《智能仪器系统综合设计》教学大纲 课程编号：302162030 课程性质：选修 课程名称：智能仪器系统综合设计 学时/学分：3周/3 英文名称：Integrated design of intelligent 考核方式： 答辩、报告 instrument system 选用教材： 自编《智能仪器系统综合设计》指 大纲执笔人： 黄伟 导书 先修课程： 传感器、电子技术基础、测控电路 大纲审核人： 专业教学指导组 单片机原理及应用、智能仪器原理 及应用 适用专业：测控技术与仪器 一、课程目标 1.以模拟课题为对象，对本专业学生进行智能仪器设计方面内容的综合训练 使学生能较全面、系统地分析和解决测控专业仪器设计方面实际问题。 2.能够对设计要求进行分析，对设计内容进行模块划分，提出设计中各模块 需要达到的技术要求，在此基础上提出设计方案。 3.能够在方案的提出过程中参考行业、国家标准，对方案进行优化设计，并 对设计方案的可行性进行研究。 4. 能利用Protel、Proteus、Multisim、Matlab等进行设计、开发和仿真。 能通过仿真判断设计的优缺点，并对设计进行优化。 5.能够理解运用Matlab、Proteus、Multisim等专业技术工具进行预测与模 拟的局限性： 6.能够用图纸、报告、软件模型或实物等形式将各组设计成果进行展示，能 对系统总体或自己参与设计部分进行说明。 7.学生能够在团队中承担不同的团队角色，发挥自己的长处完成自己的任务， 协助组内其他同学完成相应工作。 二、教学内容 学生分组在下面8个题目中任选一题进行设计（每题最多有两组选择），每 组组员在6人左右，分工协作。具体设计内容参见《智能仪器系统综合设计》 指导书。 1.等精度频率计设计： 2。电容电感测试仪设计：
《智能仪器系统综合设计》教学大纲 课程编号： 302162030 课程性质： 选修 课程名称： 智能仪器系统综合设计 学时/学分： 3 周/3 英文名称： Integrated design of intelligent instrument system 考核方式： 答辩、报告 选用教材： 自编《智能仪器系统综合设计》指 导书 大纲执笔人： 黄伟 先修课程： 传感器、电子技术基础、测控电路、 单片机原理及应用、智能仪器原理 及应用 大纲审核人： 专业教学指导组 适用专业： 测控技术与仪器 一、课程目标 1. 以模拟课题为对象，对本专业学生进行智能仪器设计方面内容的综合训练， 使学生能较全面、系统地分析和解决测控专业仪器设计方面实际问题。 2. 能够对设计要求进行分析，对设计内容进行模块划分，提出设计中各模块 需要达到的技术要求，在此基础上提出设计方案。 3. 能够在方案的提出过程中参考行业、国家标准，对方案进行优化设计，并 对设计方案的可行性进行研究。 4. 能利用 Protel、Proteus、Multisim、Matlab 等进行设计、开发和仿真。 能通过仿真判断设计的优缺点，并对设计进行优化。 5. 能够理解运用 Matlab、Proteus、Multisim 等专业技术工具进行预测与模 拟的局限性； 6. 能够用图纸、报告、软件模型或实物等形式将各组设计成果进行展示，能 对系统总体或自己参与设计部分进行说明。 7. 学生能够在团队中承担不同的团队角色，发挥自己的长处完成自己的任务， 协助组内其他同学完成相应工作。 二、教学内容 学生分组在下面 8 个题目中任选一题进行设计（每题最多有两组选择），每 组组员在 6 人左右，分工协作。 具体设计内容参见《智能仪器系统综合设计》 指导书。 1. 等精度频率计设计； 2. 电容电感测试仪设计；
3.超声波风向风速测试仪设计： 4.LC测量仪设计： 5.毫安校验仪设计： 6.超声波测厚仪设计： 7.数字称重传感器设计： 8.身高体重自动测试仪设计： 要求学生： 1.分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功 能、作用。 2.分析影响系统精度的指标有哪些，分析要提高系统精度最重要的措施有 哪些，找出设计难点并说明解决办法。 3.分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指 标。分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。 4.根据设计选用器件，并说明选用该器件的理由，并进行精度校核。 5.分析除设计的主要功能外，该系统是否需要其它铺助功能部件（如电原、 抗干扰措施等)，说明如何实现。 6.画出设计系统的元件原理图（用Protel、Proteus等） 7.分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。 8. 画出各软件模块流程图并编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。对 该系统进行仿真（用Multisim、Proteus等），检验是否能达到设计要求。有条 件可对软件进行仿真，检查执行情况。 9.画出设计系统的电路布线图（用Protel、Proteus等）（选做） 10.提交设计报告书。要求打印，并列出参考文献。 三、参考文献 [1]智能仪器程德福、林君编著机械工业出版社，2004 [2]检测仪器电子电路李永敏主编西北工业大学出版社，1996 [3]测控仪器设计浦昭邦、王宝光主编机械工业出版社，2001 [4]智能仪器原理与设计朱欣华等编著中国计量出版社，2002 [5]智能仪器原理及设计技术刘大茂著国防工业出版社，2014-05-01 [6]智能仪器设计基础王祁编机械工业出版社，2010-03-01 [7]智能仪器技术及工程实例设计高云红、冯志刚、吴星刚编北京航空 航天大学出版社，2015-08-01 [8]智能仪器设计丁国清、陈欣著机械工业出版社，2014-07-01 [9]智能仪器设计王祁、赵永平、魏国编哈尔滨工业大学出版社
3. 超声波风向风速测试仪设计； 4. RLC 测量仪设计； 5. 毫安校验仪设计； 6. 超声波测厚仪设计； 7. 数字称重传感器设计； 8. 身高体重自动测试仪设计； 要求学生： 1. 分析设计要求，画出所设计的智能仪器的总体结构图，并简述各部分功 能、作用。 2. 分析影响系统精度的指标有哪些，分析要提高系统精度最重要的措施有 哪些，找出设计难点并说明解决办法。 3. 分析整个系统的每部分要完成的功能，并说明每部分需要达到的技术指 标。分析各部分对总体性能（精度、分辨率、速度等）的影响。 4. 根据设计选用器件，并说明选用该器件的理由，并进行精度校核。 5. 分析除设计的主要功能外，该系统是否需要其它辅助功能部件（如电源、 抗干扰措施等），说明如何实现。 6. 画出设计系统的元件原理图（用 Protel、Proteus 等）。 7. 分析该系统软件应具有的功能，画出软件总体结构图。 8. 画出各软件模块流程图并编写对各硬件操作的软件，数据处理软件。对 该系统进行仿真（用 Multisim、Proteus 等），检验是否能达到设计要求。有条 件可对软件进行仿真，检查执行情况。 9. 画出设计系统的电路布线图（用 Protel、Proteus 等）（选做）。 10. 提交设计报告书。要求打印，并列出参考文献。 三、参考文献 [1] 智能仪器 程德福、林君 编著 机械工业出版社，2004 [2] 检测仪器电子电路 李永敏 主编 西北工业大学出版社，1996 [3] 测控仪器设计 浦昭邦、王宝光主编 机械工业出版社，2001 [4] 智能仪器原理与设计 朱欣华等 编著 中国计量出版社，2002 [5] 智能仪器原理及设计技术 刘大茂 著 国防工业出版社，2014-05-01 [6] 智能仪器设计基础 王祁 编 机械工业出版社，2010-03-01 [7] 智能仪器技术及工程实例设计 高云红、冯志刚、吴星刚 编 北京航空 航天大学出版社，2015-08-01 [8] 智能仪器设计 丁国清、陈欣 著 机械工业出版社，2014-07-01 [9] 智能仪器设计 王祁、赵永平、魏国 编 哈尔滨工业大学出版社
2016-01-01 四、达成课程目标的途径与措施 智能仪器系统综合设计涉及到硬件与软件、模拟与数字、测量原理与测量方 法、协议与标准等多方面内容，需要学生前修的课程多，要求学生能把学到的理 论知识应用到实际的设计中去，课程综合性较强，为此，达成目标的途径和措施 也较多，主要有： 1.以关键问题为切入点：以精度、分辨率等技术指标作为整个设计的主线， 帮助学生建立智能仪器设计的基本思维模式。对不同测试原理、测量方 法的精度、分辨率进行分析对比，让学生比较容易在设计中选用合适的 原理、方法完成设计。 2.理论联系实际：以现有类似的成熟设计为例，对其总体原理进行分析、 对其各部分的设计精度、分辨率进行分析、对其元器件选择的依据进行 分析、对其提高精度、分辨率的措施进行分析，分析其中的关键环节和 关键技术导学生在设计中抓住重点 3.多环节训练、督促检查，巩固学习成果。 1)课题开题，由教师对课程设计内容进行介绍，明确学生需要达到的要 求，评分标准。学生自由分组、组合，组内全体对系统总体进行规划 设计、再分工对各部分设计、之后再将各自设计整合进行分析、仿真。 2)资料查阅完毕，形成总体设计方案后进行方案答辩。 3)硬件设计过程中对各部分设计与教师进行讨论，分析其精度、分辨率 是否能达到设计要求，分析设计中可能存在的问题，以便于下一步的 修改。 4)软件设计与仿真过程中与教师进行讨论，分析仿真过程中的问题、分 析仿真结果的可靠性 5)各小组内讨论设计过程中组员的努力程度、知识水平、对设计的贡献， 形成组内成绩。 6)报告提交、答辩，由组长对设计总体情况进行介绍，各成员对各自设 计内容进行介绍，教师对设计的每个部分进行提问要求特定同学回答 7)设计报告评价，教师根据设计要求对每组设计报告进行考评，考评主 要内容：文献资料应用能力、系统设计方案的合理性、设计系统的精 度分辨率等技术指标、设计系统的完整性、各功能模块是否能满足设 计要求，实用性如何、仿真分析的结果与可信度、报告质量、工作量 及工作态度等方面。 4.命题要求
2016-01-01 四、达成课程目标的途径与措施 智能仪器系统综合设计涉及到硬件与软件、模拟与数字、测量原理与测量方 法、协议与标准等多方面内容，需要学生前修的课程多，要求学生能把学到的理 论知识应用到实际的设计中去，课程综合性较强，为此，达成目标的途径和措施 也较多，主要有： 1. 以关键问题为切入点：以精度、分辨率等技术指标作为整个设计的主线， 帮助学生建立智能仪器设计的基本思维模式。对不同测试原理、测量方 法的精度、分辨率进行分析对比，让学生比较容易在设计中选用合适的 原理、方法完成设计。 2. 理论联系实际：以现有类似的成熟设计为例，对其总体原理进行分析、 对其各部分的设计精度、分辨率进行分析、对其元器件选择的依据进行 分析、对其提高精度、分辨率的措施进行分析，分析其中的关键环节和 关键技术引导学生在设计中抓住重点。 3. 多环节训练、督促检查，巩固学习成果。 1）课题开题，由教师对课程设计内容进行介绍，明确学生需要达到的要 求，评分标准。学生自由分组、组合，组内全体对系统总体进行规划 设计、再分工对各部分设计、之后再将各自设计整合进行分析、仿真。 2）资料查阅完毕，形成总体设计方案后进行方案答辩。 3）硬件设计过程中对各部分设计与教师进行讨论，分析其精度、分辨率 是否能达到设计要求，分析设计中可能存在的问题，以便于下一步的 修改。 4）软件设计与仿真过程中与教师进行讨论，分析仿真过程中的问题、分 析仿真结果的可靠性。 5）各小组内讨论设计过程中组员的努力程度、知识水平、对设计的贡献， 形成组内成绩。 6）报告提交、答辩，由组长对设计总体情况进行介绍，各成员对各自设 计内容进行介绍，教师对设计的每个部分进行提问要求特定同学回答。 7）设计报告评价，教师根据设计要求对每组设计报告进行考评，考评主 要内容：文献资料应用能力、系统设计方案的合理性、设计系统的精 度分辨率等技术指标、设计系统的完整性、各功能模块是否能满足设 计要求，实用性如何、仿真分析的结果与可信度、报告质量、工作量 及工作态度等方面。 4. 命题要求
本课程设计内容为一完整的实际可应用的仪器仪表的设计。设计内容要依据 课程目标设置。题目难度、工作量适中，保证同学能在规定时间内完成。 5.成绩评定(%) 本课程为实践性教学环节，成绩评定：优、良、中、及格、不及格，其中： 优(100^90分)： 良(89^80)： 中(79^70)： 及格(6960)： 不及格(59以下)。 总成绩=小组自评成绩+答辩成绩+报告成绩： 表1各分项成绩比例( 小组自评成绩 答辩成绩 报告成绩 30 30 40 五、课程目标对毕业要求的支撑 毕业要求 指标点 课程目标 比业要求3设计/开发解决方案：能 3.1能够根据用户及社会需求提出设 课程目标1、2 够设计针对机械工程中的复杂测试 计目标、确定设计方案。 计量及控制问题的解决方案，设计 满足特定需求的测控系统及功能部 3.3能够用图纸、报告、软件模型或 课程目标6 件，并能够在设计环节中体现创 实物等形式，呈现设计成果。 意识。并考虑社会、健康、安全 法律、文化以及环境等因素。 3.4能够在安全、环境、法律等现实 课程目标3 约束条件下，对设计方案的可行性过 行论证 毕业要求4研究：能够基于科学原 4.2能够对实验结果进行分析和 课程目标4 理，采用科学方法对机械工程中的 释，通过信息综合得到合理有效的结 复杂测试计量及控制问题进行研 论 究，能设计实验，对实验数据进行 分析与解释，通过信息综合得到合 理有效的结论。 毕业要求5使用现代工具：能够针 5.3能够分析并理解运用MatLab 课程目标5 对机械工程中的复杂测试计量及控 SolidWorks等专业技术工具对测控 制问题，开发与选用恰当的技术、 复杂工程问题进行预测与模拟的局
本课程设计内容为一完整的实际可应用的仪器仪表的设计。设计内容要依据 课程目标设置。题目难度、工作量适中，保证同学能在规定时间内完成。 5. 成绩评定（%） 本课程为实践性教学环节，成绩评定：优、良、中、及格、不及格，其中： 优（100~90 分）； 良（89~80）； 中（79~70）； 及格（69~60）； 不及格（59 以下）。 总成绩 =小组自评成绩+答辩成绩+报告成绩； 表 1 各分项成绩比例（%） 小组自评成绩 答辩成绩 报告成绩 30 30 40 五、课程目标对毕业要求的支撑 毕业要求 指标点 课程目标 毕业要求 3 设计/开发解决方案：能 够设计针对机械工程中的复杂测试 计量及控制问题的解决方案，设计 满足特定需求的测控系统及功能部 件，并能够在设计环节中体现创新 意识，并考虑社会、健康、安全、 法律、文化以及环境等因素。 3.1 能够根据用户及社会需求提出设 计目标、确定设计方案。 课程目标 1、2 3.3 能够用图纸、报告、软件模型或 实物等形式，呈现设计成果。 课程目标 6 3.4 能够在安全、环境、法律等现实 约束条件下，对设计方案的可行性进 行论证。 课程目标 3 毕业要求 4 研究：能够基于科学原 理，采用科学方法对机械工程中的 复杂测试计量及控制问题进行研 究，能设计实验，对实验数据进行 分析与解释，通过信息综合得到合 理有效的结论。 4.2 能够对实验结果进行分析和解 释，通过信息综合得到合理有效的结 论。 课程目标 4 毕业要求 5 使用现代工具：能够针 对机械工程中的复杂测试计量及控 制问题，开发与选用恰当的技术、 5.3 能够分析并理解运用 MatLab、 SolidWorks 等专业技术工具对测控 复杂工程问题进行预测与模拟的局 课程目标 5
资源及现代工具对问题进行预测与限性。 模拟，并能够理解其局限性。 毕业要求9个人和团队：能够在多 9.2能理解个人在团队中的角色与责 课程目标7 学科背景下进行团队协作，承担不任，担任个体、团队成员以及负责人 同的团队角色。 的角色，完成相应的工作。 六、教学进程 教学内容 课堂内学时数 1.任务布置及要求讲解，自组设计团队 2 2.系统总体设计及精度分配讨论。 3.分部设计：硬件系统搭建。 2 4.分部设计：软件编程。 2 硬软件仿真及结果讨论。 2 6.报告撰写。 7.答辩。 合计：课堂授课学时+课堂外学时 48 注：课内外时间比约为1：3~1：5。 任务布置、教师与学生讨论分析、答辩工作由教师和学生商定时间和地点
资源及现代工具对问题进行预测与 模拟，并能够理解其局限性。 限性。 毕业要求 9 个人和团队：能够在多 学科背景下进行团队协作，承担不 同的团队角色。 9.2 能理解个人在团队中的角色与责 任，担任个体、团队成员以及负责人 的角色，完成相应的工作。 课程目标 7 六、教学进程 教学内容 课堂内学时数 1. 任务布置及要求讲解，自组设计团队。 2 2. 系统总体设计及精度分配讨论。 2 3. 分部设计：硬件系统搭建。 2 4. 分部设计：软件编程。 2 5. 硬软件仿真及结果讨论。 2 6. 报告撰写。 2 7. 答辩。 2 合计：课堂授课学时+课堂外学时 48 注：课内外时间比约为 1:3～1:5。 任务布置、教师与学生讨论分析、答辩工作由教师和学生商定时间和地点
