智能儀表的構(gòu)成要素

摘要：由于計(jì)算機(jī)、微電子和通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的儀器儀表已經(jīng)被更加智能的儀表所慢慢取代。單片機(jī)、DSP、嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用為智能儀表的設(shè)計(jì)提供了更多新的方案，智能儀表已經(jīng)成為現(xiàn)代監(jiān)測系統(tǒng)中重要的工具。本文主要闡述了智能儀表的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，并對(duì)智能儀表的軟硬件構(gòu)成進(jìn)行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：智能儀表監(jiān)測系統(tǒng)

1、智能儀器儀表的發(fā)展和現(xiàn)狀

智能儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)和測控技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是含有微型計(jì)算機(jī)或微處理器的測量儀器，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，因此被稱為智能儀器。近年來，智能儀器已經(jīng)開始從較為成熟的數(shù)據(jù)處理向知識(shí)處理方向發(fā)展。智能儀器儀表在模糊判斷、故障診斷、容錯(cuò)技術(shù)、傳感器信息融合、數(shù)據(jù)挖掘、知識(shí)發(fā)現(xiàn)、人工智能、計(jì)算智能、機(jī)件壽命預(yù)測、災(zāi)害信息辨識(shí)等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

自從1971年第一種微處理器出現(xiàn)以來，儀器儀表大致經(jīng)過了模擬化、數(shù)字化、智能化和虛擬化四個(gè)發(fā)展階段。

模擬式儀器被稱為第一代，大量指針式電壓表、電流表、功率表以及一些通用的測試儀器均是典型的模擬式儀器，模擬式儀器功能簡單、精度低、響應(yīng)速度慢。

第二代是數(shù)字式儀器，它的基本特點(diǎn)是將待測的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行測量，測量結(jié)果以數(shù)字形式輸出顯示并向外發(fā)送。數(shù)字式萬用表、數(shù)字式頻率計(jì)等均是典型的數(shù)字式儀器，數(shù)字式儀器精度高、響應(yīng)速度快，讀書清晰、直觀，測量結(jié)果可打印輸出，也容易與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，并且使用于遙測和遙控等遠(yuǎn)距離傳輸。

20世紀(jì)70年代后，隨著微處理器的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了完全突破傳統(tǒng)概念的新一代儀器，即目前比較流行的智能儀器。智能儀器儀表不僅能完成某些測量任務(wù)，還能進(jìn)行各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，且能適應(yīng)被測參數(shù)的變化，進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，自動(dòng)選擇量程、自動(dòng)校準(zhǔn)、自尋故障、自動(dòng)進(jìn)行指標(biāo)判斷與分選以及進(jìn)行邏輯操作、定量控制與程序控制等工作。隨著新型單片機(jī)和大規(guī)模可編程集成器件的出現(xiàn)，新研制生產(chǎn)的智能儀器儀表不斷產(chǎn)生，并且正在逐漸取代傳統(tǒng)的儀器儀表。

隨著微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，測試技術(shù)與計(jì)算機(jī)深層次的結(jié)合引起儀器儀表領(lǐng)域里的一場新的革命，一種全新的儀器結(jié)構(gòu)概念導(dǎo)致第四代儀器儀表——虛擬儀器儀表和網(wǎng)絡(luò)化儀器儀表的出現(xiàn)。虛擬儀器就是以通用計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，加上特定的硬件接口設(shè)備和實(shí)現(xiàn)特定功能而編制的軟件而形成的一種新型儀器。NI公司有一句著名口號(hào):“軟件就是儀器”。由于虛擬儀器的開發(fā)環(huán)境和儀器驅(qū)動(dòng)程序可以為用戶提供自行開發(fā)工具，用戶可以利用這些工具使儀器實(shí)現(xiàn)特定的功能。當(dāng)需要增加新的測量功能時(shí)，不用購買一臺(tái)新儀器，只需要編制一段新的程序即可。

2、智能儀表的硬件結(jié)構(gòu)

硬件部分主要包括微機(jī)系統(tǒng)、輸入通道、輸出通道、人—機(jī)對(duì)話通道及通信接口等，基本結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1智能儀表基本結(jié)構(gòu)

其中微機(jī)系統(tǒng)用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、程序，并進(jìn)行一系列運(yùn)算處理，它通常由微處理器、ROM、RAM、I/O接口和定時(shí)/計(jì)數(shù)電路等芯片組成，或者它本身就是一個(gè)單片機(jī)或嵌入式系統(tǒng)。輸入系統(tǒng)用來將對(duì)象的狀態(tài)如開關(guān)量信號(hào)、頻率量信號(hào)、模擬量信號(hào)傳輸?shù)轿C(jī)系統(tǒng)的通道，是微機(jī)系統(tǒng)與采集對(duì)象相連接的部分。輸出通道是將微機(jī)系統(tǒng)得到的開關(guān)量信號(hào)、頻率量信號(hào)、模擬量信號(hào)向外界傳輸?shù)耐ǖ溃敵鐾ǖ赖碾娐冯S著輸出控制的不同也有多種多樣，例如D/A 轉(zhuǎn)換電路、放大隔離電路等。人—機(jī)對(duì)話通道的作用是溝通操作者與儀表之間的聯(lián)系。通信接口則是用來實(shí)現(xiàn)儀表與外界交換數(shù)據(jù)、進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)的需求。

3、智能儀表的軟件結(jié)構(gòu)

智能儀表的軟件通常包括監(jiān)控程序、中斷處理程序以及實(shí)現(xiàn)各種算法的功能模塊。監(jiān)控程序是儀表軟件的中心環(huán)節(jié)，它接收和分析各種命令，管理和協(xié)調(diào)全部程序的執(zhí)行；中斷處理程序是在人機(jī)聯(lián)系部件或其他外圍設(shè)備提出中斷申請(qǐng)，并為主機(jī)響應(yīng)后直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行的程序，以便及時(shí)完成實(shí)時(shí)處理任務(wù)；功能模塊是用來實(shí)現(xiàn)儀表的數(shù)據(jù)處理和控制功能，包括各種測量算法（例如數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、非線性校正等）和控制算法（PID控制、前饋控制、純滯后控制、模糊控制等）。

4、總結(jié)

本文首先闡述智能儀表的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，分析了智能儀表的軟硬件的構(gòu)成要素。

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