智能儀表技術(shù)及其發(fā)展趨勢

1、智能儀表技術(shù)及其開展趨勢智能儀表技術(shù)及其開展趨勢1智能儀表的概念微型計算機技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的迅速開展，引起了儀器儀表構(gòu)造的根本性變革，即以微型計算機為主體，代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀表的常規(guī)電子線路，成為新一代具有某種智能的乖巧儀表。這類儀表的設計重點，已經(jīng)從模擬和邏輯電路的設計轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ玫奈C模板或微機功能部件、接口電路和輸入偷出通道的設計，以及應用軟件的開發(fā)。這類儀表已經(jīng)實現(xiàn)人腦的一局部功能，例如四那么運算、邏輯判斷、命令識別等，有的還可以進展自校正、自診斷，并具有自適應、自學習的才能，因此習慣上稱之謂智能儀表。但智能化的程度上下不一，目前所見的一局部這類產(chǎn)品，智能化的程度還不高，需要不斷改良和完善。隨著科

2、學技術(shù)的進步開展，這類儀表所具有的智能程度將會越來越高。一些新技術(shù)新器件，如32位RIS處理器、DSP、AR、大容量存儲器、嵌入式實時操作系統(tǒng)等的不斷涌現(xiàn)，將對智能儀表的開展起到極大的推動作用。本文由論文聯(lián)盟.Ll.搜集整理2智能儀表的設計2.1智能儀表的構(gòu)成通常，智能儀表由硬件和軟件兩大局部組成。硬件局部包括U、過程輸入偷出通道模擬量輸入辟俞出通道和開關(guān)量輸入偷出通道、人機交互局部和接口電路以及USB、Internet、GPRS、短消息數(shù)據(jù)通信接口等。主機電路用來存儲數(shù)據(jù)、程序，并進展一系列運算處理，它通常由微處理器、R、RA、FlashFRA、I接口和定時計數(shù)電路等芯片組成，或者它本身就是

3、一個單片機或嵌入式系統(tǒng)。模擬量輸入輸出通道用來輸入偷出模擬信號；數(shù)字量輸入輸出通道用于輸入德出數(shù)字信號。人機交互局部是操作者與儀表之間的橋梁，通信接口那么用來實現(xiàn)儀表與外界的數(shù)據(jù)交換功能，進而實現(xiàn)網(wǎng)絡化互聯(lián)的需求。外部時序邏輯擴展局部常用PLDFPGA等器件來擴展PU的功能。顯示打印模塊用于外接打印機和LDLED。智能儀表的軟件通常包括監(jiān)控程序、中斷處理或效勞程序以及實現(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，管理和協(xié)調(diào)全部程序的執(zhí)行；中斷處理程序是在人機交互局部或其它外圍設備提出中斷申請并為主機響應后直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行的程序，以便及時完成實時處理任務；功能模塊用來實

4、現(xiàn)儀表的數(shù)據(jù)處理和控制功能，包括各種測量算法例如數(shù)字濾波、標度變換、非線性校正等和控制算法PID控制、前饋控制、純滯后控制、模糊控制等。2.2設計過程和要點研制與開發(fā)一臺智能儀表是一個復雜的過程，這一過程包括：分析儀表的功能要求和擬制總體設計方案，確定硬件構(gòu)造和軟件算法，研制邏輯電路和編制程序，以及儀表的調(diào)試和性能功能測試等。為保證儀表質(zhì)量和進步研制效率，應在正確的設計思想指導下進展儀表研制的各項工作。2.2.1模塊化設計根據(jù)儀表的功能、精度要求和經(jīng)濟技術(shù)指標，自上而下或由大到小按儀表功能層次把硬件和軟件分成假設干個模塊，分別進展設計與調(diào)試，然后把它們連接起來，進展總調(diào)，這就是設計儀表的最根本

5、的思想。通常把硬件分為主機、過程通道、人機聯(lián)絡部件、通信接口、傳感器及工作電源等幾個模塊；而把軟件分成監(jiān)控程序包括初始化、鍵盤與顯示管理、中斷管理、時鐘管理、自診斷等、中斷處理程序及各種測量和控制算法等功能模塊。這些硬件和軟件模塊還可以根據(jù)所設計的儀表的特殊性與特殊功能繼續(xù)細分，由下一層次的更為詳細的模塊來支持和實現(xiàn)。模塊化設計的優(yōu)點是：無論硬件還是軟件，每個模塊都相對獨立，故能獨立地進展研制和修改，從而使復雜的研制工作得到簡化。同時模塊化設計方式有助于研制工作的分解和設計研制人員之間的分工合作，從而進步了工作效率和研制速度。2.2.2模塊的連接上述各種軟、硬件研制和調(diào)試之后還需要將它們按一定

6、的方式連接起來，才能構(gòu)成完好的儀表，以實現(xiàn)既定的各種功能。軟件模塊的連接一般是通過監(jiān)控主程序調(diào)用各種功能模塊，或采用中斷的方法實時地執(zhí)行相應效勞模塊來實現(xiàn)。硬件模塊連接方式有兩種：一種是以主機模塊為核心，通過設計者自行定義的內(nèi)部總線數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線連接其它模塊；另一種是以標準總線連接其它模塊例如STD總線等。第一種方法由設計人員自行研制模板，電路構(gòu)造簡單，硬件本錢低；第二種方法，設計人員可選用商品化模塊，配接靈敏、方便，研制周期短，但硬件本錢高。3智能儀表的開展趨勢智能儀表建立在微電子技術(shù)開展的根底上，超大規(guī)模集成電路的嵌入，將PU、存儲器、AD轉(zhuǎn)換、輸入輸出等功能集成在一塊芯片上

7、，甚至將PID控制組件也置入其中。加之現(xiàn)場總線的應用，智能儀表與控制系統(tǒng)之間的數(shù)字通訊將替代以往的模擬傳遞，大大進步了精度和可靠性，防止了模擬信號在傳輸過程中的衰減，長期難以解決的干擾問題得到解決。此外，由于數(shù)字通訊，節(jié)省了大量電纜、安裝材料和安裝費用。正是由于這些有利條件，推動著智能儀表不斷開展。3.1傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)是保證智能儀表測量控制系統(tǒng)準確可靠的前提。目前，隨著集成電路制造技術(shù)和材料科學的開展，傳感器正向小型化、低功耗、網(wǎng)絡化的方向開展，準確性和穩(wěn)定性也有了很大的進步。其中，網(wǎng)絡傳感器技術(shù)ISTInternetSensrTehnlgy是倍受世界關(guān)注的新興科技領域。在新的世紀里必將

8、引起一場技術(shù)革命。此外，納米技術(shù)的研究和開發(fā)，也是由于光電子檢測技術(shù)的進步和開展，才使其成為可能。3.2測量儀表技術(shù)測量儀表在計算機控制系統(tǒng)出現(xiàn)以后，近幾十年來，其核心一般采用各類單片機，如Intel805180196，trla68等，其信號傳送一般采用4-20A的電流信號形式.需要一對傳輸線來單向傳送一個模擬信號。這種傳輸方法使用的導線多，現(xiàn)場安裝及調(diào)試的工作量大.投資高，傳輸精度和抗干擾才能較低，不便維護。主控室的工作人員無法理解現(xiàn)場儀表的實際情況，不能對其進展參效調(diào)整和故障診斷，所以處于最底層的模擬變送器和執(zhí)行機構(gòu)成了計算機控制系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)，即便是DS和PL系統(tǒng)也沒有解決這個問題。

9、近年來，隨著通訊和網(wǎng)絡技術(shù)的飛速開展，以及1E61158國際標準的形成，現(xiàn)場總線技術(shù)應運而生，該技術(shù)雖然剛剛興起，但卻代表著智能儀器儀表的開展方向，勢必成為智能儀器儀表的主流。3.2.1DS與PL的廣泛應用目前，對于石油、電力、冶金等企業(yè)大型測量控制系統(tǒng)，廣泛采用的是分散控制系統(tǒng)DS，其與現(xiàn)場測量局部與常規(guī)儀表并投有很大差異。仍然需要大量測控電境接人監(jiān)控和組態(tài).同時其控制算法和邏輯可靈敏配置.可對通道進展診斷等。目前許多DS廠家都在努力改良其產(chǎn)品的通訊與開放性.但其固有特點決定了其產(chǎn)品的落后。而PI.那么范圍小一些，盡管現(xiàn)代的PL已不僅僅是邏輯控制.但其模擬量控制測點容量小，價格高，一般仍然應

10、用于與開關(guān)量和邏輯控制為主的場合，但由于有些PL支持現(xiàn)場總線，其前景要較常規(guī)DS好一些。3.2.2軟儀表虛擬儀器技術(shù)以美國國家NINatinalInstruents為代表，提出了SftareisInstruentatin軟件即是儀器的思想，其棱心是采用通用測量I卡，通過軟件編程來實現(xiàn)儀表的功能，如軟示渡器，測試系統(tǒng)等，充分利用軟件的靈敏性和智能性，可以減少投資和快速組建測試系統(tǒng)。3.3現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù)是一種先進的現(xiàn)場工業(yè)控制技術(shù)，它綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù).網(wǎng)絡技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段，從根本上打破了傳統(tǒng)的點對點式的模擬信號或數(shù)字模擬信號控制的局限性，構(gòu)成一種全分散、全效字化、智能、雙向、互連、多變量、多接點的通信與控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線那么是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支構(gòu)造的通信網(wǎng)絡，其根底是智能儀表FS把傳統(tǒng)Ds的控制功