智能儀器設(shè)計實例

第八章智能儀器設(shè)計實例

第一節(jié)智能儀器的設(shè)計原則及研制第二節(jié)固體密度測試儀的研制第三節(jié)基于DSP處理器的地下管道漏水檢測儀設(shè)計第一節(jié)智能儀器的設(shè)計原則及研制步驟

智能儀器的研制開發(fā)是一個較為復雜的過程。為完成儀器的功能，實現(xiàn)儀器的指標，提高研制效率，并能取得一定的研制效益，應(yīng)遵循正確的設(shè)計原則、按照科學的研制步驟來開發(fā)智能儀器。一、基本要求

二、設(shè)計原則

三、研制步驟

智能儀器設(shè)計一、智能儀器設(shè)計的基本要求

無論儀器的規(guī)模多大，其基本設(shè)計要求大體上是相同的，在設(shè)計和研制智能儀器時必須予以認真考慮。

1.技術(shù)(經(jīng)濟)指標及功能2.可靠性3.便于操作和維護4.工藝結(jié)構(gòu)與造型設(shè)計主要技術(shù)指標：

精度、分辨能力、測量范圍、工作環(huán)境條件、穩(wěn)定性。經(jīng)濟指標:研制投入\市場價格\需求量\利稅\節(jié)能\應(yīng)具備的功能：

輸出、人機對話、通信、報警提示、儀器狀態(tài)的自動調(diào)整等。1.技術(shù)指標及功能應(yīng)滿足要求2．可靠性要求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)果的正確與否將影響工作效率儀器信譽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，甚至引起嚴重后果。應(yīng)采取各種措施提高儀器的可靠性，從而保證儀器能長時間穩(wěn)定工作?？煽啃栽O(shè)計與實驗：

硬件可靠性設(shè)計

軟件可靠性設(shè)計

EMC設(shè)計

在儀器設(shè)計過程中，應(yīng)考慮操作方便，盡量降低對操作人員的專業(yè)知識的要求，以便產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。儀器的控制開關(guān)或按鈕不能太多、太復雜，操作程序應(yīng)簡單明了，從而使操作者無需專門訓練，便能掌握儀器的使用方法。

3．便于操作和維護

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，并配有現(xiàn)場故障診斷程序，一旦發(fā)生故障，能保證有效地對故障進行定位，以便更換相應(yīng)的模塊，使儀器盡快地恢復正常運行。可維護性故障診斷、可測試性4．儀器工藝結(jié)構(gòu)與造型設(shè)計要求

儀器結(jié)構(gòu)工藝: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，是否需要防水、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)；

儀器的造型設(shè)計: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。二、智能儀器設(shè)計3原則

1.從整體到局部(自頂向下)的設(shè)計原則2.較高的性能價格比原則3.組合(集成)化與開放式設(shè)計原則

在硬件或軟件設(shè)計時，把復雜的、難處理的問題，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。

1.從整體到局部設(shè)計原則儀器功能和要求提出總?cè)蝿?wù)繪制硬件和軟件總功能框圖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)試子任務(wù)分解：足夠簡單容易實現(xiàn)低級子任務(wù)：采用通用模塊最低的難度最高的可靠性2.較高的性能價格比原則儀器的造價：研制成本、生產(chǎn)成本、使用成本。設(shè)計時不盲目追求復雜、高級的方案。在滿足性能指標的前提下，應(yīng)盡可能采用簡單成熟的方案，意味著元器件少，開發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)方便，可靠性高。樣機研制成本：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。生產(chǎn)成本：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)成本有很大影響。使用成本：維護費、備件費、運轉(zhuǎn)費、管理費、培訓費等。必須綜合分析后做出選用方案的正確決策。

3．組合(集成)化與開放式設(shè)計原則

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；★市場競爭日趨激烈；★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)中推行一種不同于傳統(tǒng)設(shè)計思想的所謂“開放系統(tǒng)”的設(shè)計思想。“開放系統(tǒng)”的設(shè)計思想在技術(shù)上兼顧今天和明天，既從當前實際可能出發(fā)，又留下容納未來新技術(shù)機會的余地；向系統(tǒng)的不同配套檔次開放，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，為發(fā)揮各方面廠商的積極性創(chuàng)造條件；向用戶不斷變化的特殊要求開放，兼顧通用的基本設(shè)計和用戶的專用要求。開放式系統(tǒng)設(shè)計的具體方法基于國際上流行的工業(yè)標準微機總線結(jié)構(gòu)，針對不同的用戶系統(tǒng)要求，選用相應(yīng)的有關(guān)功能模塊組合成最終用戶的應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計者將主要精力放在分析設(shè)計目標，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開發(fā)設(shè)計上。組合化（集成化）設(shè)計方法開放式體系結(jié)構(gòu)和總線系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，導致了工業(yè)測控系統(tǒng)采用組合化設(shè)計方法的流行，即針對不同的應(yīng)用系統(tǒng)要求，選用成熟的現(xiàn)成硬件模板和軟件進行組合。組合化設(shè)計的基礎(chǔ)是模塊化(又稱積木化)，硬、軟件功能模塊化是實現(xiàn)最佳系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵?，F(xiàn)成的功能模塊，簡化設(shè)計并縮短設(shè)計周期。結(jié)構(gòu)靈活，便于擴充和更新，使系統(tǒng)的適應(yīng)性強。維修方便快捷。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。組合化設(shè)計方法的優(yōu)點三、智能儀器的研制步驟

確定設(shè)計任務(wù)并擬定設(shè)計方案硬件和軟件研制

軟硬件綜合調(diào)試整機性能測試和評估

三個階段

1.確定設(shè)計任務(wù)、擬定設(shè)計方案項目調(diào)研,了解現(xiàn)狀和動向，明確任務(wù)、確定指標功能

寫出設(shè)計任務(wù)書

擬定設(shè)計方案

《儀器設(shè)計任務(wù)書》

●主要作用：

a.研制單位設(shè)計儀器的立項基礎(chǔ)；b.反映儀器的結(jié)構(gòu)、規(guī)定儀器的功能指標，明確研制人員的設(shè)計目標；c.作為研制完畢進行項目驗收的依據(jù)?！秲x器設(shè)計任務(wù)書》主要內(nèi)容儀器名稱、用途；特點及簡要設(shè)計思想;c.主要技術(shù)指標;d.儀器應(yīng)具備的功能；e.儀器的設(shè)備規(guī)模；f.系統(tǒng)的操作規(guī)范。擬定設(shè)計方案

《儀器設(shè)計任務(wù)書》硬件與軟件的劃分、折衷確定微機系統(tǒng)的構(gòu)成

硬件設(shè)計方案軟件設(shè)計方案2．硬件、軟件研制階段

硬件研制：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.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.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。

軟件設(shè)計研制：軟件設(shè)計作一個總體規(guī)劃，選擇平臺程序功能塊劃分確定算法分配系統(tǒng)資源和設(shè)計流程圖編寫代碼程序調(diào)試和糾錯、各部分程序連接及系統(tǒng)總調(diào)3．儀器綜合調(diào)試及整機性能測試

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。

硬件調(diào)試動態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試測試軟件查板、電源、芯片軟件調(diào)試模塊程序調(diào)試初級子程序調(diào)試測試程序不需要調(diào)用其它子程序監(jiān)控程序調(diào)試性能測試按照設(shè)計任務(wù)書規(guī)定的設(shè)計要求擬定一個測試方案，對各項功能和指標進行逐項測試。如果某項指標不符合要求，還得查明原因，作相應(yīng)調(diào)整；直至完全達到設(shè)計要求為止。關(guān)于課程考核問題總成績＝作業(yè)與報告25分＋實驗15分＋期末60分作業(yè)與報告：第四章作業(yè)一次（已留過）第八章作業(yè)綜合設(shè)計報告實驗：根據(jù)新設(shè)計的系統(tǒng)進展情況再安排考試：閉卷方式關(guān)于綜合設(shè)計報告報告的格式及內(nèi)容如何高質(zhì)量的完成設(shè)計報