状态。从界面上可看到当前的呼吸状态和近两次的呼吸暂停记录，包含发生的时间，呼吸暂停的类型和暂停长度。若暂停时间超过
20S而启动低频脉冲治疗仪工作，也会有相应的标识。另外还可以切换到波形显示界面，直观地看到呼吸波形。
2.3.1.4 数据存储和查询
数据存储器（E2PROM）对监测到的呼吸障碍类别（阻塞性或中枢性窒息）、发生时间、持续时间等数据进行存储，保存3天的记录。可以查询已经发生的呼吸障碍类别阻塞性或中枢性窒息）、发生时间、持续时间。
2.3.1.5 MCU
MCU是使用PHILPS公司所生产的P89LV51RD2微控制器，把采集的呼吸信号通过ADC转换成数字信号，存储并显示，同时可以控制低频脉冲治疗仪适时工作。
2.3.1.6 电源设计
设计采用锂电池或外接电源供电，可以实现自动切换，在市电供电时可以对电池进行充电，同时MCU对电池的电压进行监控以保证电池不会过充。电池供电时，液晶屏在5秒钟内没任何操作，即关闭显示电源，可达到省电的目的。需要观察数据时，可按操作面板上的按钮唤醒。
2.3.2 软件设计
信息参数测量计的程序如下：在测量时实时监测呼吸状态，一旦监测到有暂停现象发生，就置相应的标志位，当持续的时间超过3S后就进入中断，记录下暂停发生的时间，当恢复到正常呼吸状态时，记录下暂停持续的时间。处理完成后的信息参数资料存放于微控制器的缓存器，并通过中文型LCD显示所测量到的信息参数。
其软件设计的流程图如图3所示。
4 结束语
人的一生中，近三分之一的时间是在睡眠中度过的，睡眠时体内新陈代谢及一切生理活动都降低，机体处于保护性抑制状态，避免神经细胞过渡消耗而功能衰竭，同时睡眠可以使疲劳的神经恢复正常的生理功能，睡眠对维持人的正常免疫功能是必须的。通过分析睡眠期间的生理信号可以检测出某些疾病的存在，有很重要的临床意义。
当前医学模式与医疗体制变革正在世界范围内展开,在实现医学模式转变和医疗体制变革中,社区医疗有其特殊的重要地位。在虚拟仪器系统中,信号的获取与采集由以计算机为核心的硬件平台来完成。在此硬件平台基础上,调用测试软件完成某种功能的测试任务,便可构成该种功能的虚拟测量仪器。在同一硬件平台上,调用不同的测试软件就可构成不同功能的虚拟仪器。因此采用虚拟仪器技术可降低仪器成本,使其实现家用化,非常有利于社区医疗中心收集诊疗数据,有效监测病人的睡眠状况。按照现代医学观点,疾病的发生固然与细菌或病毒等外因有关,但也与下述内因密切相关：各种身心疾病都是在多种环境因素作用下,使心理存在持久应激,通过神经内分泌通路,造成免疫功能下降的结果。因此,开发家庭睡眠监护系统,将具有重要的“亚临床”意义。
参考文献：
[1]李延中.睡眠呼吸障碍性疾病[M].山东科学技术出版社,2005,8
[2]慈书平,王兴元，高贤铭.现代医疗仪器在睡眠呼吸暂停综合征中的应用[J].现代医学仪器与应用,1998(10)2:11-
[3]郭兴明,彭承琳,孙丰艳,姜海,李为农.睡眠呼吸暂停监测方法及仪器研究[J].生物医学工程学,2000,17（3）:358-359
[4]田华,边尧鑫,李晓兵.断调波治疗睡眠呼吸暂停综合征的优势研究[J].中国民康医学，2007:19（2）85-87.
[5]戴景民.红外辐射式体温计的研制[J].红外技术,2002.(5).
[6]戚建新.一种阻抗法呼吸信号检测电路的设计[J].中国医疗器械杂志,1998.(1).
[7]王志坚.智能温感式呼吸监测系统的研制[J].山西大学学报,2001.(4).
[8]葛伟庆.一种用电容式传感器检测呼吸度的方法[J].航天医学与医学工程,1999.(4).
[9]徐现通.睡眠监测系统的研究.第一军医大学硕士学位论文, 2003, 5.
[10]童茂荣,曹鄂洪. 睡眠呼吸紊乱基础与临床, 2001.
[11]沙占友，王彦明，葛家怡等. 睡眠呼吸紊乱基础与临床.北京：电子工
业出版社，2003.32-78.
[12] 郭兮恒.睡眠呼吸暂停低通气综合症[J].世界医疗器械,2002.(3).
[13] 金鑫.简易睡眠呼吸暂停监测仪的研究[J].医疗设备信息,2002.(5).
新疆农业大学机械交通学院
智能仪器仪表
课程论文
题目一种新型便携式睡眠呼吸暂停监测仪
学院机械交通学院
专业机制班级094班
姓名刘念学号093935227
指导教师李春兰职称教授
2012年12月25 日
浅谈智能仪表的前景和特点
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/bb13336563.html, 浅谈智能仪表的前景和特点 作者：闫森 来源：《中国科技博览》2015年第24期 [摘要]智能仪器仪表技术是一门集电子技术、单片机技术、自动化仪表、自动控制技术、计算机应用等于一体的跨学科的专业技术。随着微电子和计算机技术的快速发展，智能测量与控制仪表的发展，在不同的总线和网络相关的产业前景和百老汇显示，越来越成为一个重要的问题，最关注的行业和专业人士。因此，知识和理解的智能仪表的特点、发展趋势和应用前景是非常重要和必要的。 [关键词]智能仪表；前景；特点；数控自动化 中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0301-01 微电子技术和计算机技术的发展，引发了仪器结构的根本改变以单片机为主体，将计算机与检测技术，形成了新一代“智能仪表在测量过程自动化，测量数据的处理，和功能的多样性与常规测量电路的传统方法相比，有了很大的进步。传统仪器不能轻易或智能电表不仅可以解决需要解决的问题，它还简化了硬件电路，提高了仪器的可靠性更容易实现高精度的目标，高性能和多功能。随着科学技术的发展，智能仪器的程度越高。智能仪表不仅能完成各种物理量显示在发送输出，继电器控制输出，如通信、数据的多功能。近年来，智能测量控制仪表的发展尤为迅速。国内市场上出现了各种各样的智能测量控制仪表，如智能化的自动压差补偿节流式流量计，开展智能温度控制仪表程序，对各种复杂的智能调节器的数字PID控制法，以及用于光谱分析和智能气相色谱数据处理。 一.智能仪表的特点 1.1 测量数据的存储和处理，是智能测试系统的主要优点。比较数据的分析和处理传统的测试系统，为实时处理和测量结果修正智能测试系统软件，不仅使人们从繁重的手工数据处理操作，大大提高了精度，而且信号数字滤波器的采集，时域和频域分析，以获取更多的信息。此外，由于采用单片机或微控制器的智能仪表，使许多原来的硬件逻辑难以解决或无法使用的软件解决方案，在一个非常灵活的方式解决问题。 1.2 对测量过程的控制和数据处理功能的软件的智能化仪器，这使得它可以一机多用。智能电力需求分析应用于电力系统，例如，不仅可以测量不同功率，功率，电源电压，电流，功率因数，频率，也可以预设电源计划，并结合自动测量，打印，警告和许多其他功能。 1.3 测量过程是在软件的控制下，系统CPU的指挥下，按照软件程序，常数值处理，各种转换，逻辑，驱动执行机构完成一个特定的动作，使系统工作按一定的顺序。例如：键盘扫描和测量范围的选择，开关闭合，数据采集，传输和处理，以及显示和打印或是单片微控制器控
《智能仪器》课程教学大纲
附件一： 智能仪器教学大纲适用对象大学四年制本科 教研室主任时间 院（部）分管领导时间
智能仪器课程教学大纲 课程名称中文：智能仪器 英文：Intelligent Instruments 课程编号34612 开课学期第7学期总学时40 学分 2 教研室电子信息工程撰写人叶英植职称教授 一、 课程性质、教学目的与要求： 本课程为电子信息工程专业本科生专业课。通过本课程的学习，使学生了解智能仪器的工作原理，掌握智能型仪器仪表的硬件与软件的设计技术，为毕业设计及今后的工作打下较好的基础。 教学要求： 1．了解智能仪器硬、软件设计的特点及其发展方向； 2．掌握A/D、D/A、键盘、显示器等与微机的接口技术； 3．掌握测试数据的处理技术及提高智能仪器性能的有关技术； 4．掌握GP-IB接口管理程序及监控主程序的设计技术； 二、 教学内容： 第一章 绪 论 （一）概述 （二）智能仪器设计简介 本章基本要求：了解智能仪器的特点、组成、新发展及智能仪器设计要点和设计中 应注意的问题。（补充介绍智能仪器当前的科研动向） 本章的重点： 智能仪器设计要点及发展方向。 第二章 模拟放大器和ADC、DAC接口 （一） 概述 （二） 模拟信号放大电路 （三） DAC与微机的接口 （四） ADC与微机的接口 （五） 数据采集 本章基本要求：掌握放大电路、多路开关、采保器的设计及各种A/D、D/A与CPU的 接口技术及其软件编程。（补充介绍“虚拟仪器”设计） 本章的重点：各种A/D、D/A与CPU的接口技术及其软件编程。 本章的难点是：ICL7135 与单片机的接口及ICL7135与普通PC的ISA总线接口。 第三章测量算法与系统优化设计 （一）测量算法 （二）测量精确度的提高
智能仪器仪表综合设计与实训报告书
智能仪器仪表综合设计与实训报告 书 成绩：课程设计报告书所属课程名称智能仪器仪表综合设计与实训分院机电学院题目作息时间控制器的设计专业、班级测控技术与仪器B1003学号0614100328学生姓名张思琪指导教师杨亮周春明赵娜2013 年12 月06 日目录 1 课程设计任务书......................................... - 2 - 2 总体设计方案............................................ - 4 - 总体设计方案框图......................................... - 4 - 芯片介绍................................................. - 4 -
AT89C51芯片........................................... - 4 - 8051简介.............................................. - 7 - 3 硬件电路设计............................................ - 8 - 复位电路................................................. - 8 - 时钟电路................................................. - 9 - 数码管显示模块.......................................... - 10 - 闹钟模块................................................ - 10 - 按键控制模块............................................ - 11 - 4 程序设计................................................. - 12 - 主程序设计.............................................. - 12 - 中断子程序............................................. - 13 - 按键扫描子程序........................................ - 14 - 5 结果验证................................................. - 16 - 装置调试................................................ - 16 - Proteus软件仿
智能仪器仪表论文
课程设计任务书
目录 第一章绪论 1.1体温计的发展与现状 (1) 1.2红外测温技术 (1) 1.3整体方案概述 (3) 第二章系统硬件设计 2.1 电源设计 (8) 2.2 信号调理电路 (11) 2.3 AD转换电路 (12) 2.4 图形点阵式LCD显示电路 (14) 2.5 语音播报电路 (17) 2.6 在线编程(ISP)电路 (18) 2.7 按键功能设计 (19) 第三章系统软件设计 3.1 软件工作流程 (20) 3.2驱动程序设计 (21) 总结 (24) 参考文献 (25)
第一章绪论 1.1 体温计的发展与现状 体温计是一种测量人体温度、辅助疾病诊断的常用医疗器具，它是人类日常生活的必需品。随着现代科技的发展,新材料、新工艺的运用,各式各样的体温计陆续出现,探测方式在不断改进。人们熟悉的传统的体温计是水银(汞)体温计,它是根据汞受热膨胀的原理制成的。由于受到体温的影响，水银体积的膨胀使管内水银柱的长度发生明显的变化。 近几年来，智能体温计越来越多地应用在各个行业：冶金、玻璃制造以及体温测量等领域。许多医院也采用了智能体温计，虽然其性能暂不能与传统的体温计相比，但因其拥有快速、无需接触被测者等的优点而被广泛采用。 体温测试是在实际生活中经常会遇到的问题，传统的体温计也就是我们的水银体温计有其很多的不足之处，如：测温时间长，读取结果不方便，体温计易被损坏并且其材料汞有毒等。针对以上问题，本文提出一种新型的测量体温仪器,它优于传统的体温计的一个很大的特点就是测温时间相对较短,并且此智能红外体温计有自动播报体温、统计人数、显示日期及环境温度等功能。解决了传统体温计读数不便、用途单一的问题，无汞害，灵敏度高，清晰播报，方便携带，寿命较长，台式设计使体温计放置时不会晃动，避免温计被损坏，尤其适用于小孩与老年人，其方便性大大超越水银式体温计。 1.2红外测温技术 测量体温的方法有很多，水银、热电偶、热敏电阻、晶体管的PN结、液晶、石英晶体均可作为测温元件来制造体温计。这些测温技术均属接触式测温，容易产生交叉感染，并且当测温元件接触被测部位时，将影响其温度场的分布，对精度造成影响，而且响应时间也较长。若采用非接触式测温的方法，则可以较好地解决这些缺点。 1.2.1红外测温背景 随着工农业、国防事业、医学的发展 ,对温度测量越来越迫切。在某些场合 ,温度测量逐步上升为主要矛盾 ,引起了各方面的普遍重视。例如：在
智能仪器仪表的发展与前景
智能仪表及其技术发展历程与优势特点 智能仪表建立在微电子技术发展的基础上，超大规模集成电路的嵌入，将CPU、存储器、A/D转换、输入/输出等功能集成在一块芯片上，甚至将PID控制组件也置入其中。加之现场总线的应用，智能仪表与控制系统之间的数字通讯将替代以往的模拟传递，大大提高了精度和可靠性，避免了模拟信号在传输过程中的衰减，长期难以解决的干扰问题得到解决。由于数字通讯，节省了大量电缆、安装材料和安装费用。 智能仪表及其技术的发展历程 历经以模拟技术为特征的电动单元组合仪表、以数模混合技术为特征的DDZ-S 系列仪表的开发后，1983年，美国霍尼韦尔公司向制造工业率先推出了新一代智能型压力变送器，这标志着模拟仪表向数字化智能仪表的转变。当时的这种智能变送器已具有高精度、远距离校验和灵活组态的特点，并告知用户：尽管初期购置费用较高，但会被较低的运行和维护费用所补偿。紧随其后的十年里，国外其他公司的智能压力变送器也陆续在一些生产线上被采用，它们包括：Rosemount、Foxboro、YOKOGAWA、Siemens、E&H、Bailey、Fuji和ABB等。但由于缺少高速的智能通讯标准、用户对于高精度监控要求并不突出、培训等服务机制相对薄弱，当时的智能应用并不乐观，只占到了约20%的市场。 随着微电子、计算机、网络和通讯技术的飞速发展以及综合自动化程度的不断提高，目前广泛应用于工业自动化领域的智能仪表，其技术也同样在过去的二十多年
里得到了迅猛的发展。目前国外智能仪表占据了国际应用市场的绝大比重，如何结合目前智能仪表的工业应用经验并快速跟踪国际智能前沿技术应用于我国智能仪表的开发研究成为振兴民族智能仪器仪表的一大突出问题。 智能仪表在工业自动化领域的广泛应用得益于其突出的技术优势和特点，诸如其高稳定性、高可靠性、高精度、易维护性。以智能变送器为例，智能仪表具备如下优点： （1）精度高智能变送器具有较高的精度。利用内装的微处理器，能够实时测量出静压、温度变化对检测元件的影响，通过数据处理，对非线性进行校正，对滞后及复现性进行补偿，使得输出信号更精确。一般情况，精度为最大量程的±0.1%，数字信号可达±0.075%。 （2）功能强 智能变送器具有多种复杂的运算功能，依赖内部微处理器和存储器，可以执行开方、温度压力补偿及各种复杂的运算。 （3）测量范围宽 普通变送器的量程比最大为10:1，而智能变送器可达40:1或100:1，迁移量可达1900%和-200%，减少变送器的规格，增强通用性和互换性，给用户带来诸多方便。 （4）通信功能强 智能变送器均可实现手操器进行操作，既可在现场将手操器插到变送器的相应插孔，也可以在控制室将手操器连接到变送器的信号线上，进行零点及量程的调校及
智能温度测量仪表课程设计报告
课程设计报告 课程：智能测量仪表 题目：智能测量仪表 学生姓名：XXXXXX 专业年级：2009 自动化 指导教师：XXXXXX XXXX 信息与计算科学系
2013年3月25日 智能测量仪表 本次课程设计中智能温度测量仪表所采用的温度传感器为LM35DZ。其输出电压与摄氏温度成线性比例关系，无需外部校准，在0℃～100℃温度范围内精度为0.4℃~±0.75℃。，输出电压与摄氏温度对应，使用极为方便。灵敏度为10.0mV/℃，重复性好，输出阻抗低，电路接口简单和方便，可单电源和正负电源工作。是一种得到广泛使用的温度传感器。 本次课程设计的主要目的在于让学生把所学到的单片机原理、电子线路设计、传感器技术与原理、过程控制、智能仪器仪表、总线技术、面向对象的程序设计等相关专业课程的内容系统的总结，并能有效的使用到项目研发中来，做到学以致用。课程设计的内容主要分为三个部分，即使用所学编程语言（C或者汇编）完成单片机方面的程序编写、使用VB或VC语言完成PC机人机界面设计（也可以用C+API实现）、按照课程设计规范完成课程设计报告。
目录 1．课程设计任务和要求 (3)
1．1 设计任务 (3) 2．2 设计要求 (3) 2．系统硬件设计 (3) 2．1 STC12C5A60S2单片机A/D转换简介…………………………………………… 3 2．2 LM35DZ简介 (7) 2．3 硬件原理图设计 (7) 3．系统软件设计 (10) 3．1 设计任务 (10) 3．2 程序代码 (10) 3．3 系统软件设计调试 (17) 4．系统上位机设计 (18) 4．1 设计任务 (18) 4．2 程序代码 (18) 4．3 系统上位机软件设计调试 (21) 5．系统调试与改善 (22) 5．1 系统调试 (22) 5．2 系统改善 (22) 6．系统设计时常见问题举例与解决办法 (24) 7．总结 (25)
智能仪器仪表教学大纲
《智能仪器仪表》教学大纲 一、课程基本信息 课程代码：01BNN601 课程名称：智能仪器仪表 总学时：40学时理论学时：20学时 实践学时：20学时总学分： 2.5学分 授课方式：理实一体课程性质：必修 适用专业：应用电子技术开课单位：人工智能学院 二、课程性质与作用 本课程是应用电子技术专业技术技能课程群的一门核心专业性课程，本课程的先修课程有模拟电子技术、数字电子技术等，本课程是一门应用性很强的课程，是培养学生形成智能仪器仪表控制电路设计能力的必修课程之一。 通过本课程的学习及实训操作，使学生熟悉智能仪器仪表的原理与结构，掌握常用智能仪器仪表编程与使用方法，学会用MCU进行设计和制作一些简易电子产品，了解智能仪器仪表技术在家用电器以及自动控制工程中的应用，从而在课程设计、毕业论文设计、电子设计大赛等实际应用中能够充分发掘、运用MCU的强大功能，为今后从事智能仪器仪表系统的制作调试、设计开发等工作奠定基础。 三、教学目标 通过本课程教学，学生应： 1. 掌握MCU的概念、内核结构及工作方式；了解MCU发展及其应用领域； 2. 掌握MCU内部结构组成、外部引脚功能及最小应用系统；学会应用MCU的Keil μVision及protues开发软件； 3.了解计算机程序设计语言概况；学会C语言指令的使用；掌握基本程序的编写方法； 4．理解I/O端口的概念；掌握MCS-51I/O端口的结构及工作方式；学会I/O端口应用的软硬件设计方法； 5．理解中断的概念及中断过程；掌握MCS-51中断系统结构及中断控制；学会用MCU中断系统应用的软硬件设计方法； 6．理解定时/计数器的结构及工作原理；掌握定时/计数器的四种工作方式；掌握定时/计数器的初值计算；学会MCU的定时计数器的软硬件设计方法； 7．理解MCU串行通信系统的结构；掌握MCU串行通信模块的工作方式；学会MCU串行通信模块的软硬件设计方法； 8．掌握拨码开关、键盘的结构、工作原理及MCU控制方法；完成按键应用的软硬件设计方法掌握LED显示器及1602液晶模块的硬件结构及软件编程方法；掌握蜂鸣器基础和应用； 9．掌握MCU的D/A及A/D通道的结构；了解51常用D/A芯片及A/D芯片；学会D/A及A/D通道应用的软硬件设计方法。
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
智能仪器设计1
《智能仪器设计》 题目：智能仪表 题号：十五题 班级：自动化0605 学号：06001276 姓名：孙明远
摘要 智能仪器的定义：智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。 智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。 Abstart Intelligent instruments d efinition: intelligent instruments that contain micro-computer or micro-processor, measuring instruments, has a right to judge the logical data storage operations and automation functions. The emergence of intelligent instruments, which greatly expand ed the scope of application of traditional instruments. With its intelligent instrument small, strong function, l ow power consumption advantages of quickly appliances, scientific research institutions and industrial enterprises have been wid ely used.
智能仪器仪表设计指导书
课程设计指导书 课程名称：智能仪器仪表设计及调试适用专业：测控技术与仪器 2013-6
第一章课程设计的教学组织 1.1 性质与目的 本课程是测控技术与仪器本科专业的重要实践课程，是《智能仪器仪表设计技术》课程的一个综合性、设计性的实践教学环节。 学生通过这门课程的学习与实践，能够提出仪器系统的设计思路、论证设计方案；熟悉智能仪器仪表开发、研制的过程，软硬件设计方法和设计步骤；初步学会设计智能仪器仪表软硬件设计及调试的方法，具备技术实现能力；基本上能够处理实践过程中出现的问题并提出解决办法；提高理论付诸于实践的能力，提高工程设计能力和处理实际问题的能力，开发学生的创新能力。 在课程设计教学中，应以学生自主设计为主，充分发挥学生的自主性和创造精神。教师的指导作用主要体现在工作方法，思维方法的引导。 为保证顺利完成设计院任务，应注意如下要求： (1)认真阅读设计任务书，保质保量地完成任务书的规定的工作。 (2)在总体方案确定过程中，要求多想，多查资料，少问。 (3)程序设计时，先画框图再编程，无论是自上而下，还是自下而上，必须一步一步 调试，做到可读性好，主要语句一定要写注释。 (4)硬件图用A4绘制，必须符合国家有关标准的规定。 (5)说明书要求文字通顺，简炼。不少于4000字（不含源程序）。 (6)设计的系统必须进行实验演示。 1.2 设计任务书 设计任务书需阐明：课题的名称；课题的意义与概况；课题的具体要求与工作步骤；及进度安排；分组办法；各组应完成的任务与侧重；参考资料等情况。 设计任务书样例见附录一。 除书面下达外，指导教师还须作详细说明，以期真正组织好这一教学环节。为此，在初始阶段可安排一定时间的讲课。讲课时还应向学生交待：课程设计(大型作业)教学环节的性质、与毕业设计的区别；设计说明书的写法与要求；最后考核的办法与评分依据。 伴随着课题的具体进展，教师应加强辅导与答疑。 课程设计宜挑选典型、成熟的课题。因此，不必届届更新。为了提高这一教学环节的教学质量，除设计任务书外，另可由有经验的教师编写好教学指导书，供指导教师参考，并注意逐届总结和修改完善。
智能仪表的发展趋势
智能仪表的发展趋势 智能仪表的出现，极大地扩充了传统仪表的应用范围。智能仪表凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。在新的技术革命的推动下，尤其是微电子技术和微型计算机技术的快速发展，使电子仪器的整体水平发生很大变化，出现了独立式智能仪器，GPIB自动测试系统，插卡式智能仪器（个人仪器），VXI总线仪器系统和虚拟仪器。智能仪表朝着智能化、自动化、小型化、模块化和开放式系统的方向发展。 独立式智能仪表（简称智能仪表）即自身带有微处理器和GPIB接口的能独立进行测试工作的电子仪表，独立式智能仪表在结构上自成一体，因而使用灵活方便，并且仪器的技术性能可以做得很高。个人仪器系统则是由不同功能的个人仪器和PC机有机结合而构成的自动测试系统。 由于个人仪表和个人仪表系统充分利用PC机的软硬件资源，因而相对传统智能仪器和由智能仪器构成的GPIB总线仪器系统来说，极大地降低了成本，大幅度地缩短了研制周期，有广阔的发展前景。 VAX总线是一个开放式结构，它对所有仪表生产厂家和用户是公开的，即不同生产厂家生产的卡式仪器可以在同一机箱中工作，从而使VAX总线很快成为测试系统的主导结构。 测量仪器的主要功能都是由数据采集、数据分析和数据显示等三大部分组成的。在虚拟现实系统中，数据分析和显示完全用PC机的软件来完成。因此，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可以与PC机组成测量仪器。这种基于PC机的测量仪器称为虚拟仪器。在虚拟仪器中，使用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程，就可得到功能完全不同的测量仪器。可见，软件系统是虚拟仪器的核心，“软件就是仪器”。 传统的智能仪器主要在仪器技术中用了某种计算机技术，而虚拟仪器则强调在通用的计算机技术中吸收仪器技术。作为虚拟仪器核心的软件系统具有通用性、通俗性、可视性、可扩展性和升级性，能为用户带来极大的利益，因此，具有传统的智能仪器所无法比拟的应用前景和市场。 智能化是计算机应用的一个崭新领域，利用计算机模拟人的智能，用于机器人、医疗诊断、专家系统、推理证明等各方面。 自动化是指计算机作为系统的控制者，通过执行测试软件，实现对测量全过程的控制及处理，各程控仪器设备完成采集，测量，处理等任务。 小型化智能仪器指微电子技术、微机械技术、信息技术等综合应用于仪器的生产中，从而使仪器成为体积小、功能齐全的智能仪器。它能够完成信号的采集、线性化处理、数字信号处理，控制信号的输出、放大、与其他仪器的接口、与人的交互等功能。微型智能仪器随着微电子机械技术的不断发展，其技术不断成熟，价格不断降低，因此其应用领域也将不断扩大。 智能仪表是计算机科学、电子学、数字信号处理、人工智能等新兴技术与传统的仪器仪表技术的结合。随着专用集成电路、个人仪器等相关技术的发展，智能仪表将会得到更加广泛的应用。
智能仪器发展史
智能仪器发展史 --0910100121创新班何胜 摘要：随着仪器仪表和信息管理的高度自动化，以计算机为核心的信息处理与过程控制相结合的智能仪器系统应运而生。智能仪器是计算机技术与测试技术相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量仪器。由于他拥有对数据的存储、运算、逻辑判断和自动化操作等功能，具有一定的智能作用，因而被称为智能仪器。 关键词：智能仪器;人工智能;虚拟仪器
智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。 1智能仪器的分类 聪敏仪器是以电子、传感、测量技术为基础的，是智能仪器分类中最低级的类别。 初级智能仪器主要特点是应用了计算机及信号处理技术，更严格的讲，应包括测量数学。 模型化仪器是在初级只能仪器基础上有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撑的。 高级智能仪器是智能仪器的最高类别，人工智能是它的显著特征错误！未指定书签。 2能仪器的基本组成 智能仪器由硬件和软件两大部分组成。 硬件部分包括微机系统、输入通道、输出通道、人-机对话通道及通信接口，其基本组成如图所示。 错误！未指定书签。 软件部分包括监控程序和接口管理程序两部分。监控程序是面向仪器面板键盘和显示器的管理程序，其内容包括：通过键盘输入命令和数据，以对仪器的功能、操作方式与工作参数进行设置；根据仪器设置的功能和工作方式，以控制I/O接口电路进行数据采集、存储；按照仪器设置的参数，对采集的数据进行相关处理；以数字、字符等形式现实测量结果、数据处理结果及仪器的状态信息。接口管理程序是面向通信接口的管理程序，其内容是接收并分析来自通信接口总线的远控命令，包括描述有关功能、操作方式与工作参数的代码；进行有关的数据采集与数据处理；通过通信接口送出仪器的测量结果、数据处理结果及仪器的现行工作状态信息。 3能仪器的功能特点 随着微电子技术的不断发展，集成了CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A/D、D/A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片(即单片机)出现了。以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，又组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。 与传统仪器仪表相比，智能仪器具有以下功能特点：
智能仪器仪表论文
沈阳理工大学课程设计专用纸 I 课程设计任务书 分院（系） 信息科学与工程 专业 测控技术与仪器 学生姓名 学号 设计题目 智能红外体温计 ——软/硬件设计 课程设计内容及要求： 内容： 1、 测控系统硬件电路设计，选择器件 2、 利用软件画原理图 3、 熟悉软件编程语言，编写程序 4、 系统调试 要求： 1. 利用温度传感器（TPS434）测量某一环境的温度并由数码管显示出结果 2. 测量范围为-55℃～＋125℃，精度为±0.5℃ 进度安排:（20天） 1、 查找资料（2天） 2、 系统硬件电路设计（6天） 3、 软件编程与调试（6天） 4、 系统联调（3天） 5、 撰写报告（3天） 指导教师（签字）： 年 月 日 学院院长（签字）： 年 月 日
目录 第一章绪论 1.1体温计的发展与现状 (1) 1.2红外测温技术 (1) 1.3整体方案概述 (3) 第二章系统硬件设计 2.1 电源设计 (8) 2.2 信号调理电路 (11) 2.3 AD转换电路 (12) 2.4 图形点阵式LCD显示电路 (14) 2.5 语音播报电路 (17) 2.6 在线编程(ISP)电路 (18) 2.7 按键功能设计 (19) 第三章系统软件设计 3.1 软件工作流程 (20) 3.2驱动程序设计 (21) 总结 (24) 参考文献 (25)
第一章绪论 1.1 体温计的发展与现状 体温计是一种测量人体温度、辅助疾病诊断的常用医疗器具，它是人类日常生活的必需品。随着现代科技的发展,新材料、新工艺的运用,各式各样的体温计陆续出现,探测方式在不断改进。人们熟悉的传统的体温计是水银(汞)体温计,它是根据汞受热膨胀的原理制成的。由于受到体温的影响，水银体积的膨胀使管内水银柱的长度发生明显的变化。 近几年来，智能体温计越来越多地应用在各个行业：冶金、玻璃制造以及体温测量等领域。许多医院也采用了智能体温计，虽然其性能暂不能与传统的体温计相比，但因其拥有快速、无需接触被测者等的优点而被广泛采用。 体温测试是在实际生活中经常会遇到的问题，传统的体温计也就是我们的水银体温计有其很多的不足之处，如：测温时间长，读取结果不方便，体温计易被损坏并且其材料汞有毒等。针对以上问题，本文提出一种新型的测量体温仪器,它优于传统的体温计的一个很大的特点就是测温时间相对较短,并且此智能红外体温计有自动播报体温、统计人数、显示日期及环境温度等功能。解决了传统体温计读数不便、用途单一的问题，无汞害，灵敏度高，清晰播报，方便携带，寿命较长，台式设计使体温计放置时不会晃动，避免温计被损坏，尤其适用于小孩与老年人，其方便性大大超越水银式体温计。 1.2红外测温技术 测量体温的方法有很多，水银、热电偶、热敏电阻、晶体管的PN结、液晶、石英晶体均可作为测温元件来制造体温计。这些测温技术均属接触式测温，容易产生交叉感染，并且当测温元件接触被测部位时，将影响其温度场的分布，对精度造成影响，而且响应时间也较长。若采用非接触式测温的方法，则可以较好地解决这些缺点。 1.2.1红外测温背景 随着工农业、国防事业、医学的发展 ,对温度测量越来越迫切。在某些场合 ,温度测量逐步上升为主要矛盾 ,引起了各方面的普遍重视。例如：在
智能仪器仪表实验教学大纲
《智能仪器仪表》课程实验教学大纲 课程名称：智能仪器仪表课程编码：060241003 课程类别：专业课课程性质：必修 适用专业：测控技术与仪器专业 适用教学计划版本：2017 课程总学时：48 实验（上机）计划学时： 10 开课单位：自动化与电气工程学院 一、大纲编写依据 1.测控技术与仪器专业2006版教学计划； 2.测控技术与仪器专业《智能仪器仪表》理论教学大纲对实验环节的要求； 3.近年来《智能仪器仪表》实验教学经验。 二、实验课程地位及相关课程的联系 1.《智能仪器仪表》是测控技术与仪器专业重要的专业方向课程； 2.本实验项目是《智能仪器仪表》课程综合知识的运用； 3.本实验项目是理解智能仪表数据处理方法的基础； 4.本实验以《微机原理及应用2》、《单片机原理与接口技术》为先修课。 5.本实验为毕业设计等有指导意义。 三、实验目的、任务和要求 1.熟悉单片机开发系统的使用，了解仿真器的基本原理及功能； 2.培养学生观察问题、分析问题和独立解决问题的能力； 3.掌握采用查表法，线性插值法进行传感器非线性特性校正的软件设计， 调试方法； 4.熟悉S型热电偶查表法，插值法校正法表格的设计方法； 5.熟悉S型热电偶查表法，插值法校正法程序的设计方法； 6.培养正确记录实验数据和现象，正确处理实验数据和分析实验结果的能力以及正 确书写实验报告的能力。 四、教学方法、教学形式、教学手段的特色 重视学生的实际动手能力 五、实验内容和学时分配
实验一认识实验 1、实验目的： （1）熟悉智能仪表的开发过程。 （2）掌握智能仪表试验台的硬件电路，工作原理和特性。 2、实验要求： （1）掌握编程器使用方法。 （2）读取MCU数据的方法。 （3）对实验操作过程中出现的进行分析和总结。 3、实验内容： （1）掌握键入、修改程序的操作 （2）熟悉检查有关存储单元内容的方法；掌握程序运行及调试过程。。 4、主要仪器设备及试剂：（据实选填） （1）名称·规格型号·数量·设备编号 教学用传感器实验仪 10 （2）名称·规格·数量·耗材性质 实验开发板，电阻箱，并口电缆，14芯扁平电缆连接线万用表
智能仪器仪表及其发展趋势
智能仪器仪表及其发展趋势 随着社会科技的不断发展，计算机网络技术迅速发展，从而带动了仪器仪表技术的发展，使仪器仪表设备逐渐的趋近智能化，以计算机技术为主体，将计算机技术与相应的检测技术相互结合，以此来组成智能仪器仪表。智能仪器仪表具有很强的优点，有效的解决了传统仪器仪表所不能够解决的问题，并且这种智能仪表在一定程度上简化了电路，提高了仪表的可靠性，使其能够更加的精确，并且性能也有所提高，从而达到了多功能的目标。在很多的领域中都得到了广泛的应用。 1 智能仪器仪表的工作原理 智能仪器仪表的工作原理主要是，传感器将收集到的测量信息经过处理之后，转化为相应的电信号，并且经过过滤将干扰消除，再送入多路模拟开关。并且由单片机选通相应的模拟开关，将其送入相应的输入通道，并且送入了程控增益放大器，在进行放大之后，经过转化器，转换成相应的脉冲信号，将其送入到单片机中。单片机根据相应设定的数值，对数据进行吸纳供应的处理，并且将运算的结果转化为相应的数据进行显示打印。另外单片机将运算的结果存储在闪速存储器中，利用相应的设定的参数进行运算，并且根据相应的运算的结果以及要求，来输出控制信号。 2 智能仪器的功能特点 随着社会信息技术的发展，集合了多种功能的单片机也随之出现，将单片机作为主体，与计算机技术结合在一起，因此来组成了智能化的控制系统，被称为智能仪器，智能仪器的特点主要有：（1）操作自动化，对于智能仪器仪表来说，在整个操作的过程，都是实行自动化操作管理，比如在测试过程中的键盘扫描、量程选择以及开关的启动闭合等，都是利用计算机来实现测量过程中的自动化管理；（2）智能仪器仪表设备具有自测功能，可以进行故障的自动检测、自动校准以
dvm智能仪器仪表
智能仪器仪表课程设计论文 智能DVM组成与主要电性能技术指标分析 院（系、部）名称： 专业名称： 学号姓名： 2014年12月20日 学院教务处制
摘要 智能仪器是一种典型的微机（大多数为单片机）应用系统，它是计算机技术、通信技术以及网络技术相结合的产物。无论在测速、精确度、灵敏度、自动化程度和性能价格比等方面，都是传统仪器所不能比拟的。它已成为仪器、仪表的发展的方向。 智能型DVM是指以微处理器为核心的的数字电压表，其中，专用微机部分包括微处理器芯片、存放仪器监控程序的存储器ROM和存放测量及运算数据的存储器RAM等。用于测量的输入输设备有：输入电路、A/D转换器、键盘、显示器及标准仪器用借口等。仪器内部采用总线结构，外部设备与总线相连。 关键字: DVM；单片机 概述 （一）组成 智能DVM的测量过程大致分为三个主要阶段： １、在微处理器的控制下，被测电压通过输入电路、A/D转换器的处理转变为相应的数字量，然后存入到数据存储器中； ２、微处理器对采集的测量数据进行必要的处理，例如计算平均值、减去零点漂移等； ３、显示处理结果。 上述整个工作过程都是在存放在ROM中监控程序的控制下进行的。
（二）智能DVM的功能及主要技术指标 a.数据处理功能： 1．标定(AX+B) R＝Ax+B 式中：R—— x—— A，B—— 利用这一功能，可将传感器输出的测量值，直接用实际的单位来显示，实现标度变换。 2．相对误差(Δ％) 式中：n 利用这一功能，可把测量结果与标称值的差值以百分率偏差的形式显示出 3．极限(LMT) 即上下限报警功能。利用这一功能可以了解被测量是否超越预置极限的情
智能仪器仪表发展前景
智能仪表及其技术的发展历程 智能仪表的定义：智能仪表是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能，传感器拾取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经A／D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理(如非线性校正等)；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片内FlashROM(闪速存储器)或EPROM(电可擦除存贮器)内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号(如报警装置触发、继电器触点等)。 此外，智能仪器仪表的发展，也促进过程控制系统的发展，即DCS集散控制系统和FCS 现场总线控制系统的产生和发展。使得智能仪器还可以与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。智能仪器仪表建立在微电子技术发展的基础上，超大规模集成电路的嵌入，将CPU、存储器、A/D转换、输入/输出等功能集成在一块芯片上，甚至将PID控制组件也置入其中。加之现场总线的应用，智能仪器仪表与控制系统之间的数字通讯将替代以往的模拟传递，大大提高了精度和可靠性，避免了模拟信号在传输过程中的衰减，长期难以解决的干扰问题得到解决。此外，由于数字通讯，节省了大量电缆、安装材料和安装费用。 智能仪表技术的发展历程 历经以模拟技术为特征的电动单元组合仪表、以数模混合技术为特征的DDZ-S系列仪表的开发后，1983年，美国霍尼韦尔公司向制造工业率先推出了新一代智能型压力变送器，这标志着模拟仪表向数字化智能仪表的转变。当时的这种智能变送器已具有高精度、远距离校验和灵活组态的特点，并告知用户：尽管初期购置费用较高，但会被较低的运行和维护费用所补偿。紧随其后的十年里，国外其他公司的智能压力变送器也陆续在一些生产线上被采用，它们包括：Rosemount、Foxboro、YOKOGAWA、Siemens、E&H、Bailey、Fuji和ABB等。但由于缺少高速的智能通讯标准、用户对于高精度监控要求并不突出、培训等服务机制相对薄弱，当时的智能应用并不乐观，只占到了约20%的市场。 智能仪表具备的优点 以智能变送器为例，智能仪表具备如下优点： （1）精度高智能变送器具有较高的精度。利用内装的微处理器，能够实时测量出静压、温度变化对检测元件的影响，通过数据处理，对非线性进行校正，对滞后及复现性进行补偿，使得输出信号更精确。一般情况，精度为最大量程的±0.1%，数字信号可达±0.075%。（2）功能强 智能变送器具有多种复杂的运算功能，依赖内部微处理器和存储器，可以执行开方、温度压力补偿及各种复杂的运算。 （3）测量范围宽 普通变送器的量程比最大为10:1，而智能变送器可达40:1或100:1，迁移量可达1900%和-200%，减少变送器的规格，增强通用性和互换性，给用户带来诸多方便。 （4）通信功能强 智能变送器均可实现手操器进行操作，既可在现场将手操器插到变送器的相应插孔，也可以在控制室将手操器连接到变送器的信号线上，进行零点及量程的调校及变更。有的变送器具有模拟量和数字量两种输出方式（如HART协议），为实现现场总线通讯奠定了基础。（5）完善的自诊断功能
智能仪器课后习题答案解析
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 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