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1.1.1智能儀器的定義和發(fā)展
    智能儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量?jī)x器相結(jié)合的產(chǎn)物，是含有微計(jì)算機(jī)或微處理器的測(cè)量?jī)x器。由于它擁有對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷及自動(dòng)化操作等功能，具有一定智能的作用(表現(xiàn)為智能的延伸或加強(qiáng)等)，因而被稱之為智能儀器。}io}將微機(jī)引入測(cè)量和控制儀器中，不僅能解決傳統(tǒng)儀器不能解決或不易解決的問題，而且能簡(jiǎn)化電路、增加功能、提高精度和可靠性。同時(shí)這類儀器己能實(shí)現(xiàn)人腦的一部分功能，例如四則運(yùn)算、邏輯判斷、命令識(shí)別等，有的還能夠進(jìn)行自校正、自診斷，并具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的能力。
    自從1971年世界上出現(xiàn)了第一種微處理器以來，微計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。測(cè)量?jī)x器在它的影響下有了新的活力，取得了新的進(jìn)步。電子計(jì)算機(jī)從過去的龐然大物已經(jīng)可以縮小到可以置于測(cè)量?jī)x器之中，作為儀器的控制器、存儲(chǔ)器及運(yùn)算器，并使其具有智能的作用。概括起來說，智能儀器在測(cè)量過程自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理及一機(jī)多用(多功能化)等方面已取得巨大的進(jìn)展。到了90年代，可以說，在高準(zhǔn)確度、高性能、多功能的測(cè)量?jī)x器中已經(jīng)很少有不采用微計(jì)算機(jī)技術(shù)的了?？偟膩碚f，可以從對(duì)傳統(tǒng)儀器的改進(jìn)和新型儀器的出現(xiàn)兩個(gè)方面來歸納智能儀器的發(fā)展概況。傳統(tǒng)的手持式萬用表，在采用了單片微機(jī)控制之后，功能更加多樣，使用更加方便、可靠，而且準(zhǔn)確度大為提高。在磁測(cè)量?jī)x器方面，采用微機(jī)的精密測(cè)磁裝置己經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性材料的智能化測(cè)量。這種裝置為一機(jī)多用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)硬磁、軟磁及交流磁性的測(cè)量，在一個(gè)裝置上可以滿足大多數(shù)磁性參數(shù)及品種的要求。智能儀器除了在傳統(tǒng)儀器的改進(jìn)方面取得了巨大的成就而外，還開辟了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，出現(xiàn)了許多新型的儀器。同時(shí)，由于微計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量的不斷增加，工作速度的不斷增高，因而使其數(shù)據(jù)處理的能力有了極大的改善，這樣就可把動(dòng)態(tài)信號(hào)分析技術(shù)引入智能儀器之中。這些信號(hào)分析往往以數(shù)字濾波或FFT(快速傅立葉變換)為主體，配之以各種不同的分析軟件，如智能化的醫(yī)學(xué)診斷儀及機(jī)器故障診斷儀等。這類儀器的進(jìn)一步發(fā)揮就
是專家系統(tǒng)，其社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益將是十分巨大的。
    '1.1.2智能儀器的特點(diǎn)
    一個(gè)內(nèi)藏微計(jì)算機(jī)的智能儀器意味著計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量?jī)x器的結(jié)合，它所具有的軟件功能已使儀器呈現(xiàn)出某種智能的作用。它相對(duì)于過去傳統(tǒng)的、純硬件的儀器來說是一種新的突破，其發(fā)展?jié)摿κ志薮?，這己為多年來智能儀器發(fā)展的歷史所證實(shí)。概括起來，智能儀器具有以下特點(diǎn):
    一、測(cè)量過程的軟件控制
    測(cè)量過程的軟件控制源于數(shù)字化儀器測(cè)量過程的時(shí)序控制。60年代末，數(shù)字化儀器的自動(dòng)化程度已經(jīng)很高，如可實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)零放大、自動(dòng)極性判斷、自動(dòng)量程切換、自動(dòng)報(bào)警、過載保護(hù)、非線性補(bǔ)償、多功能測(cè)試和數(shù)百點(diǎn)巡回檢測(cè)等等。但隨著上述功能的增加，其硬件結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，從而導(dǎo)致體積及重量增大、成本上升、可靠性降低，給其進(jìn)一步的發(fā)展造成很大困難。但當(dāng)引入微計(jì)算機(jī)技術(shù)，使測(cè)量過程改用軟件控制之后，上述困難即得到很好的解決，它不僅簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)、縮小了體積及功耗、提高了可靠性、增加了靈活性，而且使儀器的自動(dòng)化程度更高，如實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單人機(jī)對(duì)話、自檢、自診斷、自校準(zhǔn)以及CR7…顯示及輸出打印和制圖等等。
    二、數(shù)據(jù)處理
    對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)及運(yùn)算的數(shù)據(jù)處理功能是智能儀器最突出的特點(diǎn)，它主要表現(xiàn)在改善測(cè)量的精確度及對(duì)測(cè)量結(jié)果的再加工兩個(gè)方面。
    在提高測(cè)量精確度方面，大量的工作是對(duì)隨機(jī)誤差及系統(tǒng)誤差進(jìn)行處理。過去傳統(tǒng)的方法是用手工的方法對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行事后處理，不僅工作量大，效率低，
而且往往會(huì)受到一些主觀因素的影響，使處理的結(jié)果不理想。在智能儀器中采用軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行及時(shí)的、在線的處理可收到很好的效果，不僅方便、快速，
而且可以避免主觀因素的影響，使測(cè)量的精確度及處理結(jié)果的質(zhì)量都大為提高。由于可以實(shí)現(xiàn)各種算法，不僅可實(shí)現(xiàn)各種誤差的計(jì)算及補(bǔ)償，而且使在線測(cè)量?jī)x
器中常遇到的諸如非線性校準(zhǔn)等問題也易于解決。

  對(duì)測(cè)量結(jié)果的再加工，可使智能儀器提供更多高質(zhì)量的信息量。例如，一些信號(hào)分析儀器在微計(jì)算機(jī)的控制下，不僅可以實(shí)時(shí)采集信號(hào)的實(shí)際波形，在CRT
上復(fù)現(xiàn)，并可在時(shí)間軸上進(jìn)行展開或壓縮，還可對(duì)所采集的樣本進(jìn)行數(shù)字濾波，將淹沒于干擾中的信號(hào)提取出來;也可對(duì)樣本進(jìn)行時(shí)域的(如相關(guān)分析、卷積、反卷積，傳遞函數(shù)等L或頻域的(如幅值譜、相位譜、功率譜等)分析。這樣就可以從原有的測(cè)量結(jié)果中提取更多的信息量。這類智能儀器在生物醫(yī)療、語音分析、模式識(shí)別和故障診斷等各個(gè)方面都有廣泛的應(yīng)用。
    三、多功能化
    智能儀器的測(cè)量過程、軟件控制及數(shù)據(jù)處理功能使一機(jī)多用的多功能化易于實(shí)現(xiàn)，成為這類儀器的又一特點(diǎn)。例如，用于電力系統(tǒng)電能管理的一種智能化電
力需求分析儀可以測(cè)量單相或三相電源的有功功率、無功功率、視在功率、電能、頻率、各相電壓、電流、功率因數(shù)等，還可測(cè)量出電能利用的峰值、峰時(shí)、谷值、
谷時(shí)及各項(xiàng)超界時(shí)間，可以預(yù)置用電量需求計(jì)劃、自備時(shí)鐘及日歷，具有自動(dòng)記錄、打印、報(bào)警及控制等許多功能。這樣多的功能如果不用微機(jī)控制，在一臺(tái)儀
器中是不能實(shí)現(xiàn)的。
    1. 1. 3智能儀器的基本結(jié)構(gòu)
    從智能儀器發(fā)展的狀況來看，其結(jié)構(gòu)可有兩種基本類型，即微機(jī)內(nèi)置式及微機(jī)擴(kuò)展式。微機(jī)內(nèi)置式為將單片或多片的微機(jī)芯片與儀器有機(jī)地結(jié)合在一起形成
的單機(jī)。微機(jī)在其中起控制及數(shù)據(jù)處理作用，其特點(diǎn)主要是專用或多功能;小型化、便攜或手持式干電池供電:易于密封，適應(yīng)惡劣環(huán)境，成本較低。CPU為
儀器的核心，它通過總線及接口電路與輸入通道、輸出通道、儀器面板及儀器內(nèi)存相連。EPROM及RAM組成的儀器內(nèi)存可保存儀器所用的監(jiān)控程序、應(yīng)用程序及數(shù)據(jù)區(qū)。中斷申請(qǐng)可使儀器能夠靈活反應(yīng)外部事件。儀器的輸入信號(hào)要經(jīng)過輸入通道(預(yù)處理部分)才可以進(jìn)入微機(jī)。輸入通道包括輸入放大器、抗混疊濾波
器、多路轉(zhuǎn)換器、采樣/保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、三態(tài)緩沖器等各部分。輸入通道往往是決定儀器測(cè)量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵部位。在儀器的輸出部分，如果要求模擬輸
出，則需經(jīng)過輸出通道，它包括D/A轉(zhuǎn)換器、多路分配器、采樣/保持器、低通濾波器等部分。儀器的數(shù)字輸出可與CRT屏幕顯示器相接，也可與磁盤、光
盤、X-Y繪圖儀或打印機(jī)相接。以獲得硬拷貝。外部通信接口溝通本儀器與外系統(tǒng)的聯(lián)系。微機(jī)擴(kuò)展式為以個(gè)人計(jì)算機(jī)((PC)為核心的應(yīng)用擴(kuò)展型測(cè)量?jī)x器。由
于PC的應(yīng)用己十分普遍，其價(jià)格不斷下降，因此從80年代起就開始有人給PC機(jī)配上不同的模擬通道，讓它能夠符合測(cè)量?jī)x器的要求，并把它取名為個(gè)人計(jì)算機(jī)儀器((PCI)o PCI的優(yōu)點(diǎn)為使用靈活、應(yīng)用范圍廣泛，可以方便地利用PC已有的磁盤、打印機(jī)及繪圖儀等獲取硬拷貝。更重要的是PC的數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)，內(nèi)存容量遠(yuǎn)大于內(nèi)置式微機(jī)儀器，因而PCI可以用于復(fù)雜的、高性能的信息處理。此外，還可以利用PC機(jī)本身己有的各種軟件包，獲得很大的方便。雖1. 2定量下料動(dòng)態(tài)稱重控制器現(xiàn)狀評(píng)述
    國內(nèi)在定量下料動(dòng)態(tài)稱重控制器研究方面進(jìn)行了多方面的探索。無錫市一家企業(yè)生產(chǎn)的“LE983系列電子計(jì)量秤控制器”，“是專為稱重、配料、定量、邏輯控制和工況連鎖而設(shè)計(jì)的一種高性能價(jià)格比的真正實(shí)用儀表，它集目前模擬、數(shù)字和控制的最新技術(shù)之大成。在高溫、工業(yè)干擾大和高頻率開關(guān)動(dòng)作等惡劣使用環(huán)境條件下具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。其優(yōu)良的性能和完備的功能體現(xiàn)了國產(chǎn)同類儀表的先進(jìn)水平。在精度、速度、可靠性和穩(wěn)定性方面完全可以同國外進(jìn)口儀表媲美。廣泛用于建筑、糧食、化工、冶金等行業(yè)，是國內(nèi)稱重、配料、定量和打包稱重控制器更新?lián)Q代的理想產(chǎn)品。”
a)高速轉(zhuǎn)換與控制速度
b)靜態(tài)精度年漂移不大
c)抗干擾能力比較強(qiáng)
缺點(diǎn)有:
a)其人機(jī)界面非常不友好，操作工要記住很多代碼，才能進(jìn)行工作
b)只有RS-232通訊接口，不利于遠(yuǎn)程控制
c)算法簡(jiǎn)單，不利于進(jìn)行快速控制和提高精度

1. 3本課題主要研究工作
    總的來說，定量下料動(dòng)態(tài)稱重控制器目前的技術(shù)水平已發(fā)展到可在控制回路中較好的應(yīng)用。但是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，新的性能價(jià)格比更高的電子芯片的不斷涌現(xiàn)，用戶要求的不斷提高，需要控制器的開發(fā)上到一個(gè)新的高度。本課題主要研究工作:
    一、重新設(shè)計(jì)人機(jī)界面。原來的人機(jī)界面是通過操作工記住英文代碼進(jìn)行操作，所以從陌生到熟悉需要一個(gè)過程，并且容易引起誤操作，影響效率的提高。在本課題中，采用了液晶進(jìn)行中文窗口設(shè)計(jì)，同時(shí)為了克服液晶亮度不夠的問題，繼續(xù)采用數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示物料稱重的重量。
    二、采用新的ADC集成塊。IC業(yè)的發(fā)展為工業(yè)應(yīng)用提供了性能價(jià)格比更高的集成塊。在本課題中，采用了CRYSTAL公司最近推出的CS55系列。它是一款性能價(jià)格比比較高的ADC，并具有可編程的優(yōu)點(diǎn)。
    三、采用485總線，為以后DCS擴(kuò)展做準(zhǔn)備。目前設(shè)計(jì)的控制器只是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，沒有與上位機(jī)進(jìn)行信J急交換的能力，采用了485總線以后，就有可能為糧食生產(chǎn)DCS作好擴(kuò)展準(zhǔn)備。
    四、通過改進(jìn)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由于本控制器工作環(huán)境比較惡劣，抗干擾能力的高低是判斷設(shè)計(jì)成功與否一個(gè)很重要的標(biāo)志
    五、控制算法的研究。動(dòng)態(tài)稱重對(duì)控制算法要求比較高。好的控制算法不僅能提高精度，而且能夠提高控制效率，從而增加生產(chǎn)效益。

 

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