智能儀器基本組成原（yuán）理（lǐ）及其發展趨勢分析

智能（néng）儀器（qì）的出現，極大地（dì）擴（kuò）充了（le）傳統（tǒng）儀器的應用範（fàn）圍。智能儀器憑借其體積小、功能強、功耗低等優勢，迅速地在家用電（diàn）器、科研單位和工業企業中得到了廣泛的應用。 
1、智能儀器的（de）工作原理 

    傳感器拾取（qǔ）被測參量的信息並轉換成電信號，經濾波（bō）去除幹（gàn）擾後送入多路模擬開關（guān）；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（chéng）控增益放大器，放大後的信號經A／D轉（zhuǎn）換器轉換成相應的脈衝信號後送入（rù）單片機中；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(如非線性校正等)；運算的結果被轉換（huàn）為相應的數據進行顯示和打印；同時單片機把運算結果與存儲於片內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（bǐ）較後，根據運算（suàn）結果（guǒ）和（hé）控製要求，輸出相應的控製（zhì）信號(如報警裝置觸發、繼電器觸點等)。此外，智能儀器還可以與PC機（jī）組成分布（bù）式測控係統，由（yóu）單片機作為下位機采集各種（zhǒng）測量信號與數據（jù），通過串行通信（xìn）將信息傳輸給上（shàng）位機（jī）——PC機，由PC機進行全局管理。 

2、智能儀器的功能特點 

　　隨著微電子技術的不斷發展，集成了CPU、存儲器、定時器/計數器、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（qì）等（děng）電路在一塊芯片上的超大規模集成電路（lù）芯片(即單片機（jī）)出現了。以（yǐ）單片機為主體，將計算機技術與（yǔ）測量控製技術結合在一起，又組（zǔ）成了（le）所謂的“智能化測量控製係統”，也就是智能儀器。 

　與傳統（tǒng）儀器（qì）儀表相比，智能儀器具有以下功能特點： 

　 ①操（cāo）作（zuò）自動（dòng）化。儀器的整（zhěng）個測量過（guò）程如（rú）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（jí）顯示打印等都用單片機或微控製器（qì）來控製操作，實現測量過程（chéng）的全部自動化。 

　　②具有自測功（gōng）能，包括自動調零、自動故障與狀態（tài）檢驗、自動校（xiào）準、自診斷及（jí）量程自動轉換等。智能儀表（biǎo）能自動檢（jiǎn）測出故障的部位甚至故障的（de）原因。這（zhè）種自測試可以在儀器啟動時運行，同時（shí）也可在儀器工作中（zhōng）運行，極大（dà）地方便（biàn）了（le）儀器的維護。 

　　③具有數據處理功能（néng），這是智能儀器（qì）的主要優點之一。智能儀器由於采用了單片機或微控製器，使得許（xǔ）多（duō）原來用硬件邏（luó）輯難以解決（jué）或根本無（wú）法解決的問（wèn）題，現在可以用軟件非常靈活地加以解決。例（lì）如，傳統的（de）數字萬用表隻能測量電阻、交（jiāo）直流電壓、電流等，而智能型的數字萬用表不僅能進（jìn）行上述測（cè）量，而且還具有（yǒu）對測量結果進行諸如（rú）零點平移、取平均值、求極值（zhí）、統（tǒng）計分（fèn）析等複雜的數據處理功能，不僅使（shǐ）用（yòng）戶從繁重（chóng）的數據處理中解放出來，也有效地提高了儀器的測量（liàng）精度。 

　　④具（jù）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，操作人員隻需通過鍵盤輸入命令，就能實現某種測量功能（néng）。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（de）處理結果及時告訴操作人員，使儀器的操作更（gèng）加方便直觀。 

　　⑤具有可程控操作能力。一（yī）般智能（néng）儀器都配（pèi）有GPIB、RS232C、RS485等標準的通信接口，可（kě）以很方便地與PC機和（hé）其他儀器（qì）一起組成用（yòng）戶所需要的多（duō）種功能的自動測量係統，來完成更複雜的測試任務。 

3、智能儀器的發（fā）展概況 

　　80年代，微處理器被用到儀器中，儀器前麵板開始朝鍵盤化方向發展，測量係統常（cháng）通過IEEE—488總線連接。不（bú）同於（yú）傳統獨立儀器模式的個人儀器得到了發展（zhǎn）等。 

　　90年代，儀器儀（yí）表的智能化突出表現（xiàn）在以下幾個方麵：微電子技術的進步（bù）更深（shēn）刻地影響儀（yí）器儀（yí）表的設計；DSP芯片的問世，使儀器儀（yí）表數字信號處理功能大大加強；微型機的發展，使（shǐ）儀器儀表具有更強的數據處理能力；圖像處理功能的增（zēng）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迅速。國內市場（chǎng）上已經出（chū）現了多種多樣智能化測量控製儀表，例如，能夠自動進行差壓補償的智能節流式流量計，能夠進行程序控溫的智（zhì）能多段溫度（dù）控製儀（yí），能夠實現（xiàn）數字PID和各種（zhǒng）複雜控製規律的智能（néng）式調節器，以及能夠對各種譜圖進行（háng）分析和數據處理（lǐ）的智能色譜儀等。 

　　國際（jì）上智能測量儀表（biǎo）更是品種繁多，例如，美國（guó）HONEYWELL公司生（shēng）產的DSTJ-3000係列智能變送器，能進行差壓值狀態的複合測量，可對變送器本體的（de）溫（wēn）度、靜壓等（děng）實現自動補償，其精（jīng）度可達到±0.1％FS；美國RACA-DANA公司的9303型超高電平表，利用微處理（lǐ）器消除電流流經電阻所產生的（de）熱噪聲，測量電平可低（dī）達-77dB；美國（guó）FLUKE公司生產的超級多（duō）功能（néng）校準器5520A，內部（bù）采用了3個微（wēi）處理器，其短期穩（wěn）定性達到1ppm，線性度可達到0.5ppm；美國FOXBORO公司生產的數字化自整定調節器，采用（yòng）了專家係統技術，能夠（gòu）像有經驗的控製工程師那（nà）樣，根據現（xiàn）場參（cān）數（shù）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的控製係統。由於（yú）這種調（diào）節器能夠自動整定調節參數，可使整個係統在生（shēng）產過程中始終保持最佳品質。 

4、智能儀器發展（zhǎn）趨勢 

 4.1微（wēi）型化 

　　微型智（zhì）能儀（yí）器指微電子技術、微機械技術、信息技術等綜合應（yīng）用於儀器的生產中，從而使儀器成（chéng）為體積小、功能齊全（quán）的智能儀器。它能夠完成信號的采集、線（xiàn）性化處理（lǐ）、數字（zì）信號處理，控製信號的輸出（chū）、放大、與其他儀器的接口、與人的交互等功能。微型智能儀器隨著微電子機械技術的不斷發展，其技術不斷（duàn）成熟，價格不斷降低，因此其（qí）應（yīng）用（yòng）領域也（yě）將不斷擴大。它（tā）不但具有傳統儀器的功能，而（ér）且能在自動化（huà）技術（shù）、航（háng）天、軍事、生物技術、醫療領域起到（dào）獨特的作用（yòng）。例如，目前要同時測量一個病人的幾個不同的參量，並進行某些參量（liàng）的控製，通常病（bìng）人（rén）的體內要插進幾個管子（zǐ），這增加了病人感染的機會，微型智能儀器（qì）能（néng）同時測（cè）量多參數，而且體（tǐ）積小（xiǎo），可植入人體，使得（dé）這（zhè）些（xiē）問題得到解（jiě）決。 

 4.2多功能化 

　　多功（gōng）能本身就是智能儀（yí）器儀表的一個特點。例如，為了設計速度較快和結構較複雜的數字係統（tǒng），儀（yí）器（qì）生產廠家製造了具有脈衝發生器、頻率合成器和任意波形發生（shēng）器等功能的函數發生器。這種多功能的綜合（hé）型產品不但在性能上(如準確度)比專用脈（mò）衝發生器和頻率合成器高，而且（qiě）在各種測試功能上提供（gòng）了（le）較好（hǎo）的解決方案。 

 4.3人工智能化 

　　 人工智能是計算機應用的一個嶄新領域，利用計算機模擬人的智能，用於機器人、醫療診斷（duàn）、專家係統、推（tuī）理證明等各方（fāng）麵。智能儀器的進一步發展將含有一定的人工智能，即代替（tì）人的一部分腦力（lì）勞動，從而在視覺(圖形及色彩辨讀)、聽（tīng）覺（jiào）(語音識別及語言領悟)、思維(推理、判斷、學習與聯想)等方麵具（jù）有一定的能力。這樣，智（zhì）能儀器可（kě）無需人的幹（gàn）預而自主地完成檢測或控製功能。顯然，人工智能在現代儀器（qì）儀表（biǎo）中的應用，使菠萝蜜视频在线观看不（bú）僅（jǐn）可以解決用傳（chuán）統方法很難解決的一類問題，而且可望解決用傳統方法根本不能解（jiě）決的（de）問題。 

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

　　 伴隨著網絡技術的（de）飛速發展，Internet技術正（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（xì）統基於Internet的通訊能力以（yǐ）及對設計好的智能儀（yí）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技術)是對軟件（jiàn）進行修改、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計、製造過程中的（de）每個環節，甚至在產品賣給最終用戶以後，具有對其器件、電路板或整個電子係統（tǒng）的邏輯和功能隨時進行組態或重組能力（lì）的最新（xīn）技術。ISP技術消除了傳（chuán）統技術的（de）某些限（xiàn）製和連接（jiē）弊病，有利於在板設計、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（yú）ISP器件（jiàn）可以像（xiàng）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（jiàn）不需要專門（mén）編程器和較複雜的流程，隻要通過PC機，嵌入式係統處理器甚至INTERNET遠程網進（jìn）行編（biān）程。 

　　 EMIT嵌入式微型因特網互聯技術（shù）是emWare公司創立ETI(eXtend the Internet)擴展Internet聯盟時提出的，它是一種將單片機等嵌入式設備（bèi）接入Internet的技術。利用（yòng）該技術，能夠將8位和16位單片機係統（tǒng）接入Internet，實現基（jī）於Internet的遠程（chéng）數據采集、智能控製、上（shàng）傳／下載數據文件等功能。 

　　 目前（qián）美（měi）國ConnectOne公司、emWare公司、TASKING公司（sī）和國內的P＆S公司等均提供基於Internet的DeviceNetworking的軟件（jiàn）、固件(Firmware)和硬件產品。 

4.5虛擬儀器是（shì）智能儀器發展（zhǎn）的新階段 

　　 測量儀器的主要功能都是由數據采集（jí）、數據分析和數據顯示等三大部分（fèn）組成的。在（zài）虛擬（nǐ）現實係統中，數據分析和顯示完（wán）全用PC機的軟件（jiàn）來完（wán）成。因此（cǐ），隻要（yào）額（é）外提供一定的數據采集硬件，就可以與PC機組成測量儀器。這種基於（yú）PC機的測量儀器稱為虛擬（nǐ）儀器。在虛擬儀（yí）器中，使用同一個硬（yìng）件係統，隻要應用不同的軟件編程，就可得到功能完全不同（tóng）的測量儀器。可見（jiàn），軟件（jiàn）係統是虛擬儀（yí）器的核心，“軟（ruǎn）件就是儀器”。 

　　 傳統的（de）智能儀器主要（yào）在儀（yí）器技術中用了某種計算機技術，而虛擬儀器則強調（diào）在（zài）通用的（de）計算機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性、通俗（sú）性、可視性、可擴展性和升級性，能為用戶帶來極（jí）大的（de）利益，因此，具有傳統的智能儀器所無法比擬的應用（yòng）前景和市場。 

5、結束（shù）語 

　　智能儀器是計算機科學、電子學、數字信號處理、人工智能、VLSI等新興技（jì）術與傳統的儀器儀表技術的結合。隨著專用集成（chéng）電路、個人儀器等相關技術的發展，智能儀器（qì）將會得到更加（jiā）廣泛的應（yīng）用。作為智能儀器核心部件的單片計算機技術是推動智能儀器向小型化、多功能化、更加靈活的方向發展的動力。可以（yǐ）預料，各種功能的智能儀器在不遠（yuǎn）的將來會廣泛地使用在社會的各個領域。