智能仪表期末考试复习攻略

1、概念：仪表及作用2、仪表的发展经历那几个阶段？其特点？3、智能仪表的分类及特点？4、智能仪表的主要特点？5、推动智能仪表发展的主要技术1.仪器仪表是获取信息的工具，是认识世界的手段。作用是延伸、扩展、补充或代替人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。随着科学技术的不断发展，人类社会已步人信息时代，对仪表的依赖性更强，要求也更高。2.第一代--模拟式仪表---基本结构是磁电式和电子式。磁电式基于电磁测量原理使用指针来显示测量结果。如指针式万用表、伏特表、安培表、功率表等。电子式基于模拟电子技术原理。如记录仪、电子示波器、信号发生器等。第二代--数字式仪表---基本结构中含有A／D转换环节，并以数字方式显示或打印测量结果。如数字电压表、数字功率计、数字频率计等。比第一代响应速度快，测量准确度高。第三代--智能式仪器仪表---基本结构中含有CPU。功能强大、功耗低、体积小、可靠性高等。第四代--虚拟仪器及网络化仪器，虚拟仪器是以通用计算机为基础，加上特定的硬件接口设备和为实现特定功能而编制的软件组成。网络仪器---把信息系统与测量系统通过Internet连接起来，做到资源共享，高效完成复杂艰巨的测控任务。仪器特点：实现资源共享，一台仪器为更多的用户所使用。环境恶劣的数据采集实行远程采集，将采集的数据放在服务器中供用户使用。重要的数据多机备份提高系统的可靠性。测试人员不受时间和空间的限制，随时随地获取所需的信息。修改、扩展十分方便3.聪敏仪器仪表---是以电子、传感、测量技术为基础。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器仪表---应用计算机及信号处理技术，具有记忆、存储、运算、判断、简单决策、自校准、自诊断、人机对话等功能。目前绝大多数智能仪表属于此。模型化仪器仪表---应用建模方法及系统辨识，对被测对象状态或行为做出估计，建立对环境、干扰、仪器参数变化做出自适应反映的数学模型，并对测量误差进行补偿。具有一定的自适应、自学习能力。高级智能仪器仪表---运用模糊判断、容错技术、传感器融合、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、自推论能力，使仪表工作在最佳状态。是智能仪表的最高类别。4.测量过程软件控制。当测量过程用软件控制后，简化硬件结构，缩小体积及功耗，提高可靠性，增加灵活性，仪表的自动化程度更高。数据处理。对测量数据进行存储及运算的数据处理功能是智能仪表突出的特点。①提高测量精确度---对随机误差及系统误差处理。采用软件对测量结果及时的、在线的处理。可以实现各种算法，各种误差的计算及补偿，非线性校准等。②测量结果的再加工---提供高质量的信息。对所采集的样本进行数字滤波，对样本进行时域或频域的分析。这样就从原有的测量结果中提取更多的信息量。如生物医疗、语音分析、模式识别和故障诊断等方面都广泛的应用。③大容量的信息存储---存储数学模型、以前和现在的测量信息、操作人员输入的信息、最佳参数等。多功能化。智能仪表的测量过程软件控制及数据处理功能使一机多用的多功能化易于实现。5.一、传感器技术。检测是通过传感器实现的，作为现代信息技术三大核心技术之一的传感器技术经历了聋哑传感器、智能传感器、网络化传感器的发展历程。二、A／D等新器件增强仪表功能与测量范围。三、单片机与DSP的广泛应用。四、嵌入式与片上系统促进智能仪表发展。五、ASIC、CPLD技术在智能仪表中广泛使用。七、网络与通信技术1、常见的开关有哪些？键盘的构成有哪些形式？2、开关和键盘的不同点（使用、原理）。3、按键在识别时要考虑哪些因素？可采取哪些工作方式？4、逐行扫描法的原理。5、准矩阵式组合优化键盘的构成及原理。6、红外触摸屏及电阻触摸屏的工作原理。7、LED软件译码方式。1.用于设置工作状态和命令，以选择不同的功能。CPU检测其接口逻辑电平的状态（0或1），判断开关是闭合或断开的。有直接与口相接或数据总线扩展两种形式。拨码开关、一组跳线都是常见的开关并列组合器件。互锁式开关是在任何时刻仅仅只有一个开关闭合或全部断开，按动某一开关闭合时，则互锁作用将使原处于闭合的开关断开。结构：常见琴键式或波段旋钮式，前者可自由地从一个位置切换到另一个位置；而后者则只能按旋转方向顺序选择，且有暂态选择输出，在软件处理上应加以注意。数字拨码盘是一种数据输入器件，如图(a)示，在圆形轮盘上标有0～9十个数字；按动一次“+”数字加1轮盘转动，按动一次“-”则数字减1。多个数字拨码盘组合使用即可按十进制进行参数的输入，软件处理上应注意BCD码与十六进制的转换。分类：按连接构成分为独立式键盘和矩阵式键盘或行列式键盘；按识别键码方式分为非编码键盘和编码键盘。见书上2.见书上P313.见书上P314.逐行扫描法过程如下：a．CPU置行线x0~x1全0，若读入的y0～y3列线全为1，则无键按下程序返回；由于键随时可能被按下，应周期性进行检测，有键按下必有一根列线为0，若列线有一根以上为0则为串键。b．CPU逐一使行线为0(其余行口线为1)，同时读入列口线，当列口线读入全为1时，说明按压键不在该行，需继续扫描。当列口线读入不全为1时，则按压键就在读入为0的列口线和此时为0的行口线上，合并此时的行扫描数据和列读入数据，就是按压键的键值，程序可据此进行键值分析。c．若程序采取单次键入的方式，则应判断按压键是否松开，在松开前不应进行新的逐行扫描判断。判断是否放开的方法与步骤a相似，只是在读入列全为1后，延时去抖动并结束一次按压键逐行扫描的判断过程。逐行扫描法以较大的软件开销来换得键盘的硬件结构最简。5.P356.红外线触摸屏的原理红外触摸屏以光束阻断技术为基本原理，是在显示屏幕的四周安放一个光点距(0pti—matrix)架框，在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的由红外线组成的栅格。当有任何物体进入这个栅格的时候，就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，在红外线探测器上会收到变化的信号，因而判断出触摸点在屏幕的位置，经由控制器将触摸的位置坐标传递给操作系统。优点---价格低廉、㈠安装方便可以用在各档次的计算机上。㈡它完全透光，不影响显示器的清晰度。㈢由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快。缺点---㈠发光二极管寿命比较短，影响整个触摸屏的寿命；㈡由于依靠感应红外线运作，外界光线变化，如阳光或室内射灯等均会影响其准确度；㈢不防水不防污物，甚至非常细小的外来物体也会导致误差，影响性能，因而一度淡出过市场。电阻触摸屏的原理用玻璃或有机玻璃作为基层，与显示器表面紧密配合的多层复合电阻薄膜屏，内表面涂有一层导电层，表面涂有一层透明导电层，两层导电层之间有许多细小的透明隔离点把它们隔开绝缘。当触摸屏幕时，两层导电层在触摸点就有接触，控制器检测到接通点并计算出X、y轴的位置。②电阻式触摸屏的特点质量稳定、品质可靠、高度适应环境。尤其在工控领域对环境的要求不高，使在触摸产品中占有90％的市场量。优点---不怕油污、灰尘、水，经济性很好，供电要求简单，非常容易产业化，而且适应的应用领域多种多样。缺点---太用力或使用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而导致报废（外层采用塑胶材料）。电容触摸屏原理原理：把人体作为电容的一个电极，利用人体的电流感应进行工作。电容触摸屏是四层复合玻璃屏。当手指触摸在金属层上时，手和触摸屏表面耦合出足够量的电容（对高频电流电容是直接导体），于是手指从接触点吸走很小的电流。电流分别从触摸屏四角上的电极流出，且流经这4个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器对这4个电流的精确计算得出触摸点的位置。7.P381、数据采集系统的构成、工作原理及技术指标。2、分时采集型和同步采集型的构成及特点。3、信号调理包括哪些内容。4、传感器有哪些类，如何选用？5、什么是程控放大器，使用它的作用？6、A/D的主要技术指标是什么？如何选用？7、设计一个多路数据采集系统。（要求：采用51单片机、0809A/D、16路模拟量分时采集、）8、数据缓存区如何设置？1.P682.分时采集型-----公用采样/保持器（S/H）和A/D转换器。特点：①电路简单、成本低，②多路转换开关分时切换、轮流选通，无法获得同一时刻几路的数据，不能用于多路信号严格同步的采集系统，存在时间偏斜误差，③广泛用于中、低速数据采集。同步采集型------每路都有采样保持器，多路采样保持器在同一时刻采样并保持，分时切换进入A/D转换。特点：①同步采样消除时间偏斜误差，②采样路数多时，保持器的泄漏使信号衰减，保持的时间不同各路的衰减也不同。3.信号调理（SignalConditioning）--把各种、千差万别的信号转变成计算机可识别的信号。即物理量转换为电信号、小信号放大、滤波，还有零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等。相应的电路称为信号调理电路。4.传感器的技术要求①将被测量转换为后续电路可用的电量，转换范围与被测量实际变化范围（幅度、频率）一致。②精度符合整个系统分配给传感器的精度(一般优于系统精度的十倍)，速度符合整机要求。③满足被测介质和使用环境的要求，如高温、高压、防腐、抗振、防爆、电磁干扰、体积、质量和耗电等。④满足用户对可靠性和可维护性的要求。在都能满足测量范围、精度、速度、使用条件等情况下，应侧重考虑成本低、相配电路是否简单等因素进行取舍，尽可能选择性能价格比高的传感器。大信号输出传感器，数字式传感器，集成传感器，光纤传感器。在信号输入通道中采用光纤传感器可以从根本上解决由现场通过传感器引入的干扰。5.在实际应用中，特别是通用测量仪表中，为了在整个测量范围内获取合适的分辨力，常用可变增益放大器。放大器的增益由计算机的程序控制，这种由程序控制增益的放大器，称为程控放大器。程控放大器是智能仪器的常用部件之一。6.主要指标：1、分辨率与量化误差：分辨输入量最小变化程度，为1LSB，12位为1/212。2、转换精度：主要取决于量化误差等于1／2LSB。精度取决位数和采样速度。3、转换速率：主要转换器的速度所确定。转换器的选择：1、合适的位数：保证位数决定的分辨率高于分配的精度要求。选位数多的芯片，保持较高的内部分辨率。2、转换速度：分析采集信号所含最高频率，频率越高采样频率就越高，转换时间越短。一般的温度、液位变化较慢，压力、流量变化较快，机械量变化更快，各种电量、发动机燃烧、爆破等量变化速度更快。3、智能仪表进行误差分配时，给转换部分留有一定的余地。它还存在由于器件不精密，受外界影响而变化等带来的转换误差，如线性误差、温度漂移误差等。7.8.对测量物理量品种单一、测量的点数较少和采样次数较少（精度要求不高）的场合，一般使用微处理器的片内RAM能满足要求，其他的须外扩RAM，但必须合理充分利用。1、数据缓存区划分分三个区域：①堆栈区；②暂存变量区—中间结果、设置的参数、设置的标志；③数据缓冲区—容量比①、②大得多，地址必须连续。环形数据缓冲区智能仪表要保存大量的原始数据，出具各种报表、分析运行情况等，所以数据缓冲区的作用非常重要。对于单端口RAM的数据输入和数据输出必须轮换使用，双端口RAM的数据输入和数据输出不能在同一时刻进行。保证先输入采集的数据，后输出最新数据是解决的主要问题。各种数据（采集、滤波、变换、派生）一般设多块缓冲区，形成环形缓冲区。设两个指针，输入数据采集指针和输出数据处理指针，指针由0～N-1表示输入或输出完毕，而且任一指针不能超过另一指针，这样地址必须连续。1、数据处理的内容及优点。2、怎样实现分段测量？3、标度变换的内容。4、数字滤波如何克服大幅脉冲干扰和小幅高频噪声。5、曲线拟合法和查表校正法的基本思想。6、零点误差、增益误差如何校正？7、基本的位置PID、增量PID算法的思想。8、抗积分饱和PID、抗设定值冲击型PID、非线性型PID的思想。9、相关测量技术的基本思想。1.P1082.P1093.P1104.克服大幅：仪表外部偶然因素引起的突变性扰动或内部不稳定引起误码等造成的尖脉冲干扰，常用非线性滤波法。1．限幅滤波法程序判断被测信号