智能儀表工作原理_智能儀表硬件的組成

　　智能儀表工作原理

　　智能儀表是以微型計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）為主體，將計(jì)算機(jī)技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，組成新一代“智能化儀表”。

　　傳感器拾取被測(cè)參量的信息并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)濾波去除干擾后送入多路模擬開(kāi)關(guān)；由單片機(jī)逐路選通模擬開(kāi)關(guān)將各輸入通道的信號(hào)逐一送入程控增益放大器，單片機(jī)根據(jù)儀器所設(shè)定的初值進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理；運(yùn)算的結(jié)果被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和打印。

　　智能儀表硬件的組成

　　智能儀表硬件部分包括控制器及其接口電路、模擬量輸入通道、開(kāi)關(guān)量輸入通道、模擬量輸出通道、開(kāi)關(guān)量輸出通道、接口電路、人機(jī)通道（如鍵盤(pán)、顯示器接口電路等）以及其他外圍設(shè)備（打印機(jī)等）接口電路。智能儀表系統(tǒng)組成如圖1所示。

　　圖1 智能儀表系統(tǒng)組成框圖

　　1、控制器及其接口電路

　　控制器及其接口電路包括控制器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路及擴(kuò)展電路，它可以進(jìn)行必要的數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理等。

　　2、輸入輸出通道

　　輸入輸出通道是智能儀表控制器和被測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)之間設(shè)置的信號(hào)傳遞和變換的連接通道。它包括模擬量輸入通道、開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量） 輸入通道、模擬量輸出通道、開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量）輸出通道等。輸入輸出通道的作用是將被測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)變換成控制器可以接收和識(shí)別的代碼；將控制器輸出的控制命令和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)或開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)，從而控制被測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行期望的動(dòng)作。

　　在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，需要處理一些基本的開(kāi)關(guān)量輸入輸出信號(hào)，例如開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)、的接通與斷開(kāi)、指示燈的點(diǎn)亮與熄滅、閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉等，這些信號(hào)都是以二進(jìn)制的“0”和“1”出現(xiàn)的。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位的變化就表征了相應(yīng)器件的特性。開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道就是要實(shí)現(xiàn)外部的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)系，包括輸入信號(hào)處理電路及輸出功放電路。

　　模擬量輸入輸出通道由數(shù)據(jù)處理電路、a/d轉(zhuǎn)換器、d/a轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成，用來(lái)輸入輸出模擬量信號(hào)。其中，模擬量輸入通道的任務(wù)是把，如壓力變送器、溫度傳感器、液位變送器、流量計(jì)等監(jiān)測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字信號(hào)，送給計(jì)算機(jī)處理。模擬量輸出通道的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或者電流信號(hào)。驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，達(dá)到控制目的。

　　3、通信接口

　　通信接口則用來(lái)實(shí)現(xiàn)智能儀表與外界其他計(jì)算機(jī)或智能外設(shè)交換數(shù)據(jù)。

　　4、人機(jī)通道

　　人機(jī)通道是人和智能儀表之間建立聯(lián)系、交流信息的輸入輸出通路，包括人機(jī)接口和人機(jī)交互設(shè)備兩層含義。人機(jī)接口是智能儀表的微控制器和人機(jī)交互設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)?a href="http://srfitnesspt.com/soft/data/4-10/" target="_blank">控制電路。人機(jī)交互設(shè)備是智能儀表系統(tǒng)中最基本的設(shè)備之一，是人和智能儀表之間建立聯(lián)系、交換信息的外部設(shè)備。常見(jiàn)的人機(jī)交互設(shè)備可分為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備兩類(lèi)。其中，輸入設(shè)備是人向智能儀表系統(tǒng)輸入信息，如輸入鍵盤(pán)、開(kāi)關(guān)按鈕等；輸出設(shè)備是智能儀表系統(tǒng)直接向人提供系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果，如顯示裝置、打印機(jī)等。通過(guò)智能儀表的人機(jī)通道，可以向智能儀表輸入命令和數(shù)據(jù)，了解智能儀表運(yùn)行的狀態(tài)和顯示相關(guān)的工作參數(shù)。

　　智能儀表的工作過(guò)程如下：輸入信號(hào)要經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入通道電路或模擬量輸入通道電路進(jìn)行變換、放大、整形、補(bǔ)償?shù)忍幚怼?duì)于模擬量信號(hào)，需經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)接口送入微控制器。由微控制器對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理、計(jì)算分析等一系列工作，通過(guò)接口送至顯示器或打印機(jī)，也可輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)或經(jīng)模擬量通道的d/a轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，還可通過(guò)串行接口（例如rs-232等）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，完成更復(fù)雜的測(cè)量、控制任務(wù)。

　　智能儀表的軟件組成

　　硬件只是為智能儀表系統(tǒng)提供底層物質(zhì)基礎(chǔ)，要想使智能儀表正常工作運(yùn)行，必須提供或研發(fā)相應(yīng)的軟件。如圖2所示，智能儀表軟件可以分為系統(tǒng)軟件、支持軟件和應(yīng)用軟件。

　　圖2 智能儀表的軟件結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)軟件包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序等；支持軟件包括、編譯程序、高級(jí)語(yǔ)言等。

　　應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對(duì)某個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的控制和管理程序。智能儀表的應(yīng)用軟件包括監(jiān)控程序、中斷服務(wù)程序以及實(shí)現(xiàn)各種算法的功能模塊。監(jiān)控程序是儀表軟件的中心環(huán)節(jié)，它接收和分析各種命令，并管理和協(xié)調(diào)整個(gè)程序的執(zhí)行；中斷服務(wù)程序是在人機(jī)接口或其他外圍設(shè)備提出中斷申請(qǐng)，并為微控制器響應(yīng)后直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行，以便及時(shí)完成實(shí)時(shí)處理任務(wù)；功能模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)儀表的數(shù)據(jù)處理和控制功能，包括各種測(cè)量算法（例如數(shù)宇濾波、標(biāo)度變換、非線性修正等） 和控制算祛（例如pid控制、前饋控制、模糊控制等）。

　　只有軟件和硬件相互配合，才能發(fā)揮系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，研制出具有更高性能的智能儀表系統(tǒng)。

　　智能儀表的特點(diǎn)

　　1、操作自動(dòng)化。儀器的整個(gè)測(cè)量過(guò)程如鍵盤(pán)掃描、量程選擇、傳輸與處理以及顯示打印等都用單片機(jī)或微控制器來(lái)控制操作，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的全部自動(dòng)化。儀器一起組成用戶(hù)所需要的多種功能的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，來(lái)完成更復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)。

　　2、 具有數(shù)據(jù)處理功能，這是智能儀器的主要優(yōu)點(diǎn)之一。智能儀器由于采用了單片機(jī)或微控制器，使得許多原來(lái)用硬件邏輯難以解決或根本無(wú)法解決的問(wèn)題，現(xiàn)在可以用軟件非常靈活地加以解決。例如，傳統(tǒng)的數(shù)字萬(wàn)用表只能測(cè)量電阻，而智能型的數(shù)字萬(wàn)用表不僅能進(jìn)行上述測(cè)量，而且還具有對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行諸如零點(diǎn)平移、統(tǒng)計(jì)分析等復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理功能，不僅使用戶(hù)從繁重的數(shù)據(jù)處理中解放出來(lái)，也有效地提高了儀器的測(cè)量精度。

　　3、具有自測(cè)功能，包括自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)故障與狀態(tài)檢驗(yàn)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自診斷及量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。智能儀表能自動(dòng)檢測(cè)出故障的部位甚至故障的原因。這種自測(cè)試可以在儀器啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行，同時(shí)也可在儀器工作中運(yùn)行，極大地方便了儀器的維護(hù)。

　　4、具有友好的人機(jī)對(duì)話能力。智能儀器使用鍵盤(pán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器中的切換開(kāi)關(guān)，操作人員只需通過(guò)鍵盤(pán)輸入命令，就能實(shí)現(xiàn)某種測(cè)量功能。與此同時(shí)，智能儀器還通過(guò)顯示屏將儀器的運(yùn)行情況、工作狀態(tài)以及對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果及時(shí)告訴操作人員，使儀器的操作更加方便直觀。

責(zé)任編輯：YYX