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智能化電子儀器儀表研制

發(fā)布時(shí)間:2021-01-23 10:39:25 |來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

在儀器儀表、電子、自動(dòng)化、無(wú)線電、測(cè)試設(shè)備等專業(yè)中,是基于電子電路和儀器儀表原理,由微機(jī)控制。隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展,測(cè)量任務(wù)和測(cè)量后的數(shù)據(jù)反饋控制越來(lái)越復(fù)雜,工作量越來(lái)越大,對(duì)測(cè)量速度和精度的要求也越來(lái)越高,都對(duì)測(cè)量?jī)x器和測(cè)試系統(tǒng)提出了更高的要求。要解決上述問(wèn)題,必須借助計(jì)算機(jī)來(lái)完成。通過(guò)計(jì)算機(jī)的記憶、存儲(chǔ)、數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯判斷和命令識(shí)別能力,我們將開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)化的儀器和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。
近年來(lái),計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路發(fā)展迅速,價(jià)格大幅下降,極大地發(fā)展了計(jì)算機(jī)化儀器和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)量?jī)x器的智能化是測(cè)量和儀器領(lǐng)域迅速發(fā)展的一個(gè)分支和特征。這種儀器主要有兩種:智能儀器和個(gè)人儀器。這兩類電子儀器對(duì)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用有以下要求。
1.智能儀器儀表中的計(jì)算機(jī)技術(shù)
所謂智能儀器,通常是指新一代內(nèi)置微型計(jì)算機(jī)的儀器或內(nèi)置微型計(jì)算機(jī)的可編程儀器。
智能儀器的組成如圖1所示。它主要包括微機(jī)、測(cè)試函數(shù)和信號(hào)發(fā)生器、通用接口總線三部分。微機(jī)和測(cè)試功能或信號(hào)發(fā)生器是智能儀器儀表的核心部分,主要分別介紹。
測(cè)量信號(hào)是由傳感器傳輸?shù)碾娦盘?hào)。傳感器通過(guò)光電轉(zhuǎn)換、壓電轉(zhuǎn)換和改變傳感器的一些參數(shù),將實(shí)際測(cè)量中的長(zhǎng)度、溫度、壓力等信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),然后通過(guò)放大、濾波和整流轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信號(hào),這些電信號(hào)可以通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),直接提供給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
在現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)下,由傳感器的一些參數(shù)轉(zhuǎn)換成的一些電信號(hào),可以通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行模擬、放大、濾波和整流,直接測(cè)量。有相應(yīng)的軟件。
1.1微機(jī)由專用微機(jī)和I/O設(shè)備構(gòu)成儀器儀表的鍵盤(pán)控制和顯示輸出部分,成為微機(jī)系統(tǒng)的組成部分。傳統(tǒng)儀表板上的開(kāi)關(guān)和旋鈕被鍵盤(pán)操作所取代。當(dāng)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)在微機(jī)的管理和控制下工作時(shí),用戶可以通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)選擇儀器儀表的功能和量程,并通過(guò)鍵盤(pán)編寫(xiě)程序,使測(cè)量設(shè)備可以在多方面靈活地滿足用戶的需求。智能儀器儀表的顯示和輸出部分,如監(jiān)視器、打印機(jī)和繪圖儀,在微機(jī)系統(tǒng)中是一樣的。智能儀器中常見(jiàn)的發(fā)光二極管顯示器,由相關(guān)軟件完成,也可以直接用電腦顯示器代替。
1.2測(cè)試功能或信號(hào)發(fā)生部分與傳統(tǒng)的測(cè)試儀器或信號(hào)發(fā)生器有一定的相似性,但不是簡(jiǎn)單的硬件組合,而是在計(jì)算機(jī)控制下軟硬件結(jié)合的功能系統(tǒng)。
由計(jì)算機(jī)、智能儀器和標(biāo)準(zhǔn)接口總線組成的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)字化系統(tǒng)。智能儀器儀表的計(jì)算機(jī)測(cè)試功能和信號(hào)產(chǎn)生部分發(fā)出的信號(hào)以及發(fā)回計(jì)算機(jī)的信號(hào)最終會(huì)變成數(shù)字信號(hào)。智能儀器儀表應(yīng)增加專用的A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路,使儀器儀表的各個(gè)部分都能在微機(jī)的統(tǒng)一指揮下工作。智能儀器中的一些硬件可以用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件來(lái)代替。使儀器能夠靈活快速地響應(yīng)用戶的需求,提高智能儀器的競(jìng)爭(zhēng)力。
1.3借助計(jì)算機(jī),可以提高儀器儀表的性能,通過(guò)使用計(jì)算機(jī),儀器儀表可以大大擴(kuò)展其功能,從而完成一些傳統(tǒng)儀器無(wú)法完成的測(cè)量。
例如,對(duì)于測(cè)量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),智能儀器儀表可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算、比較、邏輯判斷等各種數(shù)據(jù)處理,最終可以根據(jù)需要顯示輸出并進(jìn)行反饋控制,從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。
智能儀器儀表的管理是通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的。程序數(shù)據(jù)來(lái)自鍵盤(pán)和通用接口總線的命令和數(shù)據(jù),各種命令在子程序中執(zhí)行,完成測(cè)量和數(shù)據(jù)處理任務(wù)。
目前,這類智能儀器儀表主要有:計(jì)算機(jī)數(shù)字存儲(chǔ)示波器、計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)器、計(jì)算機(jī)數(shù)字萬(wàn)用表、微機(jī)可控分?jǐn)?shù)分頻鎖相環(huán)、數(shù)控機(jī)床等。隨著儀器的數(shù)字化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及,越來(lái)越多的數(shù)字化、智能化儀器將被設(shè)計(jì)和推廣,其功能將越來(lái)越完善,應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
2.個(gè)人儀器儀表中的計(jì)算機(jī)技術(shù)
個(gè)人儀器采用插件結(jié)構(gòu),將個(gè)人電腦和儀器的插件連接在一起,完成儀器的測(cè)量功能。當(dāng)前個(gè)人儀器的組成結(jié)構(gòu)如圖5所示。
個(gè)人計(jì)算機(jī)和個(gè)人儀器通過(guò)專用接口總線連接。隨著個(gè)人電腦引入的個(gè)人儀器儀表一經(jīng)問(wèn)世,便引起巨大反響,迅速發(fā)展。主要原因是個(gè)人儀器儀表引入電腦后:
(1)個(gè)人儀器更便宜,功能更強(qiáng)大。個(gè)人儀器中的各項(xiàng)測(cè)試功能都是由個(gè)人電腦和個(gè)人儀器插件配合完成的。個(gè)人儀器的插件給個(gè)人電腦增加了一些內(nèi)容,大大降低了成本,不使用時(shí)也不影響個(gè)人電腦的其他應(yīng)用。用戶可以在個(gè)人電腦上匹配其他個(gè)人儀器插件,可以實(shí)現(xiàn)多種功能。
(2)易于控制,使用方便。個(gè)人儀器使用個(gè)人計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件和制造商開(kāi)發(fā)的儀器專用軟件。通過(guò)個(gè)人電腦的熒光屏向用戶提供各種列表,或者使用/softpanel0讓用戶通過(guò)觸摸屏、幾個(gè)按鈕或鼠標(biāo)選擇所需的功能和范圍,使儀器的功能控制變得簡(jiǎn)單明了,一目了然,還可以自帶幫助系統(tǒng)。
(3)縮短開(kāi)發(fā)周期,延長(zhǎng)銷售壽命。個(gè)人儀器的開(kāi)發(fā)者不需要精通成熟的、功能齊全的通用個(gè)人電腦技術(shù),只需要專注于個(gè)人插件和儀器專用軟件,大大縮短了開(kāi)發(fā)周期。此外,個(gè)人儀器對(duì)用戶需求的靈活響應(yīng),必然會(huì)增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力,延長(zhǎng)銷售壽命,降低成本,提高通用性。
(4)可以形成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),形成測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。個(gè)人儀器儀表通過(guò)擴(kuò)展底板、外部插件或?qū)S媒涌诎褰M合在一起,形成個(gè)人儀器儀表系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,許多個(gè)人計(jì)算機(jī)通過(guò)主機(jī)連接起來(lái),形成一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),每臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)與相應(yīng)的個(gè)人儀器相連,形成一個(gè)大規(guī)模的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。
綜上所述,無(wú)論什么樣的電子儀器儀表,為了提高其性能和自動(dòng)化測(cè)試水平,都必須使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù),或者使用自己的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。從上面的陳述中,我們可以看到計(jì)算機(jī)在儀器儀表、電子、自動(dòng)化、無(wú)線電、測(cè)試設(shè)備等專業(yè)中的應(yīng)用和地位。在儀器儀表的應(yīng)用和設(shè)計(jì)中,計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言軟件可以將計(jì)算機(jī)與儀器儀表連接起來(lái)。
儀器儀表與傳統(tǒng)專業(yè)相結(jié)合,形成自動(dòng)控制系統(tǒng),形成新的專業(yè)和產(chǎn)業(yè),解放和發(fā)展生產(chǎn)力,是傳統(tǒng)專業(yè)的發(fā)展方向。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在儀器儀表中的應(yīng)用,這些專業(yè)正在向智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展。學(xué)習(xí)和使用這些智能儀器儀表,必須有一定的計(jì)算機(jī)軟硬件基礎(chǔ)。電腦開(kāi)拓了儀器儀表的使用空間,使用起來(lái)更方便快捷,精度更高,界面更好。

 

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