智能儀器設(shè)計實例

1、儀器可靠性是最突出也是最重要的性能儀器可靠性是最突出也是最重要的性能。 直接影響測量結(jié)果的正確與否直接影響測量結(jié)果的正確與否 將影響工作效率將影響工作效率 儀器信譽儀器信譽 在線檢測與控制類儀器更是如此，由于儀在線檢測與控制類儀器更是如此，由于儀 器的故障造成整個生產(chǎn)過程的混亂，甚至引器的故障造成整個生產(chǎn)過程的混亂，甚至引起嚴重后果。起嚴重后果。 在儀器設(shè)計過程中，應(yīng)考慮操作方在儀器設(shè)計過程中，應(yīng)考慮操作方便，盡量便，盡量降低對操作人員的專業(yè)知識降低對操作人員的專業(yè)知識的要求，的要求，以便產(chǎn)品的以便產(chǎn)品的推廣應(yīng)用推廣應(yīng)用。 儀器的儀器的控制開關(guān)或按鈕不能太多、控制開關(guān)或按鈕不能太多、太復(fù)雜，太

2、復(fù)雜，操作程序應(yīng)簡單明了操作程序應(yīng)簡單明了，從而，從而使使操作者無需專門訓(xùn)練，操作者無需專門訓(xùn)練，便能掌握儀便能掌握儀器的器的使用方法。使用方法。 智能儀器還應(yīng)有很好的可維護性，智能儀器還應(yīng)有很好的可維護性，為此，儀器結(jié)構(gòu)要規(guī)范化、模塊化，并為此，儀器結(jié)構(gòu)要規(guī)范化、模塊化，并配有現(xiàn)場配有現(xiàn)場故障診斷程序故障診斷程序，一旦發(fā)生故障，一旦發(fā)生故障，能保證有效地對故障進行能保證有效地對故障進行定位定位，以便，以便更更換相應(yīng)的模塊換相應(yīng)的模塊，使儀器，使儀器盡快地恢復(fù)正常盡快地恢復(fù)正常運行。運行。 儀器結(jié)構(gòu)工藝儀器結(jié)構(gòu)工藝:是影響可靠性的重要因素，是影響可靠性的重要因素，首先要依據(jù)儀器工作環(huán)境條件，是

3、否需要首先要依據(jù)儀器工作環(huán)境條件，是否需要防水、防塵、防爆密封，是否需要抗沖擊、防水、防塵、防爆密封，是否需要抗沖擊、抗振動、抗腐蝕等要求，設(shè)計工藝結(jié)構(gòu)；抗振動、抗腐蝕等要求，設(shè)計工藝結(jié)構(gòu)； 儀器的造型設(shè)計儀器的造型設(shè)計:總體結(jié)構(gòu)的安排、部件間總體結(jié)構(gòu)的安排、部件間的連接關(guān)系、面板的美化等都必須認真考的連接關(guān)系、面板的美化等都必須認真考慮，最好由結(jié)構(gòu)專業(yè)人員設(shè)計，使產(chǎn)品造慮，最好由結(jié)構(gòu)專業(yè)人員設(shè)計，使產(chǎn)品造型優(yōu)美、色澤柔和、外廓整齊、美觀大方。型優(yōu)美、色澤柔和、外廓整齊、美觀大方。1.1.從整體到局部從整體到局部( (自頂向下自頂向下) )的設(shè)計原則的設(shè)計原則2.2.較高的性能價格比原則較高的

4、性能價格比原則3.3.組合組合( (集成集成) )化與開放式設(shè)計原則化與開放式設(shè)計原則 在硬件或軟件設(shè)計時，把復(fù)雜的、難處在硬件或軟件設(shè)計時，把復(fù)雜的、難處理的問題，分為若干個較簡單的、容易理的問題，分為若干個較簡單的、容易處理的問題，然后再一個個地加以解決。處理的問題，然后再一個個地加以解決。 1.1.從整體到局部設(shè)計原則從整體到局部設(shè)計原則要求 提出總?cè)蝿?wù)提出總?cè)蝿?wù)繪制硬件和軟件總功能框圖繪制硬件和軟件總功能框圖分解成可獨立表征的分解成可獨立表征的一批子任務(wù)：單獨的實體進行設(shè)計和調(diào)試一批子任務(wù)：單獨的實體進行設(shè)計和調(diào)試子任務(wù)分解：子任務(wù)分解：足夠簡單容易實現(xiàn)足夠簡單容易實現(xiàn) 低級子任務(wù)：低

5、級子任務(wù)：采用通用模塊采用通用模塊最低的難度最低的難度最高的可靠性最高的可靠性l儀器的儀器的造價造價：研制成本、生產(chǎn)成本、使：研制成本、生產(chǎn)成本、使用成本。用成本。l設(shè)計時設(shè)計時不盲目追求復(fù)雜、高級的方案。不盲目追求復(fù)雜、高級的方案。 在滿足性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)盡可能采在滿足性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)盡可能采用簡單成熟的方案，意味著元器件少，用簡單成熟的方案，意味著元器件少，開發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)方便，開發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)方便，可靠性高?？煽啃愿?。 樣機研制成本：樣機研制成本：系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試和軟件開系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試和軟件開發(fā)，硬件成本不是考慮的主要因素。發(fā)，硬件成本不是考慮的主要因素。 生產(chǎn)成本生產(chǎn)成本：生產(chǎn)數(shù)

6、量越大，每臺產(chǎn)品的平生產(chǎn)數(shù)量越大，每臺產(chǎn)品的平均研制費就越低，儀器硬件成本對產(chǎn)品的生產(chǎn)均研制費就越低，儀器硬件成本對產(chǎn)品的生產(chǎn)成本有很大影響。成本有很大影響。 使用成本：使用成本：維護費、備件費、運轉(zhuǎn)費、管維護費、備件費、運轉(zhuǎn)費、管理費、培訓(xùn)費等。理費、培訓(xùn)費等。必須綜合分析后做出選用方案的正確決策。必須綜合分析后做出選用方案的正確決策。 設(shè)計智能儀器系統(tǒng)面臨三個突出的問題：設(shè)計智能儀器系統(tǒng)面臨三個突出的問題： 產(chǎn)品更新?lián)Q代太快；產(chǎn)品更新?lián)Q代太快； 市場競爭日趨激烈；市場競爭日趨激烈； 滿足用戶不同層次和不斷變化的要求。滿足用戶不同層次和不斷變化的要求。 在電子工業(yè)和計算機工業(yè)中推行一種不同于

7、傳統(tǒng)在電子工業(yè)和計算機工業(yè)中推行一種不同于傳統(tǒng)設(shè)計思想的所謂設(shè)計思想的所謂“開放系統(tǒng)開放系統(tǒng)”的設(shè)計思想。的設(shè)計思想。l在技術(shù)上在技術(shù)上兼顧今天和明天兼顧今天和明天，既從當(dāng)前實際，既從當(dāng)前實際可能出發(fā)，又留下容納未來新技術(shù)機會的可能出發(fā)，又留下容納未來新技術(shù)機會的余地；余地；l向系統(tǒng)的向系統(tǒng)的不同配套檔次開放不同配套檔次開放，兼顧設(shè)計周，兼顧設(shè)計周期和產(chǎn)品設(shè)計，并著眼于社會的公共參與，期和產(chǎn)品設(shè)計，并著眼于社會的公共參與，為發(fā)揮各方面廠商的積極性創(chuàng)造條件；為發(fā)揮各方面廠商的積極性創(chuàng)造條件；l向用戶不斷變化的特殊要求開放，兼顧向用戶不斷變化的特殊要求開放，兼顧通通用的基本設(shè)計用的基本設(shè)計和用戶的

8、和用戶的專用專用要求。要求。l基于國際上流行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微機總線結(jié)構(gòu)，基于國際上流行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微機總線結(jié)構(gòu)，針對不同的用戶系統(tǒng)要求，選用相應(yīng)的有關(guān)針對不同的用戶系統(tǒng)要求，選用相應(yīng)的有關(guān)功能模塊組合成最終用戶的應(yīng)用系統(tǒng)。功能模塊組合成最終用戶的應(yīng)用系統(tǒng)。l系統(tǒng)設(shè)計者將主要精力放在分析設(shè)計目標(biāo)，系統(tǒng)設(shè)計者將主要精力放在分析設(shè)計目標(biāo)，確定總體結(jié)構(gòu)，選擇系統(tǒng)配件等方面，而不確定總體結(jié)構(gòu)，選擇系統(tǒng)配件等方面，而不是放在部件模塊設(shè)計及用于解決通用軟件的是放在部件模塊設(shè)計及用于解決通用軟件的開發(fā)設(shè)計上。開發(fā)設(shè)計上。l開放式開放式體系結(jié)構(gòu)和總線系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和總線系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，導(dǎo)致了技術(shù)發(fā)展，導(dǎo)致了工業(yè)測控系統(tǒng)采

9、用工業(yè)測控系統(tǒng)采用組合化設(shè)計方法的流行，組合化設(shè)計方法的流行，即即針對不同的應(yīng)用系統(tǒng)要求，選用針對不同的應(yīng)用系統(tǒng)要求，選用成熟的現(xiàn)成硬成熟的現(xiàn)成硬件模板和軟件進行組合。件模板和軟件進行組合。l組合化設(shè)計的基礎(chǔ)是組合化設(shè)計的基礎(chǔ)是模塊化模塊化( (又稱積木化又稱積木化) )，硬、，硬、軟件功能模塊化是實現(xiàn)最佳系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。軟件功能模塊化是實現(xiàn)最佳系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。 l現(xiàn)成的功能模塊，簡化設(shè)計并縮短設(shè)計周期?，F(xiàn)成的功能模塊，簡化設(shè)計并縮短設(shè)計周期。l結(jié)構(gòu)靈活，便于擴充和更新，使系統(tǒng)的適應(yīng)性結(jié)構(gòu)靈活，便于擴充和更新，使系統(tǒng)的適應(yīng)性強。強。l維修方便快捷。維修方便快捷。l功能模板可以組織批量生產(chǎn)，使質(zhì)

10、量穩(wěn)定并降功能模板可以組織批量生產(chǎn)，使質(zhì)量穩(wěn)定并降低成本。低成本。主要作用：主要作用： a.a.研制單位設(shè)計儀器的立項基礎(chǔ)研制單位設(shè)計儀器的立項基礎(chǔ) ； b.b.反映儀器的結(jié)構(gòu)、規(guī)定儀器的功能指標(biāo)，反映儀器的結(jié)構(gòu)、規(guī)定儀器的功能指標(biāo)，明確研制人員的設(shè)計目標(biāo)；明確研制人員的設(shè)計目標(biāo)； c.c.作為研制完畢進行項目驗收的依據(jù)。作為研制完畢進行項目驗收的依據(jù)。主要內(nèi)容主要內(nèi)容 儀器名稱、用途；儀器名稱、用途； 特點及簡要設(shè)計思想特點及簡要設(shè)計思想; ;c.c.主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo); ; d.d.儀器應(yīng)具備的功能；儀器應(yīng)具備的功能； e.e.儀器的設(shè)備規(guī)模；儀器的設(shè)備規(guī)模；f.f.系統(tǒng)的操作規(guī)范。

11、系統(tǒng)的操作規(guī)范。硬件研制：硬件研制：采用功能強的芯片以簡化電路采用功能強的芯片以簡化電路, ,修改和擴展，硬件資源需留有足夠的余地修改和擴展，硬件資源需留有足夠的余地. .自診斷功能，需附加設(shè)計有關(guān)的監(jiān)測報警電路自診斷功能，需附加設(shè)計有關(guān)的監(jiān)測報警電路硬件抗于擾措施硬件抗于擾措施. .線路板注意與機箱、面板的配合，接插件安排線路板注意與機箱、面板的配合，接插件安排 等問題，必須考慮到安裝、調(diào)試和維修的方便。等問題，必須考慮到安裝、調(diào)試和維修的方便。 軟件設(shè)計研制：軟件設(shè)計研制：軟件設(shè)計作一個總體規(guī)劃，選擇平臺軟件設(shè)計作一個總體規(guī)劃，選擇平臺程序功能塊劃分程序功能塊劃分確定算法確定算法 分配系統(tǒng)

12、資源和設(shè)計流程圖分配系統(tǒng)資源和設(shè)計流程圖 編寫代碼編寫代碼 程序調(diào)試和糾錯、各部分程序連接及系程序調(diào)試和糾錯、各部分程序連接及系統(tǒng)總調(diào)統(tǒng)總調(diào) 系統(tǒng)調(diào)試，以排除硬件故障和糾正軟件錯誤，系統(tǒng)調(diào)試，以排除硬件故障和糾正軟件錯誤，并解決硬件和軟件之間的協(xié)調(diào)問題。并解決硬件和軟件之間的協(xié)調(diào)問題。 l總成績總成績作業(yè)與報告作業(yè)與報告2525分實驗分實驗1515分期末分期末6060分分作業(yè)與報告：作業(yè)與報告： 第四章作業(yè)一次（已留過）第四章作業(yè)一次（已留過） 第八章作業(yè)第八章作業(yè) 綜合設(shè)計報告綜合設(shè)計報告實驗：根據(jù)新設(shè)計的系統(tǒng)進展情況再安排實驗：根據(jù)新設(shè)計的系統(tǒng)進展情況再安排考試：閉卷方式考試：閉卷方式l 報告的格式及內(nèi)容報告的格式及內(nèi)容l 如何高質(zhì)量的完成設(shè)計如何高