智能仪表工作原理_智能仪表硬件的组成

　　智能仪表工作原理

　　智能仪表是以微型计算机（单片机）为主体，将计算机技术和检测技术有机结合，组成新一代“智能化仪表”。

　　传感器拾取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印。

　　智能仪表硬件的组成

　　智能仪表硬件部分包括控制器及其接口电路、模拟量输入通道、开关量输入通道、模拟量输出通道、开关量输出通道、接口电路、人机通道（如键盘、显示器接口电路等）以及其他外围设备（打印机等）接口电路。智能仪表系统组成如图1所示。

　　

　　图1 智能仪表系统组成框图

　　1、控制器及其接口电路

　　控制器及其接口电路包括控制器、程序存储器、数据存储器、输入输出接口电路及扩展电路，它可以进行必要的数值计算、逻辑判断、数据处理等。

　　2、输入输出通道

　　输入输出通道是智能仪表控制器和被测量监控系统之间设置的信号传递和变换的连接通道。它包括模拟量输入通道、开关量（数字量） 输入通道、模拟量输出通道、开关量（数字量）输出通道等。输入输出通道的作用是将被测量监控系统的信号变换成控制器可以接收和识别的代码；将控制器输出的控制命令和数据转换后作为执行机构或开关的控制信号，从而控制被测量监控系统进行期望的动作。

　　在计算机监控系统中，需要处理一些基本的开关量输入输出信号，例如开关的闭合与断开、的接通与断开、指示灯的点亮与熄灭、阀门的开启与关闭等，这些信号都是以二进制的“0”和“1”出现的。计算机系统中对应的二进制位的变化就表征了相应器件的特性。开关量输入输出通道就是要实现外部的开关量信号和计算机系统的联系，包括输入信号处理电路及输出功放电路。

　　模拟量输入输出通道由数据处理电路、a/d转换器、d/a转换器等构成，用来输入输出模拟量信号。其中，模拟量输入通道的任务是把，如压力变送器、温度传感器、液位变送器、流量计等监测到的模拟信号转变为二进制数字信号，送给计算机处理。模拟量输出通道的任务是把计算机输出的数字量信号转换成模拟电压或者电流信号。驱动相应的执行机构动作，达到控制目的。

　　3、通信接口

　　通信接口则用来实现智能仪表与外界其他计算机或智能外设交换数据。

　　4、人机通道

　　人机通道是人和智能仪表之间建立联系、交流信息的输入输出通路，包括人机接口和人机交互设备两层含义。人机接口是智能仪表的微控制器和人机交互设备之间实现信息传输的控制电路。人机交互设备是智能仪表系统中最基本的设备之一，是人和智能仪表之间建立联系、交换信息的外部设备。常见的人机交互设备可分为输入设备和输出设备两类。其中，输入设备是人向智能仪表系统输入信息，如输入键盘、开关按钮等；输出设备是智能仪表系统直接向人提供系统运行结果，如显示装置、打印机等。通过智能仪表的人机通道，可以向智能仪表输入命令和数据，了解智能仪表运行的状态和显示相关的工作参数。

　　智能仪表的工作过程如下：输入信号要经过开关量输入通道电路或模拟量输入通道电路进行变换、放大、整形、补偿等处理。对于模拟量信号，需经a/d转换器转换成数字信号，再通过接口送入微控制器。由微控制器对输入数据进行加工处理、计算分析等一系列工作，通过接口送至显示器或打印机，也可输出开关量信号或经模拟量通道的d/a转换器转换成模拟量信号，还可通过串行接口（例如rs-232等）实现数据通信，完成更复杂的测量、控制任务。

　　智能仪表的软件组成

　　硬件只是为智能仪表系统提供底层物质基础，要想使智能仪表正常工作运行，必须提供或研发相应的软件。如图2所示，智能仪表软件可以分为系统软件、支持软件和应用软件。

　　

　　图2 智能仪表的软件结构

　　系统软件包括实时操作系统、引导程序等；支持软件包括、编译程序、高级语言等。

　　应用软件是系统设计人员针对某个测控系统的控制和管理程序。智能仪表的应用软件包括监控程序、中断服务程序以及实现各种算法的功能模块。监控程序是仪表软件的中心环节，它接收和分析各种命令，并管理和协调整个程序的执行；中断服务程序是在人机接口或其他外围设备提出中断申请，并为微控制器响应后直接转去执行，以便及时完成实时处理任务；功能模块用来实现仪表的数据处理和控制功能，包括各种测量算法（例如数宇滤波、标度变换、非线性修正等） 和控制算祛（例如pid控制、前馈控制、模糊控制等）。

　　只有软件和硬件相互配合，才能发挥系统的优势，研制出具有更高性能的智能仪表系统。

　　智能仪表的特点

　　1、操作自动化。仪器的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。

　　2、 具有数据处理功能，这是智能仪器的主要优点之一。智能仪器由于采用了单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，现在可以用软件非常灵活地加以解决。例如，传统的数字万用表只能测量电阻，而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量，而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、统计分析等复杂的数据处理功能，不仅使用户从繁重的数据处理中解放出来，也有效地提高了仪器的测量精度。

　　3、具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。智能仪表能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，极大地方便了仪器的维护。

　　4、具有友好的人机对话能力。智能仪器使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使仪器的操作更加方便直观。

责任编辑：YYX