單片機(jī)在智能儀器儀表中的應(yīng)用與研究

康之訥

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，如今各行各業(yè)的運(yùn)作模式與過去相比也都有了非常大的變化，其中的智能儀器領(lǐng)域也不例外。單片機(jī)屬于是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)先進(jìn)且功能多元化的“微型計(jì)算機(jī)”，其當(dāng)前也被廣泛的應(yīng)用到各行各業(yè)中，整體的應(yīng)用效果也非常理想。本文主要針對(duì)單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用來展開分析，然后結(jié)合各方面因素來提出相應(yīng)的解決對(duì)策，希望能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)的應(yīng)用提供一定幫助。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);儀表;應(yīng)用;智能

1 前言

一直以來，我國(guó)所使用的單片機(jī)都具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、體積小、處理功能強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然在產(chǎn)品自動(dòng)化、智能化儀器儀表中的應(yīng)用也變得越來越廣泛。可以看到，如今使用單片機(jī)來改造原有的測(cè)量、控制儀器儀表等工作已經(jīng)變得越來越常見，這不僅能解決傳統(tǒng)儀器在應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)的各種問題，而且還能保證儀器儀表的智能化、數(shù)字化和綜合化，解決儀器儀表中出現(xiàn)的各種誤差問題。從另一個(gè)方面來看，由單片機(jī)構(gòu)成的智能儀表集測(cè)量、控制、功能為一體，這也可以直接實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)x器的創(chuàng)新，且智能儀表也會(huì)比傳統(tǒng)儀器更完善、更先進(jìn)一些，即通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)儀表都是以動(dòng)圈式儀表或電子電位差來作為主要的輸出單元，且整體的方式也非常單一不容易改變。

2 單片機(jī)在智能儀器表中的應(yīng)用分析

2.1 智能儀器儀表的功能

可以看到，智能化儀表的重點(diǎn)就在于其自身的智能，其自身也具有輸出方式的多樣化，應(yīng)用過程非常靈活等特點(diǎn)，甚至儀表外也能直接連接各種各樣的設(shè)備，記錄儀器等，即可以實(shí)現(xiàn)多元化的傳輸方式。從另一個(gè)方面來看，智能化儀表不但具備測(cè)量功能，而且還能很好的對(duì)各種信息進(jìn)行智能化處理，并實(shí)現(xiàn)處理、控制、測(cè)量的高效運(yùn)作[1]。通過與傳統(tǒng)的儀表進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，智能化儀表不僅能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的復(fù)雜處理，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的自動(dòng)診斷和檢測(cè)，從而降低測(cè)量數(shù)據(jù)之間的誤差，提高參數(shù)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

2.2 常見的智能儀器儀表

第一，智能毫伏表。智能毫伏表與傳統(tǒng)毫伏表之間只有很大區(qū)別的，在于在毫伏表中添加了單片機(jī)，這就能進(jìn)行更高頻路的電壓測(cè)試，甚至還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)歸零、故障診斷，自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)進(jìn)行單位換算等，且整個(gè)設(shè)備的體積也非常小，應(yīng)用起來也非常簡(jiǎn)單。第二，智能萬用表。這類型設(shè)備的測(cè)量準(zhǔn)度是非常高的，且也能降低各種不必要的誤差，且自身的抗干擾能力也非常明顯。第三，邏輯分析器，這主要是用來分析和處理各種不可預(yù)測(cè)的故障，但因?yàn)檫@些故障都出自于各種復(fù)雜的電路中，所以單片機(jī)的應(yīng)用就能及時(shí)將各種信號(hào)記錄下來，并實(shí)現(xiàn)智能儲(chǔ)存，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)便能在最短的時(shí)間內(nèi)找到故障并解決問題。

2.3 智能儀器儀表的功能特點(diǎn)

第一，強(qiáng)大的控制功能。由于單片機(jī)集合了各式各樣的先進(jìn)技術(shù)，因此其自身也具備有較強(qiáng)大的控制功能，但從智能儀表儀器的角度來看，將單片機(jī)融入到其中，這樣不僅能解決傳統(tǒng)儀器設(shè)備存在的不足，而且還能實(shí)現(xiàn)智能化控制。由于單片機(jī)中的參數(shù)較多，因此單片機(jī)的應(yīng)用也能很好的對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，在這樣的環(huán)境下，單片機(jī)的責(zé)任是非常大的，其需要采用二進(jìn)制的方式來進(jìn)行控制，這樣才能保證后續(xù)工作的順利開展。如今市場(chǎng)上的單片機(jī)型號(hào)是非常多的，且不同的單片機(jī)所具備的價(jià)值也完全不同，因此也深受各廠家的喜愛。第二，強(qiáng)大的I/O功能。新型單片機(jī)的I/O功能是非常強(qiáng)大的，且只要直接應(yīng)用到普通的儀器儀表中，這樣便能具備普通設(shè)備無法達(dá)到的優(yōu)勢(shì)，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的下降。單由于智能化儀表的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，即存在較多部件同時(shí)運(yùn)行的狀態(tài)，因此為了保證這些部件的穩(wěn)定運(yùn)行，相關(guān)人員在必須要提高儀器儀表的性能。第三，實(shí)現(xiàn)高速準(zhǔn)確的計(jì)算。將單片機(jī)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)技術(shù)中，這就可以直接看成是一種微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并讓單片機(jī)具備強(qiáng)大的計(jì)算能力，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算速度的提升[2]。單片機(jī)與智能儀表的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過程的優(yōu)化，保證整個(gè)計(jì)算過程和速度的提升。

3 智能儀器儀表的功能

3.1 智能毫伏表

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)測(cè)量正弦交流電壓的晶體管耗伏表可以細(xì)分為以下幾種類型：一是放大一檢波式;二是波一放大式，但利用單片機(jī)來組成的毫伏表，其自身的價(jià)值與優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。在實(shí)際工作中，改儀器可以對(duì)副值為0.1mV-300V的電壓進(jìn)行測(cè)試，整個(gè)過程設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)以下操作，如自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)換算、過載報(bào)警等優(yōu)勢(shì)。從另一個(gè)方面來看，該儀器最主要的核心是8098單片機(jī)，應(yīng)該該設(shè)備的所具備的功能是非常強(qiáng)大的，因此也非常適合應(yīng)用到智能儀表儀器中。

3.2 智能萬用表

智能萬用表的測(cè)量精度是非常高的，并且也能利用單片機(jī)來消除各種因系統(tǒng)造成的任何誤差，即解決各種各樣因不相關(guān)因素所引起的隨機(jī)誤差，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)精準(zhǔn)度的提升。從另一個(gè)方面來看，ICL7135是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，而芯片則需要采用雙斜率積分來展開，當(dāng)然自身的抗干擾能力也是非常強(qiáng)的，因此也能很好的階級(jí)工作時(shí)出現(xiàn)的各種問題。

3.3 邏輯分析器

可以看到，如今各式各樣的電子設(shè)備中數(shù)字電路發(fā)展趨勢(shì)都已經(jīng)變得越來越復(fù)雜，且常常會(huì)出現(xiàn)不同類型的 不可預(yù)測(cè)性和隨機(jī)性軟故障，而相關(guān)人員要想保證工作的順利開展，其就必須要采用邏輯分析器來展開深入分析。在實(shí)際工作過程中，相關(guān)人員可以采用PIC58BS單片機(jī)來設(shè)計(jì)制作邏輯分析器，需要注意的試，該設(shè)備的七個(gè)輸入端需要分別接在各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和待修設(shè)備上，在這樣的狀態(tài)下，單片機(jī)才能將各點(diǎn)信號(hào)都實(shí)時(shí)記錄下來并進(jìn)行保存[3]。一旦出現(xiàn)故障，那么其就會(huì)一直跟蹤待修設(shè)備的實(shí)時(shí)狀況，這樣才能更好的時(shí)間故障排除，保證后續(xù)工作的順利開展。

3.4 溫度測(cè)控儀

相關(guān)人員可以將單片機(jī)、集成溫度傳感和控制器來設(shè)計(jì)制造一個(gè)智能溫控儀，該設(shè)備找那個(gè)的DSI620芯片是美國(guó)某工資最新的數(shù)字溫度傳感器和恒溫控制器，而一般的測(cè)溫范圍則需要保持在55-125之間。從另一個(gè)方面來看，單片機(jī)的制作過程和功能設(shè)計(jì)并不是很復(fù)雜，而系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)也是整個(gè)系統(tǒng)開始的起點(diǎn)，但系統(tǒng)是否能在應(yīng)用時(shí)完美的展現(xiàn)出這些功能，這其實(shí)才是整個(gè)設(shè)計(jì)中最困難的環(huán)節(jié)。由于實(shí)際工作環(huán)境會(huì)受到各種電磁的干擾，所以整個(gè)控制系統(tǒng)也非常容易受到干擾信號(hào)影響而發(fā)生誤動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，并造成一定程度的設(shè)備損失。所以在工作時(shí)，整個(gè)工作環(huán)境中的運(yùn)行微機(jī)系統(tǒng)必須要具備較強(qiáng)的抗干擾能力，具備一定程度的電磁兼容性質(zhì)，具體表現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：第一，電子系統(tǒng)與設(shè)備之間的電磁環(huán)境要保持互相幫助的關(guān)系。第二，電子系統(tǒng)在電磁環(huán)境中需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)來展開。第三，要做到防止被干擾和防止干擾別的系統(tǒng)。

4 單片機(jī)在智能儀器儀表中的應(yīng)用建議

4.1 單片機(jī)在智能儀器儀表中承擔(dān)著微處理器的角色

從數(shù)據(jù)獲取的角度來看，將單片機(jī)應(yīng)用到儀器儀表中，這樣不僅能更好的發(fā)揮出微處理器和存儲(chǔ)器的作用，而且還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取渠道的多樣化，甚至還能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的處理與計(jì)算，這也直接為測(cè)量者提供了較大的便利。從另一個(gè)方面來看，單片機(jī)身為微處理器的另一種表現(xiàn)形式，其在智能儀器儀表中的應(yīng)用效果也是非常明顯的，且可以融入到各部件的各功能中，在這樣的結(jié)構(gòu)下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不僅看起來不復(fù)雜，而且要能形成完整的單片計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，并保證后續(xù)工作的順利開展。單片機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展也為電路領(lǐng)域帶來了較大的機(jī)遇，即整體的價(jià)格也逐漸被大眾接受，同時(shí)也被廣泛的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，該設(shè)備的功能也變得越來越強(qiáng)大，而儀器儀表的測(cè)量功能也得到了快速擴(kuò)展，并形成了測(cè)量和自檢工作的互不干擾。

4.2 數(shù)字濾波

數(shù)字濾波是指通過數(shù)字設(shè)備算法來對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行處理，即在實(shí)際工作過程中，其可以對(duì)某個(gè)頻段的信號(hào)進(jìn)行篩選，并以此來獲取到新的信號(hào)。智能儀器儀表之所以能被廣泛的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，其很大的原因在工業(yè)生產(chǎn)的工作環(huán)境非常惡劣，而傳統(tǒng)設(shè)備在消除信號(hào)干擾上的效果又不是很明顯。但數(shù)字濾波的應(yīng)用就能很好的解決這些問題，其在進(jìn)行信號(hào)消除和獲取新信號(hào)的過程會(huì)采用平均的方式來抑制住對(duì)信號(hào)的干擾，然后提高信號(hào)的使用價(jià)值。在這樣的工作環(huán)境下，相關(guān)人員可以通過平滑加工的形式來對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，從而減少各種噪聲干擾等問題的產(chǎn)生，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

4.3 在智能儀器儀表設(shè)計(jì)和調(diào)試中的應(yīng)用

第一，智能儀器儀表的總體設(shè)計(jì)。相關(guān)人員要想設(shè)計(jì)出有效的智能儀器儀表，首先要做的就是從各方面入手來進(jìn)行單片機(jī)的設(shè)計(jì)，要明確設(shè)計(jì)需要達(dá)到的目標(biāo)，如使用哪種類型的微處理器、如何加深對(duì)微機(jī)測(cè)試功能的了解、掌握哪種類型的故障診斷方法等。第二，自診斷功能和可維修性。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，整個(gè)診斷系統(tǒng)是可以直接顯示出故障發(fā)生的位置和原因的，這不僅能為用戶的維修工作提供了便利，整個(gè)操作過程也非常簡(jiǎn)單。第三，協(xié)調(diào)軟硬件。在實(shí)際工作過程中，相關(guān)人員要設(shè)計(jì)明確設(shè)計(jì)方法與選擇的系列，要將各個(gè)對(duì)象分解成不同的子任務(wù)，并盡可能的降低設(shè)計(jì)成本，最后再利用仿真測(cè)試來檢查整個(gè)設(shè)計(jì)的可行性。

5 結(jié)論

綜上所述，將單片機(jī)應(yīng)用到智能儀器儀表設(shè)計(jì)制作中，這樣不僅能實(shí)現(xiàn)儀表功能的優(yōu)化，而且還能保證除測(cè)量之外的各功能價(jià)值的發(fā)揮，從而實(shí)現(xiàn)工作效率的提升。將單片機(jī)融入到計(jì)算機(jī)技術(shù)中，整個(gè)系統(tǒng)就能看成是“微型計(jì)算機(jī)”，雖然單片機(jī)的體積非常小，但質(zhì)量卻是非常強(qiáng)大的，即自身也具備非常復(fù)雜的技術(shù)和強(qiáng)大的功能，如今也已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域中，整體的工作質(zhì)量也有了明顯提升。通過更深層次的深入分析發(fā)現(xiàn)，電子計(jì)算機(jī)等各種新型技術(shù)的融入要讓智能儀器儀表的應(yīng)用功能變得越來越強(qiáng)大，自身的特點(diǎn)也得到了更進(jìn)一步的優(yōu)化，且整個(gè)運(yùn)作過程也變得更加智能和自動(dòng)化，即設(shè)備在進(jìn)行自動(dòng)診斷的同時(shí)也不耽誤正常的測(cè)量工作。所以在不久的將來，單片機(jī)也將融入到我國(guó)更深層次的行業(yè)中，并不斷發(fā)揮出自身的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。

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