智能儀器的出現，極大地擴充了傳統儀器的應用范圍。智能儀器憑借其體積小、功能強、功耗低等優(yōu)勢，迅速地在家用電器、科研單位和工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛的應用。本文簡(jiǎn)要分析了智能儀器基本組成原理及其發(fā)展趨勢，供大家了解。

　　智能儀器的出現，極大地擴充了傳統儀器的應用范圍。智能儀器憑借其體積小、功能強、功耗低等優(yōu)勢，迅速地在家用電器、科研單位和工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛的應用。

　　1、智能儀器的工作原理

　　傳感器拾取被測參量的信息并轉換成電信號，經(jīng)濾波去除干擾后送入多路模擬開(kāi)關(guān)；由單片機逐路選通模擬開(kāi)關(guān)將各輸入通道的信號逐一送入程控增益放大器，放大后的信號經(jīng)a／d轉換器轉換成相應的脈沖信號后送入單片機中；單片機根據儀器所設定的初值進(jìn)行相應的數據運算和處理（如非線(xiàn)性校正等）；運算的結果被轉換為相應的數據進(jìn)行顯示和打??；同時(shí)單片機把運算結果與存儲于片內f(wàn)lashrom（閃速存儲器）或e2prom（電可擦除存貯器）內的設定參數進(jìn)行運算比較后，根據運算結果和控制要求，輸出相應的控制信號（如報警裝置觸發(fā)、繼電器觸點(diǎn)等）。此外，智能儀器還可以與pc機組成分布式測控系統，由單片機作為下位機采集各種測量信號與數據，通過(guò)串行通信將信息傳輸給上位機pc機，由pc機進(jìn)行全局管理。

　　2、智能儀器的功能特點(diǎn)

　　隨著(zhù)微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成了cpu、存儲器、定時(shí)器/計數器、并行和串行接口、看門(mén)狗、前置放大器甚至a／d、d／a轉換器等電路在一塊芯片上的超大規模集成電路芯片（即單片機）出現了。以單片機為主體，將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結合在一起，又組成了所謂的智能化測量控制系統，也就是智能儀器。

　　與傳統儀器儀表相比，智能儀器具有以下功能特點(diǎn)：

　?、俨僮髯詣?dòng)化。儀器的整個(gè)測量過(guò)程如鍵盤(pán)掃描、量程選擇、開(kāi)關(guān)啟動(dòng)閉合、數據的采集、傳輸與處理以及顯示打印等都用單片機或微控制器來(lái)控制操作，實(shí)現測量過(guò)程的全部自動(dòng)化。

　?、诰哂凶詼y功能，包括自動(dòng)調零、自動(dòng)故障與狀態(tài)檢驗、自動(dòng)校準、自診斷及量程自動(dòng)轉換等。智能儀表能自動(dòng)檢測出故障的部位甚至故障的原因。這種自測試可以在儀器啟動(dòng)時(shí)運行，同時(shí)也可在儀器工作中運行，極大地方便了儀器的維護。

　?、劬哂袛祿幚砉δ?，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，現在可以用軟件非常靈活地加以解決。例如，傳統的數字萬(wàn)用表只能測量電阻、交直流電壓、電流等，而智能型的數字萬(wàn)用表不僅能進(jìn)行上述測量，而且還具有對測量結果進(jìn)行諸如零點(diǎn)平移、取平均值、求極值、統計分析等復雜的數據處理功能，不僅使用戶(hù)從繁重的數據處理中解放出來(lái)，也有效地提高了儀器的測量精度。

　?、芫哂杏押玫娜藱C對話(huà)能力。智能儀器使用鍵盤(pán)代替傳統儀器中的切換開(kāi)關(guān)，操作人員只需通過(guò)鍵盤(pán)輸入命令，就能實(shí)現某種測量功能。與此同時(shí)，智能儀器還通過(guò)顯示屏將儀器的運行情況、工作狀態(tài)以及對測量數據的處理結果及時(shí)告訴操作人員，使儀器的操作更加方便直觀(guān)。

　?、菥哂锌沙炭夭僮髂芰?。一般智能儀器都配有g(shù)pib、rs232c、rs485等標準的通信接口，可以很方便地與pc機和其他儀器一起組成用戶(hù)所需要的多種功能的自動(dòng)測量系統，來(lái)完成更復雜的測試任務(wù)。

　　3、智能儀器的發(fā)展概況

　　80年代，微處理器被用到儀器中，儀器前面板開(kāi)始朝鍵盤(pán)化方向發(fā)展，測量系統常通過(guò)ieee488總線(xiàn)連接。不同于傳統獨立儀器模式的個(gè)人儀器得到了發(fā)展等。

　　90年代，儀器儀表的智能化突出表現在以下幾個(gè)方面：微電子技術(shù)的進(jìn)步更深刻地影響儀器儀表的設計；dsp芯片的問(wèn)世，使儀器儀表數字信號處理功能大大加強；微型機的發(fā)展，使儀器儀表具有更強的數據處理能力；圖像處理功能的增加十分普遍；vxi總線(xiàn)得到廣泛的應用。

　　近年來(lái)，智能化測量控制儀表的發(fā)展尤為迅速。國內市場(chǎng)上已經(jīng)出現了多種多樣智能化測量控制儀表，例如，能夠自動(dòng)進(jìn)行差壓補償的智能節流式流量計，能夠進(jìn)行程序控溫的智能多段溫度控制儀，能夠實(shí)現數字pid和各種復雜控制規律的智能式調節器，以及能夠對各種譜圖進(jìn)行分析和數據處理的智能色譜儀等。

　　國際上智能測量?jì)x表更是品種繁多，例如，美國honeywell公司

　　新版《中國儀器儀表廠(chǎng)商名錄》征集中

　　生產(chǎn)的dstj-3000系列智能變送器，能進(jìn)行差壓值狀態(tài)的復合測量，可對變送器本體的溫度、靜壓等實(shí)現自動(dòng)補償，其精度可達到0.1％fs；美國raca-dana公司的9303型超高電平表，利用微處理器消除電流流經(jīng)電阻所產(chǎn)生的熱噪聲，測量電平可低達-77db；美國fluke公司生產(chǎn)的超級多功能校準器5520a，內部采用了3個(gè)微處理器，其短期穩定性達到1ppm，線(xiàn)性度可達到0.5ppm；美國foxboro公司生產(chǎn)的數字化自整定調節器，采用了專(zhuān)家系統技術(shù)，能夠像有經(jīng)驗的控制工程師那樣，根據現場(chǎng)參數迅速地整定調節器。這種調節器特別適合于對象變化頻繁或非線(xiàn)性的控制系統。由于這種調節器能夠自動(dòng)整定調節參數，可使整個(gè)系統在生產(chǎn)過(guò)程中始終保持最佳品質(zhì)。

　　4、智能儀器發(fā)展趨勢

　　4.1微型化

　　微型智能儀器指微電子技術(shù)、微機械技術(shù)、信息技術(shù)等綜合應用于儀器的生產(chǎn)中，從而使儀器成為體積小、功能齊全的智能儀器。它能夠完成信號的采集、線(xiàn)性化處理、數字信號處理，控制信號的輸出、放大、與其他儀器的接口、與人的交互等功能。微型智能儀器隨著(zhù)微電子機械技術(shù)的不斷發(fā)展，其技術(shù)不斷成熟，價(jià)格不斷降低，因此其應用領(lǐng)域也將不斷擴大。它不但具有傳統儀器的功能，而且能在自動(dòng)化技術(shù)、航天、軍事、生物技術(shù)、醫療領(lǐng)域起到獨特的作用。例如，目前要同時(shí)測量一個(gè)病人的幾個(gè)不同的參量，并進(jìn)行某些參量的控制，通常病人的體內要插進(jìn)幾個(gè)管子，這增加了病人感染的機會(huì )，微型智能儀器能同時(shí)測量多參數，而且體積小，可植入人體，使得這些問(wèn)題得到解決。

　　4.2多功能化

　　多功能本身就是智能儀器儀表的一個(gè)特點(diǎn)。例如，為了設計速度較快和結構較復雜的數字系統，儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家制造了具有脈沖發(fā)生器、頻率合成器和任意波形發(fā)生器等功能的函數發(fā)生器。這種多功能的綜合型產(chǎn)品

　　儀器儀表產(chǎn)品目錄

　　《全國擬在建項目匯編》征訂

　　不但在性能上（如準確度）比專(zhuān)用脈沖發(fā)生器和頻率合成器高，而且在各種測試功能上提供了較好的解決方案。

　　4.3人工智能化

　　人工智能是計算機應用的一個(gè)嶄新領(lǐng)域，利用計算機模擬人的智能，用于機器人、醫療診斷、專(zhuān)家系統、推理證明等各方面。智能儀器的進(jìn)一步發(fā)展將含有一定的人工智能，即代替人的一部分腦力勞動(dòng)，從而在視覺(jué)（圖形及色彩辨讀）、聽(tīng)覺(jué)（語(yǔ)音識別及語(yǔ)言領(lǐng)悟）、思維（推理、判斷、學(xué)習與聯(lián)想）等方面具有一定的能力。

　　這樣，智能儀器可無(wú)需人的干預而自主地完成檢測或控制功能。顯然，人工智能在現代儀器儀表中的應用，使我們不僅可以解決用傳統方法很難解決的一類(lèi)問(wèn)題，而且可望解決用傳統方法根本不能解決的問(wèn)題。

　　4.4融合isp和emit技術(shù)，實(shí)現儀器儀表系統的internet接入（網(wǎng)絡(luò )化）

　　伴隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展，internet技術(shù)正在逐漸向工業(yè)控制和智能儀器儀表系統設計領(lǐng)域滲透，實(shí)現智能儀器儀表系統基于internet的通訊能力以及對設計好的智能儀器儀表系統進(jìn)行遠程升級、功能重置和系統維護。

　　在系統編程技術(shù)（in-system programming，簡(jiǎn)稱(chēng)isp技術(shù)）是對軟件進(jìn)行修改、組態(tài)或重組的一種最新技術(shù)。它是lattice半導體公司首先提出的一種使我們在產(chǎn)品設計、制造過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節，甚至在產(chǎn)品賣(mài)給最終用戶(hù)以后，具有對其器件、電路板或整個(gè)電子系統的邏輯和功能隨時(shí)進(jìn)行組態(tài)或重組能力的最新技術(shù)。isp技術(shù)消除了傳統技術(shù)的某些限制和連接弊病，有利于在板設計、制造與編程。isp硬件靈活且易于軟件修改，便于設計開(kāi)發(fā)。由于isp器件可以像任何其他器件一樣，在印刷電路板（pcb）上處理，因此編程isp器件不需要專(zhuān)門(mén)編程器和較復雜的流程，只要通過(guò)pc機，嵌入式系統處理器甚至internet遠程網(wǎng)進(jìn)行編程。

　　emit嵌入式微型因特網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)是emware公司創(chuàng )立eti（extendtheinternet）擴展internet聯(lián)盟時(shí)提出的，它是一種將單片機等嵌入式設備接入internet的技術(shù)。利用該技術(shù)，能夠將8位和16位單片機系統接入internet，實(shí)現基于internet的遠程數據采集、智能控制、上傳／下載數據文件等功能。

　　目前美國connectone公司、emware公司、tasking公司和國內的p＆s公司等均提供基于internet的devicenetworking的軟件、固件（firmware）和硬件產(chǎn)品。

　　4.5虛擬儀器是智能儀器發(fā)展的新階段

　　測量?jì)x器的主要功能都是由數據采集、數據分析和數據顯示等三大部分組成的。

　　在虛擬現實(shí)系統中，數據分析和顯示完全用pc機的軟件來(lái)完成。因此，只要額外提供一定的數據采集硬件，就可以與pc機組成測量?jì)x器。這種基于pc機的測量?jì)x器稱(chēng)為虛擬儀器。在虛擬儀器中，使用同一個(gè)硬件系統，只要應用不同的軟件編程，就可得到功能完全不同的測量?jì)x器?？梢?jiàn)，軟件系統是虛擬儀器的核心，軟件就是儀器。

　　傳統的智能儀器主要在儀器技術(shù)中用了某種計算機技術(shù)，而虛擬儀器則強調在通用的計算機技術(shù)中吸收儀器技術(shù)。作為虛擬儀器核心的軟件系統具有通用性、通俗性、可視性、可擴展性和升級性，能為用戶(hù)帶來(lái)極大的利益，因此，具有傳統的智能儀器所無(wú)法比擬的應用前景和市場(chǎng)。

　　5、結束語(yǔ)

　　智能儀器是計算機科學(xué)、電子學(xué)、數字信號處理、人工智能、vlsi等新興技術(shù)與傳統的儀器儀表技術(shù)的結合。隨著(zhù)專(zhuān)用集成電路、個(gè)人儀器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器將會(huì )得到更加廣泛的應用。作為智能儀器核心部件的單片計算機技術(shù)是推動(dòng)智能儀器向小型化、多功能化、更加靈活的方向發(fā)展的動(dòng)力?？梢灶A料，各種功能的智能儀器在不遠的將來(lái)會(huì )廣泛地使用在社會(huì )的各個(gè)領(lǐng)域。

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