智能儀器基（jī）本組成原理及其發展趨勢（shì）分析

智能儀器的出現，極大地擴充了傳統儀器的應用（yòng）範圍。智能儀（yí）器憑借其（qí）體積小、功能強（qiáng）、功耗低等優勢（shì），迅速地在家用電器、科研單位和工業企業中得到了廣泛的應用（yòng）。 
1、智能儀器的工作原理 

    傳感（gǎn）器拾取被（bèi）測參量的信息並轉換成（chéng）電信號，經濾波去除幹擾後送入多（duō）路模（mó）擬開關；由單片機逐路選通模（mó）擬開關將各輸入通道（dào）的信號逐一送入程控增益放大器，放大後的信號經A／D轉換器轉換成相應的脈（mò）衝信號後送入單片機中；單片機根據儀器所設定的（de）初（chū）值（zhí）進行相應的數據運（yùn）算和處理(如（rú）非線性（xìng）校正等)；運（yùn）算的結果被轉換為相應的數據進行顯示和打印；同（tóng）時單（dān）片機把運算結果與存儲於片內（nèi）FlashROM(閃速存儲（chǔ）器)或E2PROM(電可擦除（chú）存貯器（qì）)內的設定參數進行運算比較後，根據（jù）運算結果（guǒ）和控（kòng）製要求，輸出相應的控製信號(如報警裝置觸發、繼電器觸點等)。此外，智能（néng）儀器還可以與PC機組成分布式測控係（xì）統（tǒng），由單片機作為下位機采（cǎi）集各種測量信號與數據，通過串行（háng）通信將信息傳輸給上位機——PC機，由PC機（jī）進行全局管理。 

2、智能儀器的功能（néng）特點 

　　隨著微電子（zǐ）技術的不斷發（fā）展，集成了CPU、存儲器、定時器/計數器、並行和串行接口、看門狗、前置放大器甚至A／D、D／A轉換（huàn）器等電路在一塊芯片上的超大（dà）規模集成電路芯片(即單片機)出現了。以單片機為主（zhǔ）體，將計算機技術與測量控製技術結合在一起，又組成（chéng）了所謂的“智（zhì）能化測（cè）量控製係統”，也就是智（zhì）能儀器。 

　與傳統儀器儀表相比（bǐ），智能（néng）儀器具有以下功能特（tè）點： 

　 ①操作自動化（huà）。儀器的（de）整個（gè）測量過程如鍵盤掃描、量（liàng）程選擇、開關啟動閉合、數據的采集、傳輸與處理以及顯示（shì）打印等都用單片機或（huò）微控（kòng）製器來（lái）控製操作（zuò），實現測量過程的全部（bù）自動化。 

　　②具有自測功能（néng），包括自動調零、自動故障與狀態檢驗、自動校準、自診斷及（jí）量程自（zì）動轉換等。智能儀表（biǎo）能自動檢測出故障的部位甚至故障的原因（yīn）。這種自測試（shì）可以在（zài）儀器啟動時運行，同時也可在儀器工作中運行，極大（dà）地方便了儀器的維護。 

　　③具有數據處理功能，這是智能儀器的主要優點之一。智能儀器由於采用了單（dān）片機（jī）或微控製器，使得許多原來用（yòng）硬件邏輯難以解決或根本無法解決的問題，現在（zài）可以用軟件非常靈活地加以（yǐ）解決。例如，傳統的數字萬用（yòng）表（biǎo）隻能測量電阻、交直流電壓、電流等，而智能型的數字萬用表不僅能（néng）進行上述測量，而且還具有對測量結果進行諸如（rú）零點平移、取平（píng）均值、求極值、統計分（fèn）析等複雜的數據處（chù）理功能，不僅使用戶從繁重的數據處理中解放出來，也有效地提（tí）高了儀（yí）器的測量精度。 

　　④具有友好的人（rén）機對話能（néng）力。智能儀器使用鍵盤代替（tì）傳統（tǒng）儀器中的切換（huàn）開關，操作人員隻需通過鍵盤輸入（rù）命令，就能實現（xiàn）某種測量功能。與此同時，智能儀器還通過（guò）顯示屏將儀器的運行情（qíng）況、工作狀態以及對測量數據的處理（lǐ）結果及時告訴操作人員，使儀器的操作更加方便直（zhí）觀。 

　　⑤具有可程控操作能力。一般（bān）智能儀器都配有GPIB、RS232C、RS485等標準的通信接口，可以（yǐ）很方便地與PC機和其他（tā）儀器一起組（zǔ）成（chéng）用戶所需（xū）要的多種（zhǒng）功能的自動測量係統，來（lái）完成更複雜的測試（shì）任務。 

3、智能儀器（qì）的發展概況 

　　80年（nián）代（dài），微（wēi）處理器被（bèi）用到儀器中，儀器前麵板開始朝（cháo）鍵盤化方向發展，測量係統常通過IEEE—488總線連接。不同（tóng）於傳統獨立儀（yí）器（qì）模式的個人儀器得到了發展等。 

　　90年代，儀器儀表的智能化突出表現在以下幾個方麵：微電子技術的進步更深刻地（dì）影響儀（yí）器（qì）儀表的設（shè）計；DSP芯片的問世，使儀器儀表數字信號處理功（gōng）能大大加強；微型機的發展，使儀器儀表具有更強（qiáng）的數據處理能力；圖像處理功能的增加十分普遍（biàn）；VXI總（zǒng）線得到廣泛的應用。 

　　近年來，智能化測量控製儀（yí）表的發展尤為迅速。國內市場上已經出現了多種多樣智能化測量控製儀表，例如，能夠自動進行差（chà）壓補償的智能（néng）節流式流量計，能夠進行程序控溫的智能多段溫度控製儀，能夠實現數字PID和各種複雜控製規律的智能式調（diào）節器，以及能夠對各種譜圖進行分析和數據處理的智能色譜儀（yí）等。 

　　國際上智能測量儀表更是品種繁（fán）多，例如，美國HONEYWELL公司生產的DSTJ-3000係列智能變送器（qì），能進行差壓（yā）值狀態的複（fù）合測量，可對變送器本體的溫度、靜壓等實現（xiàn）自動補償，其精度可達到±0.1％FS；美國（guó）RACA-DANA公司的9303型超高電平表（biǎo），利用（yòng）微處理器消（xiāo）除電流流經電（diàn）阻所產生的（de）熱噪聲，測量（liàng）電平可低達-77dB；美國FLUKE公司生產的超級多（duō）功能校準器（qì）5520A，內部采用了3個（gè）微處理器，其短期穩定性達到1ppm，線性（xìng）度可達到0.5ppm；美（měi）國FOXBORO公司生產的數字化自整定調節器，采用了專家（jiā）係統技術，能（néng）夠像有經驗的控製工程師那樣，根據現（xiàn）場參數迅速地整定調節器。這種調節器特別適合於對象變化頻繁或非線性（xìng）的控製係統。由於這種調節器能夠（gòu）自動整定調節參數，可使整個係統在生產過程中始終保持最佳品質。 

4、智能儀器發展（zhǎn）趨（qū）勢 

 4.1微型化 

　　微型智能儀器指微電子技術、微機械技術、信息技術等綜合應用於儀器的生產中，從而使儀器成為體積小、功能（néng）齊全的（de）智能儀器。它能夠（gòu）完成信號的采（cǎi）集、線性化處理、數字信號處理，控製信號的輸出、放大、與其他儀器的（de）接口、與人的交互等功能。微型智能儀器（qì）隨著微電子機械技術的不斷發展，其技術不斷成熟，價格不斷降低，因此其應用領域也將（jiāng）不斷擴（kuò）大。它不但具有傳統儀器的功能，而且能在自動化技術、航天、軍事、生物技術、醫療領域（yù）起到獨特的作用。例如，目前要同時測量（liàng）一（yī）個病人的幾個不同的（de）參量，並進行某些參量的（de）控製，通常病人（rén）的體內要插進幾個（gè）管子，這增加了病人感染的機會，微型智能儀器能同時測量多參數，而且體積小，可植入人體（tǐ），使得（dé）這些問題（tí）得到解決。 

 4.2多功能化 

　　多功能本身就是智能儀器儀表的一個特點。例如，為了設（shè）計（jì）速度較快和結構較複雜（zá）的數（shù）字係統，儀器生產廠家製造了具有脈衝發生器、頻率合成器和任（rèn）意波（bō）形發生（shēng）器等功能的函數發生器。這種多功能的綜合型產品不但（dàn）在性能上(如準確度)比專用（yòng）脈衝發生器和頻率合成器高，而且在各種測試功能上提供（gòng）了較好的解決方案。 

 4.3人工智能（néng）化 

　　 人工（gōng）智能是（shì）計算機應用的一個嶄新領（lǐng）域，利用計算機模擬人的智能，用於機器人、醫療診斷、專家係統、推理證明（míng）等各方麵。智能儀器的進一步發展將含有一定的人工智能，即代替人的一部分腦力勞動，從而在視覺(圖形及色彩辨讀（dú）)、聽覺(語音識別及語言領悟)、思維(推理、判斷、學習與聯想)等方麵具有（yǒu）一定的能力。這樣，智能儀（yí）器可無需人的幹預而自主地完（wán）成檢測（cè）或控製功能。顯然，人工智能（néng）在現代（dài）儀器儀表中的應（yīng）用，使菠萝蜜视频在线观看不（bú）僅可以解決用傳統方法很難解決的一類問（wèn）題，而且可望解決用傳統方法根本不能解決的問題。 

4.4融合ISP和EMIT技術（shù），實現儀器儀表係統的Internet接入（rù）(網絡化) 

　　 伴隨著網絡技術的飛速發展，Internet技（jì）術正（zhèng）在逐漸向工業控製和智能儀器儀表係統設計領域滲透，實現智能儀器儀表係統基於Internet的通訊能力以及對設計好（hǎo）的智能儀器儀表係統進行遠程升級、功能重置和係統維護（hù）。 

　　 在係統編程技術(In-System Programming，簡稱ISP技（jì）術)是對軟件進行修改、組（zǔ）態或重組的一種（zhǒng）最新技術。它是LATTICE半導體公司首先提出的一種使菠萝蜜视频在线观看（men）在產（chǎn）品設計、製造過程中的每個環節，甚至在產品賣給最終用戶以後，具有對其器件、電（diàn）路板或整個電子係統的邏輯和功能隨時（shí）進行組態或重組能力的最新技術。ISP技術消除了傳統技術的某些（xiē）限製和（hé）連接弊病，有利於在板設計、製（zhì）造與編程。ISP硬件靈活且易於軟件修改，便於設計開發。由於ISP器件可以像任（rèn）何其他器件一樣，在印（yìn）刷（shuā）電路板(PCB)上處理，因此編程ISP器件不需要專門（mén）編程器和較複雜的流程，隻要（yào）通過PC機，嵌入式係統處理（lǐ）器甚至INTERNET遠（yuǎn）程（chéng）網進行（háng）編程。 

　　 EMIT嵌入式（shì）微型因特網互聯技術是emWare公（gōng）司（sī）創立（lì）ETI(eXtend the Internet)擴展Internet聯盟時提出（chū）的，它是一種將單片（piàn）機等嵌入式（shì）設備接入Internet的（de）技術（shù）。利用該技術，能夠將8位和16位單片機係統接入Internet，實現基於Internet的遠程數據采集、智能控製、上傳／下載數據文（wén）件（jiàn）等功能。 

　　 目前美國ConnectOne公司、emWare公司、TASKING公司和國內的（de）P＆S公司等均（jun1）提供基（jī）於Internet的DeviceNetworking的軟件（jiàn）、固件(Firmware)和硬件產品。 

4.5虛擬儀器是智能儀器發展的（de）新階段 

　　 測量儀器的主要功能都是由數據采集、數據分（fèn）析和數據顯示等三大部分組成的（de）。在虛擬現實係統中，數據分析和顯示完全用PC機（jī）的軟件來完成。因此，隻要額外提供（gòng）一定的數據（jù）采集硬件，就可以與PC機組成測量儀（yí）器。這種基於PC機的測量儀器稱為虛擬儀器。在虛擬儀器（qì）中，使用（yòng）同一個（gè）硬件（jiàn）係統，隻要應用不同的軟件編程，就可（kě）得到功能完全不同的測量儀器。可見，軟件係統是虛擬儀器的核心，“軟件就是（shì）儀（yí）器”。 

　　 傳統的智能儀器主要在儀器技術中用了某種計算機技術，而虛擬儀器則強調在通用（yòng）的計算機（jī）技術中吸收儀器技術。作為虛擬儀器核心的軟件係統具有通用（yòng）性、通俗性、可視性、可擴展性和升級性，能為用戶帶來極大的利益，因此，具有傳統的智能儀器所無法（fǎ）比擬的應用前景和市場（chǎng）。 

5、結束語 

　　智能儀器是計算機科（kē）學、電子學、數（shù）字信號處理（lǐ）、人工智能、VLSI等（děng）新興技術與傳（chuán）統的儀器儀表（biǎo）技術的結合。隨著專用集成電路（lù）、個人儀器等相關技術的發展，智能儀器（qì）將會得到更加廣泛的應用。作為智（zhì）能儀器核心部件（jiàn）的單片計算機技（jì）術是（shì）推動智能儀器（qì）向小型化、多功能化、更（gèng）加靈活（huó）的方向（xiàng）發展的動力。可以預料，各種功能（néng）的智能儀器（qì）在不遠的將來會廣泛地使用（yòng）在社會的各個領域。