關(guān)于智能儀表相關(guān)問(wèn)題的探討

【摘要】近幾年，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)了智能儀表發(fā)展的進(jìn)程。智能儀表是儀器儀表與計(jì)算機(jī)技術(shù)良好結(jié)合的產(chǎn)物。智能儀表是基于數(shù)字化儀表的基礎(chǔ)上，同時(shí)應(yīng)用新的處理技術(shù)和新的硬件平臺(tái)發(fā)展起來(lái)的，其具有更高的可靠性和精密度，具有數(shù)字存儲(chǔ)、運(yùn)輸和邏輯判斷能力，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校正、自動(dòng)補(bǔ)償和自動(dòng)尋找故障等功能，具有較高的智慧，所以稱之為“智能”儀表。

【關(guān)鍵詞】智能儀表；原理；設(shè)計(jì)

1.儀表發(fā)展概述

我國(guó)儀器儀表的發(fā)展經(jīng)歷了模擬式、數(shù)字式和智能化三個(gè)階段。

第一階段即是模擬式儀器時(shí)代，這些儀器儀表無(wú)論是功能還是結(jié)構(gòu)上都較為簡(jiǎn)單，測(cè)量的精度較低，而且響應(yīng)的時(shí)間較長(zhǎng)，大量的指針式儀表都屬于模擬式儀器。

第二階段即是數(shù)字式儀器時(shí)代，數(shù)字式儀器是利用模擬信號(hào)來(lái)將其置換為數(shù)字信號(hào)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，然后以數(shù)字形式進(jìn)行顯示和向外傳送。這類儀器測(cè)量的精度明顯增強(qiáng)，而且響應(yīng)速度也較快，便于讀數(shù)，可以與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行良好的結(jié)合，測(cè)量結(jié)果可以直接打印出來(lái)。由于數(shù)字信號(hào)受到空間的限制較小，所以可以利用數(shù)字儀器來(lái)進(jìn)行遙測(cè)和搖控。

第三階段即是智能儀器時(shí)代，這一階段的智能儀器具有良好的智能性，其在數(shù)字的基礎(chǔ)上與計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了良好的結(jié)合，具有數(shù)字存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷能力，可以自動(dòng)進(jìn)行校正、補(bǔ)償和尋找故障功能。

利用儀表進(jìn)行測(cè)量已成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的重要物質(zhì)手段，不僅成為生產(chǎn)自動(dòng)化和軍事裝備的藞了，同時(shí)也是推技術(shù)發(fā)展的有力體現(xiàn)，儀表測(cè)量已在我們的日常生活中得到具體的應(yīng)用。而且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能化儀表得到廣泛的應(yīng)用，由于其是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)物，所以其不僅性能和功能上有很大程度上的增強(qiáng)，而且也將取代傳統(tǒng)的儀表裝置，成為當(dāng)前社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中廣泛應(yīng)用的電子產(chǎn)品。

2.智能儀表的特點(diǎn)

智能儀表由于可以勝任人的智力所能完成的工作，所以其具有強(qiáng)大的功能性，同時(shí)也具自身的特點(diǎn)，大致體現(xiàn)如下：

2.1 儀表功能強(qiáng)大

智能儀表由軟件和硬件共同組成，所以其在運(yùn)算上具有較強(qiáng)的能力和靈活

性，而在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和測(cè)量過(guò)程中都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，相比于傳統(tǒng)儀表其功能性具有顯著的增強(qiáng)。

2.2 儀表性能優(yōu)越

由于智能儀表中軟件可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和運(yùn)算功能，而且可以進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償、校正、求多次測(cè)量平均等技術(shù)，這對(duì)于測(cè)量精度的提升起到了極大的作用。

2.3 儀表操作自動(dòng)化

由于儀表智能化程度較高，所以在儀表操作時(shí)基本已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且自動(dòng)化程度也較高。

2.4 數(shù)據(jù)傳送與通信方便

智能儀表通常都具有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，能夠很方便地接入自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，接受遙控命令、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試。

3.智能儀表的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)過(guò)程和要點(diǎn)研制與開(kāi)發(fā)

設(shè)計(jì)一臺(tái)智能儀表的過(guò)程較為復(fù)雜，不僅需要對(duì)儀表的功能要求進(jìn)行詳細(xì)的分析，同時(shí)還要對(duì)總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行擬制，確定硬件和軟件的算法，研制邏輯電路和編制程序，以及儀表的調(diào)試和性能功能測(cè)試等。從而確保儀表的質(zhì)量和研制效率。

模塊化設(shè)計(jì)依據(jù)儀表的功能、精度要求和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，自上而下（或由大到?。┌磧x表功能層次把硬件和軟件分成若干個(gè)模塊，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)試，然后把它們連接起來(lái)，進(jìn)行總調(diào)，這就是設(shè)計(jì)儀表的最基本的思想。通常把硬件分為主機(jī)、過(guò)程通道、人機(jī)聯(lián)系部件、通信接口、傳感器及工作電源等幾個(gè)模塊；而把軟件分成監(jiān)控程序（包括初始化、鍵盤與顯示管理、中斷管理、時(shí)鐘管理、自診斷等）、中斷處理程序及各種測(cè)量和控制算法等功能模塊。這些硬件和軟件模塊還可以根據(jù)所設(shè)計(jì)的儀表的特殊性與特殊功能繼續(xù)細(xì)分，由下一層次的更為具體的模塊來(lái)支持和實(shí)現(xiàn)。

模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：利用模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以充分的利用模塊獨(dú)立的特點(diǎn)，這樣就會(huì)使復(fù)雜的研制工作變得簡(jiǎn)單，對(duì)每一塊模塊都可以進(jìn)行獨(dú)立的研制和修改，不僅可以使研制工作進(jìn)行分解，而且可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員之間的分工合作，有效的提高設(shè)計(jì)人員的工作效率，加快研制進(jìn)度。

模塊的連接上述各種軟、硬件研制和調(diào)試之后還需要將它們按一定的方式連接起來(lái)，才能構(gòu)成完整的儀表，以實(shí)現(xiàn)既定的各種功能。軟件模塊的連接一般是通過(guò)監(jiān)控主程序調(diào)用各種功能模塊，或采用中斷的方法實(shí)時(shí)地執(zhí)行相應(yīng)服務(wù)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。硬件模塊連接方式有兩種：一種是以主機(jī)模塊為核心，通過(guò)設(shè)計(jì)者自行定義的內(nèi)部總線（數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線）連接其它模塊；另一種是以標(biāo)準(zhǔn)總線連接其它模塊（例如STD總線等）。第一種方法由設(shè)計(jì)人員自行研制模板，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，硬件成本低；第二種方法，設(shè)計(jì)人員可選用商品化模塊，配接靈活、方便，研制周期短，但硬件成本高。

3.2 設(shè)計(jì)技術(shù)

智能儀表設(shè)計(jì)技術(shù)是與測(cè)控技術(shù)、電子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)以及生產(chǎn)工藝水平密切相關(guān)的，除了儀表的體系結(jié)構(gòu)、電路設(shè)計(jì)、電路調(diào)試、軟件編程、實(shí)現(xiàn)功能的方法和算法以外，還包括電子元器件、機(jī)械結(jié)構(gòu)、編程調(diào)試手段、焊接制作工藝等?？梢哉f(shuō)，作為一個(gè)小型的微機(jī)化控制部件，智能儀表設(shè)計(jì)涵蓋了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的所有方面，而由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，它對(duì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的要求更高。

就工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域而言，目前國(guó)外大公司生產(chǎn)的智能儀表幾乎都采用了專用儀表集成電路，即針對(duì)某一類儀表設(shè)計(jì)的要求設(shè)計(jì)集成電路芯片，芯片中包括了MCU、AD/DA、顯示鍵盤電路接口、測(cè)量電路和控制電路等，在保證儀表功能和精度的前提下，最大限度地將儀表電路濃縮到專用芯片中，簡(jiǎn)化儀表電路。這些儀表無(wú)例外地采用了表面貼裝工藝、自動(dòng)化流水線焊接，電路調(diào)試和測(cè)試也是在計(jì)算機(jī)輔助下完成的。目前在進(jìn)行儀表功能設(shè)計(jì)時(shí)，許多大的公司在長(zhǎng)期的技術(shù)積累過(guò)程中已具有自己獨(dú)特的專有技術(shù)體系，由于一臺(tái)儀表的功能較為多樣化，所以需要適應(yīng)其各種不同的應(yīng)用需求來(lái)進(jìn)行設(shè)置，從而使智能儀表的靈活性得到更好的發(fā)揮。

隨著我國(guó)自動(dòng)化儀表生產(chǎn)水平的發(fā)展和不斷完善，我國(guó)很多生產(chǎn)通用型智能儀表的技術(shù)水平和生產(chǎn)工藝已與國(guó)際水平相當(dāng)，但還有一些核心技術(shù)并沒(méi)有被完全的掌握，所以還需要一些單位加強(qiáng)自主研發(fā)的能力。

4.結(jié)束語(yǔ)

智能儀表結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性，其在數(shù)字化技術(shù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用了新的處理技術(shù)和硬件平吧，有效的提高智能儀表的性能和功能，使其測(cè)量的精度更為準(zhǔn)確，測(cè)量的可靠性得以提升，同時(shí)得到提高的還有智能儀表的可維護(hù)性和可測(cè)試性。由于智能儀表是多種高科學(xué)技術(shù)的結(jié)合體，所以需要設(shè)計(jì)人員在對(duì)電子技術(shù)、微機(jī)適知識(shí)、傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)控制理論和方法進(jìn)行充分的掌握，而且還需要具有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，再參照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的基礎(chǔ)上通過(guò)多個(gè)步驟來(lái)完成智能儀表的設(shè)計(jì)工作，從而使智能儀表更好的為測(cè)量服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王永勝.智能儀表技術(shù)及工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用發(fā)展探討[J].自動(dòng)化博覽，2009（6）.

[2]朱文龍.我國(guó)智能儀器儀表的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].黑龍江科技信息，2011（2）.