第八章智能仪景设计实侧 第一节智能仪器的设计原则及研制 第二节固体密度测试仪的研制 第三节基于DSP处理器的地下管道 漏水检测仪设计
第八章 智能仪器设计实例 第一节 智能仪器的设计原则及研制 第二节 固体密度测试仪的研制 第三节 基于DSP处理器的地下管道 漏水检测仪设计
第一节智能仪器的设计原则及研制 智能仪景的研制开发是一个较为复杂的过程。 为完成仪的功能,实现仪器的指标,提高研 制效率,并能取得一定的研制效益,应遵循正 确的设计原则、按照科学的研制步骤来开发智 能仪器。 、智能仪器设讣的基本要求 二、智能仪器的设计原则 智能仪器的研制步骤
第一节 智能仪器的设计原则及研制 一、智能仪器设计的基本要求 二、智能仪器的设计原则 三、智能仪器的研制步骤 智能仪器的研制开发是一个较为复杂的过程。 为完成仪器的功能，实现仪器的指标，提高研 制效率，并能取得一定的研制效益，应遵循正 确的设计原则、按照科学的研制步骤来开发智 能仪器
智能仪器设计的基本要泶 无论仪器的规模多大。其基本设计要求大 体上是相同的。在设计和研制智能仪器时必须 予以认真考虑。 1、功能及技术指标应满足要求 主要技术指标:精度、测量范围、工作环境条 件、稳定性。 应具备的功能:输出、人机对话、通信、 报警提示、仪器状态的自 动调整等功能
一、智能仪器设计的基本要求 无论仪器的规模多大，其基本设计要求大 体上是相同的，在设计和研制智能仪器时必须 予以认真考虑。 1、功能及技术指标应满足要求 主要技术指标：精度、测量范围、工作环境条 件、稳定性。 应具备的功能：输出、人机对话、通信、 报警提示、仪器状态的自 动调整等功能
2、可拿性要求 仪器可靠性是最突出也是最量要的,因为 仪器能否正常可靠地工作,将直接影响测量结 果的正确与否,也将影响工作效率和仪器信誉, 在线检测与控制类仪器更是如此。由于仪器的 故障造成蓬个生产过程的混乱。甚至引起严重 后果。应采取各种措施提高仪器的可靠性,从 而保证仪器能长时间稳定工作。在第六章中已 讨论了有关的技术措施
2．可靠性要求 仪器可靠性是最突出也是最重要的，因为 仪器能否正常可靠地工作，将直接影响测量结 果的正确与否，也将影响工作效率和仪器信誉， 在线检测与控制类仪器更是如此，由于仪器的 故障造成整个生产过程的混乱，甚至引起严重 后果。应采取各种措施提高仪器的可靠性，从 而保证仪器能长时间稳定工作。在第六章中已 讨论了有关的技术措施
第一,硬件:仪器所用器件的质量和仪器结构工艺是 影响可靠性的量要因素。故应合理选择元器件和采用 在极限情况下选行试验的方法。所谓合理选择元器件 是指在设计时对元器件的负载、遠度、功耗、工作环 境等技术参数应留有一定的余量,并对元器件洗行老 化和筛选。而极限情况下的试验是指在研制过程中, 台样机要承受低温、高温、冲击、振动 等试验,以保证其对环境的适应性。 第二,软件:采用模块化设计方法。不仅易于编程和 调试,也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同 时,对软件选行全面测谜也是检验错误排除故障的重 要手段
第一，硬件：仪器所用器件的质量和仪器结构工艺是 影响可靠性的重要因素，故应合理选择元器件和采用 在极限情况下进行试验的方法。所谓合理选择元器件 是指在设计时对元器件的负载、速度、功耗、工作环 境等技术参数应留有一定的余量，并对元器件进行老 化和筛选。而极限情况下的试验是指在研制过程中， 一台样机要承受低温、高温、冲击、振动、干扰、烟 雾等试验，以保证其对环境的适应性。 第二，软件：采用模块化设计方法，不仅易于编程和 调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同 时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重 要手段
3于操作和维护 在仪器设计过程中,应考處操作方便。尽量 降低对操作人员的专业知识的要求。以便产品 的推广疝用。仪器的控制开关或按钮不能太多 太复条。操作程序应简单明了,从而使操作者 无卿专门训练,便能掌握仪器的使用方法。 智能仪器还应有很好的可维护性,为此, 仪器结构要规范化、模块化,并配有现场故障 诊断程序,一旦发生故障,能保证有效地对故 障进行定。以便更换相应的模块,使仪器尽 快地恢复正常运行
在仪器设计过程中，应考虑操作方便，尽量 降低对操作人员的专业知识的要求，以便产品 的推广应用。仪器的控制开关或按钮不能太多、 太复杂，操作程序应简单明了，从而使操作者 无需专门训练，便能掌握仪器的使用方法。 智能仪器还应有很好的可维护性，为此， 仪器结构要规范化、模块化，并配有现场故障 诊断程序，一旦发生故障，能保证有效地对故 障进行定位，以便更换相应的模块，使仪器尽 快地恢复正常运行。 3．便于操作和维护
4、仪暴工艺结构与造型设计要求 仪器结构工艺是影响可靠性的量要因素, 首先要依据仪器工作环境条件,是否需要防 水、防尘、防爆密封。是否要抗冲击、抗 振动、抗腐蚀等要求,设计工艺结构;仪器 的造型设计亦极为重要。总体结构的安排、 部件间的连接关系、面板的美化葶都必须认 真考虑。最好由结构专业人员设计,使产品 造型优美、色泽柔和、外廓蓬齐、美观大方
4．仪器工艺结构与造型设计要求 仪器结构工艺是影响可靠性的重要因素， 首先要依据仪器工作环境条件，是否需要防 水、防尘、防爆密封，是否需要抗冲击、抗 振动、抗腐蚀等要求，设计工艺结构；仪器 的造型设计亦极为重要。总体结构的安排、 部件间的连接关系、面板的美化等都必须认 真考虑，最好由结构专业人员设计，使产品 造型优美、色泽柔和、外廓整齐、美观大方
智能仪噩的设计原则 1、从整体到局部(自顶向下)的设计原则 在硬件或软件设计时,把复杂的、难处理的问题, 分为著干个较简单的、容易处理的问题,然后再一个 个地加以解决。 设讣人员根据仪器功能和设计要求提出仪器设计 的总任务,并绘制硬件和软件总框图(总体设计)。然 后将任寄分解成一批可独立表征的子任务。这些子任 务还可以再向下分,直到每个低级的子任务足够简单, 可以直接而且容易地实现为止。这些低级子任务可采 用某些通用模块,并可作为单独的实体洗行设计和调 试。从而能够以最低的难度和最高的可靠性组成高 级的模块
二、智能仪器的设计原则 1、从整体到局部(自顶向下)的设计原则 在硬件或软件设计时，把复杂的、难处理的问题， 分为若干个较简单的、容易处理的问题，然后再一个 个地加以解决。 设计人员根据仪器功能和设计要求提出仪器设计 的总任务，并绘制硬件和软件总框图(总体设计)。然 后将任务分解成一批可独立表征的子任务，这些子任 务还可以再向下分，直到每个低级的子任务足够简单， 可以直接而且容易地实现为止。这些低级子任务可采 用某些通用模块，并可作为单独的实体进行设计和调 试，从而能够以最低的难度和最高的可靠性组成高一 级的模块
2、较高的性能价格比原则 智能仪器的造价,取决于研制成本、生产成本 使用成本。 设计时不应盲目追求复杂、高级的方案。在满 足性能指标的前提下。应尽可能采用简单成熟的方案 意味着元器件少,开发、调试、生产方便,可旗性高。 就第一合样机而言,主要的花费在于系统设计 调试和软件开发。样机的硬件成本不是考慮的主要因 素。当样机投入生产时,生产数量越大,每台产品的 平均硏制费就燧低。此时,生产成本就成为仪器造价 的主要因素。显镂,仪器硬件成本对产品的生产成本 有很大影响。 使用成本,即仪器使用期间的维护费、鲁件费 运转费、管理费、培训费瞢。些须在综合考慮后才能 看出真正的经济效果,从而做出选用方案的正确决草
2、较高的性能价格比原则 智能仪器的造价，取决于研制成本、生产成本、 使用成本。 设计时不应盲目追求复杂、高级的方案。在满 足性能指标的前提下，应尽可能采用简单成熟的方案， 意味着元器件少，开发、调试、生产方便，可靠性高。 就第一台样机而言，主要的花费在于系统设计、 调试和软件开发，样机的硬件成本不是考虑的主要因 素。当样机投入生产时，生产数量越大，每台产品的 平均研制费就越低，此时，生产成本就成为仪器造价 的主要因素。显然，仪器硬件成本对产品的生产成本 有很大影响。 使用成本，即仪器使用期间的维护费、备件费、 运转费、管理费、培训费等。必须在综合考虑后才能 看出真正的经济效果，从而做出选用方案的正确决策
3、组合化与开放式设计原则 在科学技术飞速发展的今天。设计智能仪器系統面临 三个突出的问题: (1)产品更新换代太快; (2)市场竞争日趋激烈; (3)如何满足用户不同层次和不断变化的要求。 在电子工业和计算机工业申推 行一种不同于传辘设计思想的所谓 开效系扰”的设计思熄
3．组合化与开放式设计原则 在科学技术飞速发展的今天，设计智能仪器系统面临 三个突出的问题： (1)产品更新换代太快； (2)市场竞争日趋激烈； (3)如何满足用户不同层次和不断变化的要求。 在电子工业和计算机工业中推 行一种不同于传统设计思想的所谓 “开放系统”的设计思想