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智能仪表设计实例 第一节 智能仪表的设计原则及研制步骤 一、基本要求 二、设计原则 三、研制步骤 一、智能仪表设计的基本要求 2．可靠性要求 仪表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 仪表信誉 在线检测与控制类仪表更是如此，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。 在仪表设计过程中，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。 仪表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，便能掌握仪表的使用方法。 4．仪表工艺结构与造型设计要求 仪表结构工艺:是影响可靠性的重要因素，首先要依据仪表工作环境条件，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； 仪表的造型设计: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。 二、智能仪表设计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 2.较高的性能价格比原则 仪表的造价：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。 3．组合(集成)化与开放式设计原则 设计智能仪表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； 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。 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。 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。 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、智能仪表的研制步骤 1.确定设计任务、拟定设计方案 《仪表设计任务书》 ●主要作用： a.研制单位设计仪表的立项基础 ； b.反映仪表的结构、规定仪表的功能指标，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。 拟定设计方案 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 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统总调 3．仪表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。 监控程序调试 智能仪表设计实例 固体密度测试仪的研制 测量原理 硬件电路设计 软件设计 测试结果分析 一、电子自动法测量原理 电子自动法是一种基于阿基米德浮力定律实现对固体的密度测试的方法。 物理学中密度的定义为物体单位体积的质量。 在测量密度时，首先被测量固体标本在空气中的重量，再将固体标本浸没在装有水的容器中，测量固体受水浮力后的重量，根据阿基米德浮力定律可求出固体的体积，计算密度值。 则不规则固体的密度为： 二、硬件电路设计 若R1 =R3 =R2 =R4=R；ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR 则 U01 = EΔR/R = KP 式中：K—重力到电压的转换系数； P—电阻传感器所