第1章 概论,主要内容 1.1 引论 1.2 微机测控应用系统设计的主要内容的主要内容 1.3 微机测控系统的发展,1.1 引论,主要内容 1.1.1 智能机电一体化 1.1.2 测控仪器仪表,1.1.1 智能机电一体化,1机电一体化的基本组成要素 2机电一体化中的关键技术 3. 发展趋势,1机电一体化的基本组成要素,一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动装置、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。,2机电一体化中的关键技术,机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。,3. 发展趋势,（1） 机电一体化的高性能化 （2） 机电一体化的智能化趋势 1）诊断过程的智能化 3）自动编程的智能化 2）人-机接口的智能化 4）加工过程的智能化 （3） 机电一体化的系统化发展趋势 （4） 机电一体化的模块化发展趋势 （5） 机电一体化的轻量化及微型化发展趋势,1.1.2 测控仪器仪表,1智能化测控仪器仪表 2虚拟仪器仪表,1智能化测控仪器仪表,智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，是仪器仪表技术发展的重要阶段。智能仪器拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能，既能自动测试，也具有数据处理功能。 传统测控仪表对于输入信号的测量准确性完全取决于仪表内部各功能部件的精密性和稳定性水平。其校准费时费力。,1智能化测控仪器仪表,随着微电子技术的飞速发展以及计算机应用的日益广泛，微控制器的性能逐渐提高，智能化测量控制仪表也取得了巨大的进展。 智能化测量控制仪表的应用已经十分普遍。能够进行差压补偿的智能节流式流量计；能够对各种谱图进行分析和数据处理的智能色谱仪；美国FLUKE公司生产的直流电压标准器5440A,内部采用了三个微处理器，其短期稳定性达到1ppm,线性度可达到0.5ppm。,2虚拟仪器仪表,虚拟仪器，是通过以计算机为核心，根据用户对仪器的设计定义，用软件实现虚拟控制面板设计和测试功能的一种计算机仪器系统。用户可通过鼠标，键盘或触摸屏来操作虚拟仪器面板，就如同使用一台专用测量仪器一样，实现所需要的测量测试目的。 虚拟仪器也由硬件系统与软件系统两部分构成。,2虚拟仪器仪表,硬件组成：虚拟仪器的硬件平台由计算机硬件平台与I/O接口设备构成。计算机硬件平台一般采用PC机或工作站。而主要完成输入信号采集、调理、A/D转换的I/O接口设备一般根据总线不同，分为PC总线的数据采集卡/板（DAQ）、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、PXI总线仪器和串口总线仪器五种标准体系结构，如图所示。,2虚拟仪器仪表,2虚拟仪器仪表,软件构成：虚拟仪器的软件平台包括仪器面板控制软件、数据分析处理软件和I/O接口仪器驱动。,2虚拟仪器仪表,与传统仪器相比，虚拟仪器有以下几方面的特点： （1）高性能 （2）灵活性 （3）网络化与模块化,1.2 微机测控应用系统设计的主要内容的主要内容,1.2.1 微机测控系统的结构 1.2.2 微机测控系统的设计,1.2.1 微机测控系统的结构,微机测控系统的结构如1-2图所示。主要由控制器、应用软件、总线与接口、外围设备、被控对象5个部分构成。,1.2.1 微机测控系统的结构,1.2.2 微机测控系统的设计,1.PC机的总线扩展和硬件配置 2.PC机的软件配置 3.电源技术 4.单片机总线扩展技术 5.传感器技术,6.输出控制技术 7.输出控制技术 8人机界面设计 9.通讯技术 10.计算机控制网络 11.软件设计,1.3 微机测控系统的发展,由于微机使传统的检测手段、方法、仪器、设备发生了根本性的变化 ，形成了自动化、实时化、智能化的以微机为核心的测控系统。图1-3所示为测控系统的基本组成部分。测控系统的结构取决于硬件的配置、工作环境、系统对精度和实时性的要求等。,1.3 微机测控系统的发展,1.3 微机测控系统的发展,1.3.1 集中型测控系统 1.3.2 分布式测控系统（DMCS） 1.3.3 集散控制系统（DCS） 1.3.4 现场总线测控系统（FCS）,1.3.1 集中型测控系统,由一台计算机和单片机担当控制、检测、输出任务，如智能仪器、工业过程集中监视、用来对检测参数进行高效和自动化测量，报警和闭环控制，大多是专用计算机系统。集中控制缺点：可靠性差，干扰大、开发复杂、周期长。,1.3.2 分布式测控系统（DMCS）,分布式测控系统成功地实现了信息集中管理、过程分散控制的有机结合,管理与控制相分离。上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机下放分散到现场实现分布式测量与控制，上下位机之间用控制网络互联以实现相互之间的信息传递。其结构如图1-4。其特点是：以测量为手段、网络为通信媒介、控制为目的。,1.3.2 分布式测控系统（DMCS）,1.3.3 集散控制系统（DCS）,集散控制系统（DCS）是以微处理机技术为基础的集中分散型综合控制系统的简称，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的.综合了计算机(Computer)、数据通讯(Communication)、控制(Control)、模/数转换(Convert)、图形显示(CRT)的五“C”高新技术为一体的系统。,1.3.3 集散控制系统（DCS）,具有可靠性高、通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠的特点。,1.3.3 集散控制系统（DCS）,1.3.4 现场总线测控系统（FCS）,现场总线（Fieldbus）是指应用在生产现场的，测量设备之间实现双向、串行、多点通信的数字通信系统，基于现场总线的测控系统称为现场总线测控系统（FCS）。 现场总线测控系统是一种开放式的、具有互操作性的、彻底分散的分布式测控系统。它利用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各控制器及仪器仪表设备互连，构成现场总线测控系统，同时将控制功能彻底下放到现场，降低了设备的安装成本和维护费用。,1.3.4 现场总线测控系统（FCS）,下面以现场控制网络（LONWORKS）技术为例介绍现场总线测控系统。 LON网络系统是由智能节点组成，其技术的核心之一就是Neuron芯片，智能节点是基于Neuron芯片开发的，每个智能节点可具有多种型式的IO功能，节点之间可通过不同的传输媒介进行通信，并遵守ISOOSI的7层模型，采用LonWorks技术的通信协议标准LonTalk。Lon 节点的构成如图1-6所示。,1.3.4 现场总线测控系统（FCS）,Lon 节点的构成,1.3.4 现场总线测控系统（FCS）,1.LONWORKS特点 （1） 无中心机控制的真正分散控制，使职能节点尽可能靠近对象； （2） 开放式系统结构，各传感器、变送器、执行器直接挂在总线上，组态灵活、增减容易； （3）节点之间通讯媒体有：双绞线、电源线、电话线、动力线、光纤、无线射频等； （4）可靠性高； （5）网络通讯协议固化在节点内部； （6）节点编程容易、简单、可用C语言编程。,1.3.4 现场总线测控系统（FCS）,2.Lonworks 网络组成 LonTalk协议支持各种规模的网络，每个域最多可连接3.2万个节点，可有3.2万个域节点可以组成总线型、环型、树型等多种拓扑网络结构，特别值得一提的是还可以组成自由拓扑结构，它是各种常规拓扑结构的组合其拓扑结构图如图1-7所示。,1.3.4 现场总线测控系统（FCS）,