智能仪器,主讲人 张重雄 教授,南京理工大学电光学院,南京理工大学在职研究生河南教育中心 2008年12月,第1章 概述,教 学 内 容,第2章 内嵌微处理器的智能仪器,第3章 虚拟仪器,教学参考书,张重雄.虚拟仪器技术分析与设计 电子工业出版社,第 1 章,概 述,第1章 智能仪器概述,教学重点 智能仪器的组成结构 智能仪器的主要特点 智能仪器的发展趋势,1.1 仪器仪表概述,1. 仪器仪表定义、作用、行业分类 仪器仪表是信息获取的工具、是认识世界的手段，是一个系统或装置； 最基本的作用：是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。,仪器仪表种类繁多，如测量仪器，分析仪器，生物医疗仪器，地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，遍及国民经济各个部门，深入到人民生活的各个角落。,三代仪器仪表,第一代为指针式（或模拟式）仪器仪表,第二代为数字式仪器仪表,第三代就是智能式仪器仪表,2.仪器仪表的重要性,1）仪器及检测技术已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，也是创新研究的主体内容之一和创新成就的重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新与技术创新的组成部分； 3）仪器是信息的源头技术。 仪器仪表是： 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”,王大珩院士：“能不能创造高水平的科学仪器和设备体现了一个民族、一个国家的创新能力。发展科学仪器设备应当视为国家战略”,科学仪器是信息的源头 科学仪器产业是信息产业,1.2 智能仪器的基本概念,智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量(或检测)仪器，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。,1. 智能仪器分类,智能仪器四个层次,2. 智能仪器的基本结构,其结构可有两种基本类型: 微机内嵌式微机扩展式,将单片或多片的微机芯片与仪器有机地结合在一起形成的单机。,以个人计算机(PC)为核心的应用扩展型测量仪器。个人计算机仪器或称微机卡式仪器。,单片机或DSP RAM、 EPROM I/O接口,D/A,A/D,RS232 USB,打印机,键盘、开关、显示器,传感器,电量,非电量,内嵌微处理器智能仪器的基本结构,输入通道,输出通道,外部通信,A/D 转换器,D/A 转换器,输入 电路,模拟 执行器,I/O接口,被测量,智能仪器 卡式仪器的演变,计算机部分,测试部分,卡式仪器将智能仪器中的测量部分配以相应的接口，制成各种功能的仪器卡，插入到PC机的扩展槽中，而原智能仪器中的微机系统、键盘、显示器、存贮器、电源等均借助于PC机的资源而构成的。,卡式仪器的硬件结构,仪器卡,缺少仪器面板 建立软面板,个人仪器结构图,普通台式PCI,工控机PCI,笔记本PCI,虚拟仪器：虚拟仪器是指，在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义，具有虚拟的操作面板，测试功能由测试软件来实现的一种计算机仪器系统。,虚拟仪器的特点： 软件是虚拟仪器的核心； 虚拟仪器的性价比高； 具有良好的人机界面； 具有与其它设备互联的能力。,虚拟示波器,3. 智能仪器的主要特点,测量过程的软件控制： CPU 软件控制测量过程 “以软代硬” 灵活性强、可靠性强 数据处理 ： 随机误差、系统误差、非线性校准等处理改善测量的精确度 数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、相位谱、功率谱等信号分析提供更多高质量的信息量 多功能化 ：一机多用,1.3 推动智能仪器发展的主要技术,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）嵌入式系统与片上系统SOC的应用； 5）ASIC、FPGACPLD技术； 6）LabVlEW等图形化软件技术； 7）网络与通信技术。,（1）微型化,（2）多功能化,1.4 智能仪器发展趋势,（3）人工智能化,（4）网络化,南京理工大学电光学院,本章结束,