智能儀表工作原理_智能儀表硬件的組成

　　智能儀表工作原理

　　智能儀表是以微型計算機（單片機）為主體，將計算機技術和檢測技術有機結合，組成新一代“智能化儀表”。

　　傳感器拾取被測參量的信息并轉換成電信號，經濾波去除干擾后送入多路模擬開關；由單片機逐路選通模擬開關將各輸入通道的信號逐一送入程控增益放大器，單片機根據儀器所設定的初值進行相應的數據運算和處理；運算的結果被轉換為相應的數據進行顯示和打印。

　　智能儀表硬件的組成

　　智能儀表硬件部分包括控制器及其接口電路、模擬量輸入通道、開關量輸入通道、模擬量輸出通道、開關量輸出通道、接口電路、人機通道（如鍵盤、顯示器接口電路等）以及其他外圍設備（打印機等）接口電路。智能儀表系統組成如圖1所示。

　　圖1 智能儀表系統組成框圖

　　1、控制器及其接口電路

　　控制器及其接口電路包括控制器、程序存儲器、數據存儲器、輸入輸出接口電路及擴展電路，它可以進行必要的數值計算、邏輯判斷、數據處理等。

　　2、輸入輸出通道

　　輸入輸出通道是智能儀表控制器和被測量監控系統之間設置的信號傳遞和變換的連接通道。它包括模擬量輸入通道、開關量（數字量） 輸入通道、模擬量輸出通道、開關量（數字量）輸出通道等。輸入輸出通道的作用是將被測量監控系統的信號變換成控制器可以接收和識別的代碼；將控制器輸出的控制命令和數據轉換后作為執行機構或開關的控制信號，從而控制被測量監控系統進行期望的動作。

　　在計算機監控系統中，需要處理一些基本的開關量輸入輸出信號，例如開關的閉合與斷開、的接通與斷開、指示燈的點亮與熄滅、閥門的開啟與關閉等，這些信號都是以二進制的“0”和“1”出現的。計算機系統中對應的二進制位的變化就表征了相應器件的特性。開關量輸入輸出通道就是要實現外部的開關量信號和計算機系統的聯系，包括輸入信號處理電路及輸出功放電路。

　　模擬量輸入輸出通道由數據處理電路、a/d轉換器、d/a轉換器等構成，用來輸入輸出模擬量信號。其中，模擬量輸入通道的任務是把，如壓力變送器、溫度傳感器、液位變送器、流量計等監測到的模擬信號轉變為二進制數字信號，送給計算機處理。模擬量輸出通道的任務是把計算機輸出的數字量信號轉換成模擬電壓或者電流信號。驅動相應的執行機構動作，達到控制目的。

　　3、通信接口

　　通信接口則用來實現智能儀表與外界其他計算機或智能外設交換數據。

　　4、人機通道

　　人機通道是人和智能儀表之間建立聯系、交流信息的輸入輸出通路，包括人機接口和人機交互設備兩層含義。人機接口是智能儀表的微控制器和人機交互設備之間實現信息傳輸的控制電路。人機交互設備是智能儀表系統中最基本的設備之一，是人和智能儀表之間建立聯系、交換信息的外部設備。常見的人機交互設備可分為輸入設備和輸出設備兩類。其中，輸入設備是人向智能儀表系統輸入信息，如輸入鍵盤、開關按鈕等；輸出設備是智能儀表系統直接向人提供系統運行結果，如顯示裝置、打印機等。通過智能儀表的人機通道，可以向智能儀表輸入命令和數據，了解智能儀表運行的狀態和顯示相關的工作參數。

　　智能儀表的工作過程如下：輸入信號要經過開關量輸入通道電路或模擬量輸入通道電路進行變換、放大、整形、補償等處理。對于模擬量信號，需經a/d轉換器轉換成數字信號，再通過接口送入微控制器。由微控制器對輸入數據進行加工處理、計算分析等一系列工作，通過接口送至顯示器或打印機，也可輸出開關量信號或經模擬量通道的d/a轉換器轉換成模擬量信號，還可通過串行接口（例如rs-232等）實現數據通信，完成更復雜的測量、控制任務。

　　智能儀表的軟件組成

　　硬件只是為智能儀表系統提供底層物質基礎，要想使智能儀表正常工作運行，必須提供或研發相應的軟件。如圖2所示，智能儀表軟件可以分為系統軟件、支持軟件和應用軟件。

　　圖2 智能儀表的軟件結構

　　系統軟件包括實時操作系統、引導程序等；支持軟件包括、編譯程序、高級語言等。

　　應用軟件是系統設計人員針對某個測控系統的控制和管理程序。智能儀表的應用軟件包括監控程序、中斷服務程序以及實現各種算法的功能模塊。監控程序是儀表軟件的中心環節，它接收和分析各種命令，并管理和協調整個程序的執行；中斷服務程序是在人機接口或其他外圍設備提出中斷申請，并為微控制器響應后直接轉去執行，以便及時完成實時處理任務；功能模塊用來實現儀表的數據處理和控制功能，包括各種測量算法（例如數宇濾波、標度變換、非線性修正等） 和控制算祛（例如pid控制、前饋控制、模糊控制等）。

　　只有軟件和硬件相互配合，才能發揮系統的優勢，研制出具有更高性能的智能儀表系統。

　　智能儀表的特點

　　1、操作自動化。儀器的整個測量過程如鍵盤掃描、量程選擇、傳輸與處理以及顯示打印等都用單片機或微控制器來控制操作，實現測量過程的全部自動化。儀器一起組成用戶所需要的多種功能的自動測量系統，來完成更復雜的測試任務。

　　2、 具有數據處理功能，這是智能儀器的主要優點之一。智能儀器由于采用了單片機或微控制器，使得許多原來用硬件邏輯難以解決或根本無法解決的問題，現在可以用軟件非常靈活地加以解決。例如，傳統的數字萬用表只能測量電阻，而智能型的數字萬用表不僅能進行上述測量，而且還具有對測量結果進行諸如零點平移、統計分析等復雜的數據處理功能，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。

　　3、具有自測功能，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。智能儀表能自動檢測出故障的部位甚至故障的原因。這種自測試可以在儀器啟動時運行，同時也可在儀器工作中運行，極大地方便了儀器的維護。

　　4、具有友好的人機對話能力。智能儀器使用鍵盤代替傳統儀器中的切換開關，操作人員只需通過鍵盤輸入命令，就能實現某種測量功能。與此同時，智能儀器還通過顯示屏將儀器的運行情況、工作狀態以及對測量數據的處理結果及時告訴操作人員，使儀器的操作更加方便直觀。

責任編輯：YYX