智能仪表3-4节.ppt
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1、Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei智能仪表技术与应用智能仪表技术与应用(3-4)Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei上节内容回顾上节内容回顾1 1,仪器仪表的概念,发展,未来。加强对半导体,仪器仪表的概念,发展,未来。加强对半导体的认识。的认识。2 2,智能仪表的概念,特点(四个特点),智能仪表的概念,特点(四个特点)3 3,智能仪表的硬件组成,回顾几种智能仪表中常,智能仪表的硬件组成,回顾几种智能仪表中常用的处理器(四个组成部分)用的处理器(四个组成部分)
2、Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei本节内容本节内容1 1,智能仪表的输入,输出:着重介绍传感器,智能仪表的输入,输出:着重介绍传感器,A/DA/D2 2,智能仪表的人机接口,智能仪表的人机接口3 3,智能仪表的通信接口,智能仪表的通信接口4 4,智能仪表的软件构成,智能仪表的软件构成5 5,补充虚拟仪表的概念,补充虚拟仪表的概念Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei4.1.2 4.1.2 输入输出器件输入输出器件常见输入量:大小,方向,速度,温度,流量等常见输
3、入量:大小,方向,速度,温度,流量等 实现信号的采集、传输、转换等,获得数和量的实现信号的采集、传输、转换等,获得数和量的概念概念 输入相当于人体的感觉器官,输出相当于表情,输入相当于人体的感觉器官,输出相当于表情,手脚动作等手脚动作等 输入主要包括:传感器和数模转换部分输入主要包括:传感器和数模转换部分 输出主要包括:开关,阀门等输出主要包括:开关,阀门等Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei4.1.2.1 4.1.2.1 传感器传感器将采集到的信号转换为可用输出信号的设备。位于将采集到的信号转换为可用输出信号的设备。位于仪表
4、系统的最前端仪表系统的最前端输入信号(测温,测压,测光,测化学等)输入信号(测温,测压,测光,测化学等)输出信号主要为电信号(电阻、电压、电流、频率、脉冲)输出信号主要为电信号(电阻、电压、电流、频率、脉冲)输出值与被测信号输出值与被测信号一一对应一一对应指标:线性度,灵敏度,迟滞度,信噪比等指标:线性度,灵敏度,迟滞度,信噪比等Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei聋哑传感器聋哑传感器(Dumb Sensor)(Dumb Sensor)智能传感器智能传感器(Smart Sensor)(Smart Sensor)网络化传感器网络
5、化传感器(Networked Sensor)(Networked Sensor)传感器发展传感器发展Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei 传传统统的的传传感感器器是是模模拟拟仪仪器器仪仪表表时时代代的的产产物物。它它的的设设计计指指导导思思想想是是把把外外部部信信息息变变换换成成模模拟拟电电压压或或电电流流信信号号。这这类类传传感感器器的的输输出出幅幅值值小小,灵灵敏敏度度低低,而而且且功功能能单单一一,因因而而被被称称为为“聋聋哑哑传传感感器器”。比如常见的比如常见的MIC聋哑传感器聋哑传感器Intelligent Inst
6、rument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei 微电子技术、光电子技术获得了迅猛的发展,加工微电子技术、光电子技术获得了迅猛的发展,加工工艺逐步成熟,新型敏感材料不断被开发出来。在高新工艺逐步成熟,新型敏感材料不断被开发出来。在高新技术的渗透下,尤其是计算机硬件和软件技术的渗入,技术的渗透下,尤其是计算机硬件和软件技术的渗入,使微处理器和传感器得以结合。使微处理器和传感器得以结合。具有一定数据处理能力,并能自检、自校、自补偿具有一定数据处理能力,并能自检、自校、自补偿的新一代传感器的新一代传感器智能传感器。智能传感器。具有数字化接口,可以直接进入处理器具有数字化接口,
7、可以直接进入处理器 智能传感器的出现是传感技术的一次革命,对传感智能传感器的出现是传感技术的一次革命,对传感器的发展产生了深远的影响。器的发展产生了深远的影响。智能传感器智能传感器Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei 将将网网络络接接口口芯芯片片与与智智能能传传感感器器集集成成起起来来并并使使通通信信协协议议固化到智能传感器的固化到智能传感器的ROMROM中时,就产生中时,就产生了了网络传感器;网络传感器;为为解解决决现现场场总总线线的的多多样样性性问问题题,IEEEl451IEEEl4512 2工工作作组组建建立立了了智智能
8、能传传感感器器接接口口模模块块(STIM)(STIM)标标准准,该该标标准准描描述述了了传传感感器器网网络络适适配配器器或或微微处处理理器器之之间间的的硬硬件件和和软软件件接接口口,是是IEEEl451IEEEl451网网络络传传感感器器标标准准的的重重要要组组成成部部分分,为为使使传传感感器器能能与各种网络连接提供了条件和方便。与各种网络连接提供了条件和方便。智智能能传传感感器器和和网网络络化化传传感感器器的的飞飞速速发发展展可可大大大大提提高高信信号号检检测测能能力,避免线路误差,进而推动智能仪器总体性能的提高。力,避免线路误差,进而推动智能仪器总体性能的提高。网络传感器网络传感器Inte
9、lligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei认识传感器认识传感器Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei认识传感器认识传感器1_1_温度传感器温度传感器热电偶热电偶数字温度传感器数字温度传感器Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei认识传感器认识传感器2_2_距离传感器距离传感器测距传感器测距传感器超声测距超声测距Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei
10、认识传感器认识传感器3_3_温湿检测器温湿检测器Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang HuanleiIntelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei认识传感器认识传感器4_G Sensor4_G SensorG sensor 演示演示G sensorIntelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei4.1.2.2 A/D D/A 4.1.2.2 A/D D/A A/D亦称模拟一数字转换,与数亦称模拟一数字转换,与数/模模(D/A)(D
11、/A)转换相转换相反,是将连续的模拟量(如象元的灰阶、电压、反,是将连续的模拟量(如象元的灰阶、电压、电流等)通过取样转换成离散的数字量。便于数电流等)通过取样转换成离散的数字量。便于数字系统进行处理字系统进行处理 采样采样保持保持量化量化编码编码A/DA/D流程流程Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang HuanleiA/DA/D示意图示意图Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang HuanleiA/D D/A A/D D/A 主要技术指标主要技术指标1 1)分辩率)分辩率(Resolution
12、)(Resolution)指数字量变化一个最小量时指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量。分辩率又称精度,通常以数字信模拟信号的变化量。分辩率又称精度,通常以数字信号的位数来表示。如号的位数来表示。如8 8位,位,1212位,位,1616位等位等 2 2)转换速率转换速率(Conversion Rate)(Conversion Rate)是指完成一次从模是指完成一次从模拟转换到数字的拟转换到数字的ADAD转换所需的时间。转换所需的时间。采样时间采样时间则是另则是另外一个概念,是指两次转换的间隔。为了保证转换的外一个概念,是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成,采样速率正确完成,采样速率
13、(Sample Rate)(Sample Rate)必须小于或等于必须小于或等于转换速率。转换速率。Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei A AD D芯片是现代科学仪器不可缺少的核心部件之芯片是现代科学仪器不可缺少的核心部件之一,它的速度的提高是实现高速信号采集的关键。在一,它的速度的提高是实现高速信号采集的关键。在向高速,低功耗、高分辨率、高性能的方向发展。向高速,低功耗、高分辨率、高性能的方向发展。很多的很多的ADAD、DADA功能与微处理器集成在一块功能与微处理器集成在一块(称为混称为混合电路合电路)Intelligen
14、t Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei4.1.3 4.1.3 人机接口人机接口实现使用者与仪表间的信息交流所需要的相关软硬件实现使用者与仪表间的信息交流所需要的相关软硬件 键盘、鼠标键盘、鼠标 数码管、显示器、指示灯数码管、显示器、指示灯 打印输出打印输出Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei4.1.3.1 4.1.3.1 按键按键按键是仪表中用来实现开关功能的接口。按键是仪表中用来实现开关功能的接口。从工作方式上可以分为:查询方式和中断方式从工作方式上可以分为:查询方式和中断方式
15、查询方式:每个固定时间查询一次是否有按键按下,耗资源查询方式:每个固定时间查询一次是否有按键按下,耗资源 中断方式:占用一个中断,系统资源消耗少。按键按下,会触发中断方式:占用一个中断,系统资源消耗少。按键按下,会触发 中断。中断。Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei独立式按键独立式按键矩阵式按键矩阵式按键从电路上可以分为:独立式结构和矩阵式结构从电路上可以分为:独立式结构和矩阵式结构Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei从结构上可以分为:接触式按键和感应式按键
16、从结构上可以分为:接触式按键和感应式按键 接触式按键:靠物理接触,接触后线路的电压变化接触式按键:靠物理接触,接触后线路的电压变化 感应式按键:手指作为一个极板,感应电容变化感应式按键:手指作为一个极板,感应电容变化接触式按键接触式按键_Metal Dome_Metal DomePCBPCB上的触点上的触点感应按键感应按键_LG_LG巧克力巧克力Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei开关与按键开关与按键开关和按键都有两种状态:接触和断开开关和按键都有两种状态:接触和断开按键是短时接触,开关可以保持按键是短时接触,开关可以保持接触
17、接触状态。状态。开关可以有多路开关,按键一般只控制一路开关可以有多路开关,按键一般只控制一路扳动开关扳动开关轻触按键轻触按键Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei4.1.3.2 LED4.1.3.2 LED(Light Emitting Diode)是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。接把电转化为光。七段数码管,用于显示数字和字母七段数码管,用于显示数字和字母Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/
18、Wang Huanlei点阵式点阵式LEDLED,可用于大型屏幕,可显示简单字符和图形,可用于大型屏幕,可显示简单字符和图形子块子块Intelligent Instrument绪论绪论.PPS/2010-9-7/Wang Huanlei4.1.3.2 LCD4.1.3.2 LCD(Liquid Crystal Display)LCD LCD 液晶显示器是液晶显示器是 Liquid Crystal Display Liquid Crystal Display 的简称,的简称,LCD LCD 的构造的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体,两片玻璃中间有许多垂直和是在两片平行的玻璃当中放置液态的
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