1-智能仪表开发-绪论.

中国石油大学信息与控制工程学院智能仪表开发2014.04学时：授课：32学时、实验：16学时主讲：陈鸿龙，廖明燕邮箱：[e-mail]内容与学时安排绪论预备知识（C51、IAR开发环境）MSP430超低功耗微处理器MSP430F5438片上资源通讯接口与数据总线过程输入输出通道点阵式液晶显示技术智能化仪表抗干扰技术监控程序设计其他：测量算法设计(参考传感器技术等课程）；控制算法设计（参考自动控制原理等课程）智能仪表开发中国石油大学信息与控制工程学院智能仪表开发第一章、绪论1.4智能仪表的开发工具1.1智能仪表的发展1.2智能仪表的功能和组成1.3智能仪表的设计思想和研制步骤中国石油大学信息与控制工程学院客观世界是一个物质世界，人们为了认识物质世界，就必须对表征物质运动的各种信号进行测量。一个完整的测试过程包括：信息的采集信息的变换与传输信息的处理和分析信息的显示、记录和执行1.1智能仪表的发展绪论中国石油大学信息与控制工程学院中国石油大学信息与控制工程学院基地式：20世纪50年代单元组合式：DDZ,QDZ20世纪60年代计算机：DDC,DCS20世纪70年代先进控制和优化控制：CIPS,FCS20世纪80年代以后自动化仪表的发展经历了如下过程：模拟仪表→数字仪表→智能仪表控制系统结构及仪表的发展绪论中国石油大学信息与控制工程学院生产装置实施先进控制成为发展主流；过程优化受到普遍关注；传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统；DCS与FCS相结合；综合自动化系统（CIPS）是发展方向。当前自动控制系统及仪表发展的一些主要特点仪表的智能化越来越强。绪论中国石油大学信息与控制工程学院智能是随外界条件变化而作出的一种正确反应的能力。将人的智能引入仪表，即将人工智能的理论和方法应用于仪表产品，则可实现仪表智能化。什么是智能化？绪论中国石油大学信息与控制工程学院智能仪表的定义：——智能仪表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，它具有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，有的还具有自校正、自诊断、自适应、自学习的功能，具有一定智能的作用。实际上目前大多内装单片机的仪表只具有运算、判断能力，用“智能化”的标准来衡量尚有差距，称之为微机化仪表更为确切。绪论中国石油大学信息与控制工程学院智能仪器的发展智能仪表的出现至今已有近三十年的历史。随微电子技术、微机械技术、微计算机技术、控制技术而发展。绪论在20世纪70年代，随着微处理技术的发展，智能仪表开始发展起来20世纪80年代初期，出现了高性能的数字万用表，其数据处理功能一般包括百分误差、绝对误差、最大值及最小值、峰-峰值、平均值、有效值、方差及标准差等。并且有的还具有自动校准技术。中国石油大学信息与控制工程学院绪论到了20世纪90年代，在高准确度、高性能、多功能的测量仪器中已经很少有不采用微计算机技术的了。近年来，智能仪器已开始从较为成熟的数据处理向知识处理发展。体现为模糊判断、故障诊断、容错技术、传感器信息融合等等，使智能仪器的功能向更高的层次发展。现场总线仪表中国石油大学信息与控制工程学院1.2智能仪表的功能和组成1.2.1智能仪表的基本组成智能仪表包括硬件和软件两大部分，其功能很大程度上取决于软件。硬件部分:智能仪表硬件包括主机电路(微处理器：单片机或嵌入式系统)、输入输出通道、人机联系部件与接口电路以及串行或并行通信接口。绪论中国石油大学信息与控制工程学院光电隔离光电隔离光电隔离键盘输入显示器模数转换开关量入模拟量入数模转换光电隔离通信接口开关量出模拟量出主机电路智能仪表的硬件组成：绪论中国石油大学信息与控制工程学院单片机技术发展动向在HCMOS基础上的全盘CMOS化，该器件具有本质低功耗、宽电压范围等优良性能。单片机字长有4、8、16和32位，但当前主流机型仍是8位机；8位单片机还会不断改进和完善。程序存储器已从片内或外接EPROM发展FlashROM(快擦写存储器)硬件的特点：绪论中国石油大学信息与控制工程学院单片机内部资源不断丰富和扩大，如存储容量增大，I/O口数量增多，许多外部接口电路(ADC、PWM、WDT等)集成到单片机中。嵌入式系统。新一代的单片机采用RISC(精简指令集)体系结构，较之传统CISC,指令的运行速度有了很大的提高。绪论中国石油大学信息与控制工程学院软件部分:监控主程序初始化管理键盘管理显示管理中断管理时钟管理诊断管理手自动管理智能仪表软件包括监控程序、中断处理(服务)程序以及能实现各种算法的功能模块。智能仪表的软件组成：绪论中国石油大学信息与控制工程学院功能模块逻辑运算测量算法输入输出键盘程序显示程序控制算法实时时钟数字滤波标度变换数据处理非线性校正PID控制先进控制复杂控制智能控制绪论中国石油大学信息与控制工程学院1.2.2智能仪表的特点仪表中使用单片微机、ASIC专用集成电路或DSP数字信号处理芯片、集成开关电源，采用表面贴装技术。仪表符合可靠性设计、电磁兼容性设计、耐环境性设计、人机工程学设计、造型设计的要求。仪表具有自动校零、满度和切换量程以及自动补偿和修正各类误差的功能，以实现高精度检测。绪论中国石油大学信息与控制工程学院仪表具有符合标准协议的通信接口，可实现联网。仪表具有自诊断功能,一旦发现故障即能告警,并能及时处理。仪表具有多种输入、输出方式和多种控制功能,可任意设置或组态。绪论中国石油大学信息与控制工程学院1.2.3过程控制中常见的智能仪表现场类智能变送、执行仪表，例如智能式压力、差压、流量、物位、温度、成分等传感、变送器以及执行器。控制、显示、记录类智能仪表，例如自整定PID调节仪、可编程调节器、可编程控制器、流量积算仪、大屏幕无纸记录仪等。当前流行的虚拟仪器(VI)采用虚拟现实技术，在计算机上加入特定的硬件和软件，使之完成许多仪器的功能，成为新一代的仪器仪表。绪论中国石油大学信息与控制工程学院1.3.1智能仪表的设计思想模块化设计：依据仪表的功能要求和技术经济指标,自顶向下（由大到小）地按仪表功能层次把硬件和软件分成若干个模块,分别进行设计和调试,然后把它们连接起来,进行总调,这就是设计仪表的基本思想。1.3智能仪表的设计思想和研制步骤绪论中国石油大学信息与控制工程学院模块的连接：软件模块的连接,一般是通过监控主程序调用各种功能模块，或采用中断的方法实时地执行相应的服务模块来实现；硬件模块（模板）的连接一般是以主机模块为核心，通过内部总线（数据总线、地址总线和控制总线）连接其它模块。绪论中国石油大学信息与控制工程学院1.3.2设计、研制的主要内容确定设计任务和仪表功能，提出设计初步方案。绘制硬件及软件总框图，确定硬件类型和数量，注意单片机的选择以及权衡硬、软件的比例。硬件电路的设计、研制和调试。用专业软件Protel绘图布线，力求标准化、规范化。绪论中国石油大学信息与控制工程学院仪表总调、性能测定。对设计所要求的全部功能进行测试，发现问题，应及时修改，直至满足设计指标。最后要写出性能测试报告。仪表结构设计，力求造型优美、色泽柔和、美观大方、外廓整齐、细部精致，便于操作、维修。应用软件的设计、程序编制和调试。注意结构清晰、编程规范。通常，用仿真器进行调试。绪论中国石油大学信息与控制工程学院1.4智能仪表的开发工具单片机本身没有开发能力，必须借助开发工具来研制、调试智能仪表的硬件和软件。开发工具由主处理器、显示器、键盘、在线仿真器、编程器、打印机以及开发所需要的软件组成的一个系统，故又称为开发系统。绪论中国石油大学信息与控制工程学院1.4.1开发工具的功能编程能力调试、运行能力仿真功能绪论中国石油大学信息与控制工程学院1.4.2开发工具的种类简易型开发系统软件模拟开发系统通用型开发系统IARKeilC专用开发系统CCS单片机的在线编程技术SIP绪论