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智能儀器儀表體係結構及特點 日期:2017.09.08

智能儀器是計算機技術與測試技術相結合的產物,儀器內部帶有處理能力很強的智能軟件。儀器儀表已不再是簡單的硬件實體,而是硬件、軟件相結合。近年來,智能儀器已開始從較為成熟的數據處理向知識處理發展,使其功能向更高層次發展。


  1智能儀器的發展
  20世紀90年代以來,儀器儀表的智能化突出表現在以下幾個方麵:
  
  (1)微型化。微電子技術、微機械技術、信息技術等的綜合應用使得儀器成為體積小、功能齊全的智能儀器,能夠完成信號的采集、處理、控製信號的輸出、放大、與其它儀器的接口等功能,在自動化技術、航天、軍事、生物技術、醫療領域有著獨特的作用。
  
  (2)多功能化。多功能本身就是智能儀器儀表的一個特點,例如具有脈衝發生器、頻率合成器和任意波形發生器等功能的函數發生器,不但性能上(如準確度)比專用脈衝發生器和頻率合成器高,而且在各種測試功能上提供了較好的解決方案。
  
  (3)智能化。現代檢測與控製係統,或多或少的趨向於智能化這個特點。智能儀器的進一步發展將含有一定的人工智能,這樣就可無需人的幹預而自主地完成檢測或控製功能。
  
  (4)儀器虛擬化。在虛擬現實係統中,數據分析和顯示用PC機的軟件來完成,隻要額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PC機的測量儀器稱為虛擬儀器VIVirtualInstrument)。在虛擬儀器中,使用同一個硬件係統,隻要應用不同的軟件編程,就可得到功能完全不同的測量儀器。“軟件就是儀器”。作為虛擬儀器核心的軟件係統具有通用性、通俗性、可視性、可擴展性和升級性,代表著當今儀器發展的新方向。
  
  (5)儀器儀表係統的網絡化。一般的智能儀器儀表都具有雙向通信功能,但這種雙向通信功能離真正意義上的網絡通信還有距離。伴隨著網絡技術的飛速發展,Internet技術使儀器儀表在實現智能化的基礎上同時實現網絡化,使現場測控參量就近登臨網絡,並具備必要的信息處理功能。
  
  2網絡化儀器的功能需求和技術支持
  2.1支持遠程測控需求
  網絡化儀器,如現場總線智能儀表,是適合在遠程測控中使用的儀器,是儀器測控技術、現代計算機技術、網絡通信技術與微電子技術深度融合的結果。網絡化設備既可以像普通儀器那樣按設定程序對相關物理量進行自動測量、控製、存儲和顯示測量結果及控製狀態;同時具有重要的網絡應用特征,經授權的儀器使用者,通過Internet可以遠程對儀器進行功能操作、獲取測量結果並對儀器實時監控、設置參數和故障診斷,控製其在Internet上動態發布信息。它們與計算機一樣,成了網絡中的獨立節點,很方便地就能與就近的網絡通信線纜直接連接,而且“即插即用”,直接將現場測試數據送上網;用戶通過瀏覽器或符合規範的應用程序即可實時瀏覽到這些信息(包括處理後的數據、儀器儀表的麵板圖像等)。
  
  2.2網絡化儀器的特點
  基於Internet的測控係統中前端模塊不僅完成信號的采集和控製,還兼顧實施對信號的分析與傳輸,因為它以一個功能強大的微處理器和一個嵌入式操作係統為支撐。在這個平台上,使用者可以很方便地實現各種測量功能模塊的添加、刪除以及不同網絡傳輸方式的選擇。其次,基於Internet的測控係統最為顯著的特點,是信號傳輸的方式發生了改變。基於Internet的測控係統對測量、控製信號等的傳輸,是建立在公共的Internet上的。有了前端嵌入式模塊,係統的測量數據安全有效的傳輸便成為可能。再有,基於Internet的測控係統對測得結果的表達和輸出也有了較大改進,一方麵,不管身在何處,使用者都可通過客戶機方便地瀏覽到各種實時數據,了解設備現在的工作情況;另一方麵,在客戶端的控製中心,所擁有的智能化軟件和數據庫係統都可被調用來對測得結果分析,以及為使用者下達控製指令或作決策提供幫助。
  
  2.3接入Internet或以太網的方法
  網絡化儀器儀表的設計方法,是把嵌入式係統嵌入到儀器儀表中,讓其成為測量和控製的核心。通常,嵌入式儀器接入Internet或以太網成為網絡儀器有三種方法:
  
  (1)由32位高檔MCU構成嵌入式儀器,因為有足夠資源可擴充利用,整個TCP/IP協議族可以做到係統裏去,因而可以成為直接接入Internet的網絡儀器,但開發難度大;
  
  (2)對於低檔8位機組成的嵌入式儀器,采用專用網絡(如RS-232RS-485Profibus等)將若幹嵌入式儀器與PC相連,把PC作為網關,並由PC把該網絡上的信息轉換為TCP/IP協議數據包,發送到Internet上實現信息共享,但必須要專門配一台PC來進行協議轉換;
  
  (3)由8位單片機組成直接接入Internet的嵌入式網絡化儀器,這種方案好處是可以利用以前的基於8位單片機的測量設備,通過外加網絡芯片,直接驅動網絡接口芯片,但占用資源(ROMRAMCPU)較多,要求單片機具有足夠快的運行速度。


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