智能儀器基本組成原（yuán）理及其發展趨勢分析

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

    傳（chuán）感（gǎn）器拾取（qǔ）被測參量的信息並轉換成電（diàn）信號，經濾波去除幹擾後送（sòng）入多路模擬開關；由單片機逐路選（xuǎn）通模擬開關將（jiāng）各輸入通（tōng）道的信號逐一送入程控增益（yì）放大器（qì），放大後的信號經A／D轉換器轉（zhuǎn）換成相應（yīng）的脈衝信號後送入單片機中；單片機根據儀器所（suǒ）設定的初值進行相應（yīng）的數據運（yùn）算和處理(如非線性校正（zhèng）等)；運算的結果被轉換為相應的數據進行顯示和打（dǎ）印；同時單片機把運算（suàn）結果與存儲於片內（nèi）FlashROM(閃速存儲器)或E2PROM(電可擦除存貯器)內的設定參數進行運算比較後，根據運算結果和控（kòng）製要求，輸（shū）出相應的控製信號(如報警（jǐng）裝置觸發、繼電器觸點（diǎn）等)。此外，智能儀器還可以與PC機組成分布式測控係統，由單片機作為下位機（jī）采（cǎi）集（jí）各種測量信號與數據（jù），通過串行通信將信（xìn）息傳輸給上位機（jī）——PC機，由PC機進行全局管理。 

2、智能（néng）儀（yí）器的（de）功能特點 

　　隨著微電子技（jì）術的不斷發展，集（jí）成了CPU、存儲器、定時器/計數（shù）器、並行和串（chuàn）行接口、看門狗、前置放大器甚至A／D、D／A轉換器等電路在（zài）一塊芯片上的（de）超大（dà）規模集成電路（lù）芯片(即單片機)出現了（le）。以單片機為主體，將計（jì）算機（jī）技（jì）術與測量控製技術（shù）結合在一起，又組成（chéng）了所謂的“智（zhì）能化測量控（kòng）製係統”，也（yě）就是智能（néng）儀（yí）器。 

　與傳統儀器（qì）儀（yí）表相（xiàng）比，智能（néng）儀器具有以下功能特點： 

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

　　②具有自測（cè）功能（néng），包括自動調零、自動故障與狀態檢驗、自動校準、自診斷及量程自動轉換等。智能儀表能自（zì）動檢測（cè）出故障的部位（wèi）甚至故障的原因。這種自測試可以在儀（yí）器（qì）啟動時運行，同時也可在儀器（qì）工作中運行，極大地方（fāng）便了儀器的維護（hù）。 

　　③具有數據處理功能，這是智能（néng）儀器的主要優點之一。智（zhì）能儀器由於采用了單片機或微控製器，使得許多原來用硬件邏（luó）輯難以解決或根本無法解決的問題（tí），現在可以用軟件非常靈活地加以解決。例如，傳統的數字萬用表隻（zhī）能測量電阻、交（jiāo）直流電壓、電流等，而智能型的數字萬用表不僅能進行上述測量，而且（qiě）還具有對測量結果進行諸如零點平（píng）移、取平（píng）均值、求極值、統計（jì）分析等複雜的數據（jù）處理功能，不僅使用戶從繁重的數據處理中解放出來，也有效地提高了儀器的測量精度。 

　　④具有友好的人機對話能力。智能儀器（qì）使用鍵盤代替傳統儀器中的切換開關，操作人員隻需通過鍵盤輸入命令，就能實現某（mǒu）種測量功能。與此同時，智能儀器還通（tōng）過顯示（shì）屏將儀器的（de）運行情況、工作狀態以（yǐ）及對測量數據的處理結果及（jí）時告（gào）訴操作人員（yuán），使儀器的操作更（gèng）加方便直觀。 

　　⑤具有可程控（kòng）操作能力。一般智能儀器都配（pèi）有GPIB、RS232C、RS485等標準的通信接口，可以很方便地與PC機和其他儀器一起組成用戶所需要的多種功能的（de）自動測量係統，來完成更複雜的（de）測試任務。 

3、智能儀器的發（fā）展概況 

　　80年代，微處（chù）理器被用到儀器中，儀器前麵板開（kāi）始朝鍵盤化方向發展，測量係統常（cháng）通過IEEE—488總線連接。不同於傳統獨立儀器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（shù）的進步更深刻地影響儀器儀表的設（shè）計；DSP芯片的（de）問世，使儀器儀表數字信號處（chù）理功能大大加強；微型機的發展（zhǎn），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；VXI總線得到廣泛的應用。 

　　近年來，智能化測量控製儀表的發展尤為（wéi）迅速。國內市場上已經出現了多種多樣智能化測量控製（zhì）儀表，例如，能夠自（zì）動進行差壓補償（cháng）的（de）智能節（jiē）流式流量計，能夠（gòu）進行程序控（kòng）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節器，以及（jí）能夠對各（gè）種譜圖進行分析和數據處理的智能色譜儀等。 

　　國際上智能（néng）測量儀（yí）表更是品種繁多，例如，美國HONEYWELL公（gōng）司生產的DSTJ-3000係列智能變送器，能進行差壓值（zhí）狀態的複合（hé）測（cè）量，可對變（biàn）送器本體的（de）溫度、靜壓等實現自動補償，其精度可達（dá）到±0.1％FS；美國RACA-DANA公司的9303型超高電平表，利用微處理（lǐ）器消（xiāo）除電流（liú）流經（jīng）電阻所（suǒ）產生的熱噪聲，測量電平可低達-77dB；美國（guó）FLUKE公司生產的超級多功能校準器5520A，內（nèi）部（bù）采用了3個微處（chù）理器，其短期穩定性達到1ppm，線性度可達到（dào）0.5ppm；美國FOXBORO公（gōng）司生產的數字化自整定調節器，采用了專家係統技術，能（néng）夠像有經驗的控製工程師那（nà）樣，根據現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（huà）頻繁或非線性的控製係統（tǒng）。由於（yú）這種調節器能夠自動整定調節參（cān）數（shù），可使整個係統在生（shēng）產（chǎn）過程中始終保持（chí）最佳品質。 

4、智能儀（yí）器發展趨勢 

 4.1微（wēi）型化（huà） 

　　微型智能儀器（qì）指（zhǐ）微電子技術、微機（jī）械（xiè）技術、信息（xī）技術等綜合應用於儀器的生產中，從而使儀器成為體積小、功能齊全的智（zhì）能儀器。它能夠完（wán）成信（xìn）號的采集、線性化（huà）處理、數字信號處理，控製（zhì）信號的輸出、放大、與其他儀器的接口（kǒu）、與人的交互（hù）等功能。微型智能儀器隨著（zhe）微電子（zǐ）機械技術的不斷發展，其技術不斷（duàn）成熟，價格（gé）不斷降低，因此其應用領域也將不斷擴（kuò）大。它不但具有傳統儀器的（de）功能，而且（qiě）能在自動化技術、航（háng）天、軍事、生物技術、醫療領域起到獨特的作用。例如，目前要同時（shí）測量一個病人的幾個不同的參量，並進行某些參（cān）量的（de）控製，通（tōng）常（cháng）病（bìng）人的體內要插進幾個管子，這增加（jiā）了病人感染的機會，微型智能（néng）儀器能同時測量（liàng）多參數，而且體積小，可植入人體，使得這些問題得到解決。 

 4.2多功能化 

　　多功能本（běn）身就是智能儀器儀表的（de）一個特點。例（lì）如，為了設計速度較快和結構較複雜的數字係統，儀器生產廠家製造了具有脈衝發生器（qì）、頻率（lǜ）合成器和任意波形發生（shēng）器（qì）等（děng）功（gōng）能（néng）的函數發生器。這種多功能的綜合型產品不（bú）但在性能（néng）上(如準確（què）度)比專用脈衝發生器和頻率合成器高，而且在（zài）各種測試功能上提供了（le）較好的解決方案。 

 4.3人工智能化 

　　 人工智（zhì）能是（shì）計算機應（yīng）用的一個嶄新領域，利用計算機模擬人的智能，用於機器（qì）人、醫療診斷、專家係統、推理證明等各方麵（miàn）。智能儀器的進一步發展將含（hán）有一定的人工智能，即代替人的一部分腦力勞動，從（cóng）而在視覺(圖形（xíng）及色彩（cǎi）辨讀)、聽（tīng）覺(語音識別及語言領悟)、思維(推理、判斷、學習與聯（lián）想)等方麵（miàn）具有一定的能（néng）力。這樣，智（zhì）能儀（yí）器可無需人的幹預而自（zì）主地完成檢測或控製功能。顯然，人工智能在現代儀器儀表中的（de）應用，使菠萝蜜视频在线观看不僅（jǐn）可以解（jiě）決（jué）用傳統方法很難解決的一類問題，而且可望解（jiě）決用傳（chuán）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（qì）儀表係統的Internet接入(網絡化) 

　　 伴隨著網絡技術的飛速發展，Internet技術正在逐漸向工業控製和智能儀器儀表係統設計領域滲（shèn）透，實（shí）現智能儀器儀表係統基於Internet的通訊能力以及對（duì）設（shè）計好的智能儀器儀表係統進行遠（yuǎn）程（chéng）升級、功能重置和係統維（wéi）護。 

　　 在係統編程技術(In-System Programming，簡稱ISP技術)是對（duì）軟件進行（háng）修改、組態或重組的一種最新技術。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在產品設（shè）計、製造過（guò）程（chéng）中的每個環（huán）節，甚至在產品賣（mài）給最終（zhōng）用戶以後，具有對其器件、電路板或整個電子係統的邏輯和功（gōng）能隨時進行組態或重組能（néng）力（lì）的最新技術。ISP技術消除了傳統（tǒng）技術的某些（xiē）限製和連（lián）接弊（bì）病，有利於在板（bǎn）設計、製造與編程。ISP硬件靈活且易於軟件修改，便於設計開發。由於ISP器件可以像任何其他器件一樣，在印刷電路板(PCB)上處理，因此編程ISP器件不需要專門編程（chéng）器和較複雜（zá）的流程，隻要通過（guò）PC機（jī），嵌入式（shì）係統處理器甚至INTERNET遠程網進行編程。 

　　 EMIT嵌入式微型因特網互聯技術是emWare公（gōng）司創（chuàng）立ETI(eXtend the Internet)擴展Internet聯盟時提出的，它是一種將單片機等（děng）嵌入式設備（bèi）接入（rù）Internet的技術（shù）。利用該技術（shù），能夠將8位和16位單片機（jī）係統接入Internet，實現基於Internet的遠程數（shù）據采集、智能控製、上（shàng）傳／下載數據文件等功能。 

　　 目前美國ConnectOne公（gōng）司、emWare公司、TASKING公司和國（guó）內的P＆S公司等均提供基於Internet的DeviceNetworking的軟件、固（gù）件(Firmware)和（hé）硬件產（chǎn）品。 

4.5虛擬儀器是智能儀器發展的新階段 

　　 測量儀器的主要功能都是由數據（jù）采集（jí）、數據分（fèn）析和數據（jù）顯示等（děng）三大部分（fèn）組成的（de）。在虛（xū）擬現實係統中，數據分析和顯示完全（quán）用PC機的軟件來完成（chéng）。因此，隻要額外提供一（yī）定的數（shù）據采集硬件，就（jiù）可（kě）以與PC機組成測量儀器。這種基於PC機的測量儀器稱為虛擬（nǐ）儀器。在虛（xū）擬儀器中（zhōng），使用同一（yī）個硬件係（xì）統，隻要應用不同的軟件（jiàn）編程，就可得到功能（néng）完全不（bú）同的測量儀器。可見，軟件係（xì）統是虛擬儀器的（de）核心，“軟件就是儀器（qì）”。 

　　 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的計（jì）算機技術中吸（xī）收儀器技術。作為虛擬儀器核心的軟件係統（tǒng）具有通用性、通俗性、可視（shì）性、可擴（kuò）展性和升級性，能為用戶帶來極大的利益，因此，具有（yǒu）傳統的智能儀器所無法比擬的應（yīng）用前景和市場。 

5、結束語 

　　智能儀器是計算機科學、電子（zǐ）學、數字信號處理、人工智能（néng）、VLSI等新興技術與（yǔ）傳統的儀器儀表技術的結合。隨著專用集（jí）成電路、個人儀器等相（xiàng）關技術（shù）的發展，智能儀器將會得到更加廣泛的應用。作為智能儀（yí）器核心部（bù）件的單片計算機（jī）技術是推動智能儀器向（xiàng）小型化、多功能化（huà）、更加靈活的方向發（fā）展（zhǎn）的動力。可以預料，各（gè）種功能（néng）的智能儀器在不遠的將來會廣泛地使用在社會的（de）各個領域。