仪器仪表.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2010-5-25,#,单击此处编辑母版标题样式,一、我国电子仪器企业发展状况,我国现有各类仪器仪表企业,6000,多家，已经具有一定技术基础和生产规模的产业系。在,6000,多家企业中，年销售收入超过,1000,万元的不足,1000,家。主要是由于我国测试仪器的普遍水平还停留在,20,世纪,80,年代初国际水平上；大型和高档仪器设备几乎全部依赖进口；许多急需的专用仪器还是空白；中低档产品保证质量上还有许多难关需要攻克，科技创新及其产业化进展滞缓，是制约我国测试仪器企业发展的一个,瓶颈,。,二、电子仪器行业发展趋势特点分析,展望未来几年，由于我国经济发展形成的巨大需求，电子测量仪器的国内市场仍将呈高速发展的趋势，特别是数字电视和通信市场的高速发展，使我国电子测量仪器行业面临着巨大的挑战和机遇。据预测，,“,十一五,”,我国数字电视的市场将达到,1000,亿,1500,亿元,/,年，将对电子测量仪器产生较大的需求；与此同时，通信市场的发展速度仍然比较强劲，而国产通信电子测量仪器的市场占有率很低，因此，加快国产通信电子测量仪器的开发和商品化已经成为本行业的迫切任务。另外，我国教育领域也是国产电子测量仪器的一个突破口。总之，国民经济各部门无论是生产线改造，老产品的更新换代，还是新产品的开发，都会扩大对电子测量仪器的需求，这为电子测量仪器提供了更广阔的市场。,今后，我国将在信息技术、生物技术、新材料技术、先进制造技术、航空航天技术等关键领域取得更大突破，这些领域的研究、开发、技术升级的基本手段就是利用电子仪器。因此，随着各行各业对电子仪器产品需求量的增加将不断推动电子仪器行业向前发展。,第一、产品技术含量增加,随着社会信息化，新产品新技术日新月异，对电子测量仪器提出很多新需求，企业根据市场的需求，进一步加大力度提高现有产品,技术含量，开发出新型的、适应新需要的电子测试仪器。电子测量仪器产品在技术方面不断的开拓和创新将推动电子仪器行业的良好发展。例如：目前普遍采用电子设计自动化,(EDA),、计算机辅助制造,(CAM),、计算机辅助测试,(CAT),、数字信号处理,(DSP),、专用集成电路,(ASIC),及表面贴装技术,(SMT),等技术。,第二，逐步加强产业规划，形成规模经营,加强产业规划，形成规模经营已经成为国内电子仪器行业的大势所趋。企业在产品的定位上由盲目生产逐渐过渡到根据市场发展要求来规划自身产品方向上，形成自身的特色和规模。,第三，积极开拓外资市场,现在有两个市场可以开拓，一个是东亚地区，如越南、柬埔寨、泰国等国家电子工业刚起步，对电子测试仪器是有需求的，应该寻找机会，开拓东亚市场；另外在我国广东省，有近万家的外商独资电子生产企业，它们的生产链是两头在外，即原材料又国外提供。这一领域是中国仪器潜在的市场，且需求量巨大，虽然他们是封闭的，与中国市场几乎无关，但随着国际市场竞争迫使他们开始,“,本地化,”,采购，例如台湾的大型电子生产基地几乎都设在东莞，日本几家名牌电器，其所需的电子仪器有相当比例是在广东的外资企业代工的，因此，市场潜力巨大。,第四，提倡合作，形成规模,提倡国内电子仪器企业联合起来，形成人力、技术及市场渠道等方面的资源共享。虽然目前国内任何一家企业都不能和国外的电子仪器厂商生产规模相提并论，但国内企业在相互合作，优势互补的情况下，形成企业间的强强联合，对于中国电子仪器行业发展来说也是一条切实可行的发展道路。,第五，提高营销水平，形成系统工程、配套服务。,现有测试仪器生产企业或经营企业都只是生产或销售某一型号产品，效率低，效果羞。而国内的外资企业值得我们借鉴，先弄清用户的用途、需求，再根据用户需求推荐相应产品，形成了以用户需求为目的的系统工程配套服务。当然效益一定比卖一台仪器要好得多，因为用户不仅买到了适意的仪器，同时得到全方位的服务。因此，国有电子仪器企业在营销水平和配套服务上的提高也是电子测量仪器走向成熟阶段的重要表现。,第六，逐步加强对市场的规范，为企业创造一个良好的市场环境。,目前的电子仪器市场与其他产品类似，相互模仿、互相压价。但是电子仪器的需求与日用品不同，不是便宜就能多卖，电子仪器属投资类产品，是需要不断更新和发展的，不能把仪器当青菜卖。电子仪器从开发到市场，周期长、销量小、投入大、回收慢，必须规范市场才能保证电子仪器企业的正常生存和发展，才能保证品牌产品在市场中的地位。,二 电子仪表的功能与组成,由于将微控制器引入到测量控制仪表中，使得智能仪表不仅能够解决传统仪表不能解决的问题活不容易解决的问题，而且还能够实现记忆储存，四则运算，逻辑判断，命令识别，自诊断，自校正，自适应，自学习等工作。,电子仪表由硬件和软件两大部分组成。硬件部分包括微控制器及其接口电路，模拟量输入输出电路，开关量输入输出电路，数据通信接口电路，人机交互通道，及其他外围设备。软件部分包括监控程序，中端服务程序以及实现各种算法的功能模块。,三 电子仪表的研制步骤,设计，研制一台电子仪表大致上可以分为三个阶段：确定任务，拟定设计方案阶段；硬件，软件研制及仪表结构设计阶段；仪表总调试，性能测定阶段。,四 电子仪表设计相关技术,（一）抗干扰技术,1,噪声的定义与种类,电子电路中所称的造声是对有用信号以外的所有电子信号的一个总称。干扰是指电子电路中的干扰，是整个系统或设备中的一个部分或其基本组成部分中的干扰，因此抑制这部分本身产生的干扰和防止外界干扰的侵入是至关重要的。,抗干扰的定义是：结合电路的特点是使干扰减少到最小。一个电子电路，一方面害怕外界干扰的入侵，另方面它又可能对其他电路产生干扰，因此，每一个电子电路，设备或系统在受干扰和干扰方面是有侧重点的，如低电平电路是受干扰所以主要考虑防止外来信号，而电源，振荡电路等主要是干扰源，要防止它干扰其他设备。,2,干扰现象,干扰可能来自于空间，也可能是其他信号的耦合（如静电耦合，电磁耦合，公共阻抗耦合等），或是设备之产生了互感。干扰行程有三个充要条件,;,干扰源；受干扰体，如仪表；干扰传播的途径，如图：,干扰源,干扰传播的途径,受干扰体,为了防止干扰，必须从干扰形成的三个充要条件入手采取措施，因此，抗干扰技术的基本原则为：抑制干扰源；切断干扰传播路径；提高仪器仪表的抗干扰性能。,干扰传播的途径分为：静电感应，电磁感应，公共阻抗，射电磁场，漏电流耦合。,3,电磁兼容设计,电磁兼容性是指装置能在规定的电磁环境中正常工作，而不对该环境或其它设备造成不逊虚的扰动的能力。,设计时要从系统级和板级两个层次考虑电磁兼容性问题。,（,1,）系统级层次,1,）,.,屏蔽技术,利用金属材料对于电磁波具有较好的吸收和反射能力来进行抗干扰的。根据电磁干扰的特点选择良好的低电阻导电材料或导磁材料，,构成合适的屏蔽体,。,屏蔽一般分为三种：静电屏蔽，磁屏蔽和电磁屏蔽。,（,2,）隔离技术,仪表中采用的隔离技术分为两类：空间隔离及器件隔离。空间隔离技术包括：上述屏蔽技术的延伸，功能电路之间的合理布局，信号之间的独立性。目前在仪表中采用最多的是光电隔离法。光电隔离耦合器具有较强的抗干扰能力，同时还可以对主机形成一定的保护，使主机不会由于外部强干扰而造成损坏。,（,3,）接地技术,正确的接地能够有效的抑制外来干扰，同时可提高仪表自身的可靠性，减少仪表自身产生的干扰因素。,接地技术是关于地线的各种连接方法。仪表中所谓的地，是一个公共基准电位点，可以理解为一个等电位点或等电位面。该公共基准点应用于不同的场合，就有了不同的名称，如大地，系统地，模拟地和数字地等。,接地的目的有两个：安全性和抑制干扰。因此，接地分为保护接地，屏蔽体接地和信号接地。,保护接地主要用在仪表的供电电源端。,屏蔽体接地及接地原则在屏蔽技术中已用论述。信号接地需要根据电路性质决定，可有以下几种接地方式,1.,一点接地,低频电路建议采用一点接地，有放射式接地线路和母线式接地电路。,2.,多点接地,高频电路易用多点接地，高频时，即使一小段地线也将有较大的阻抗压降，加之分布电容的作用，不可能实现一点接地，因此采用平面式接地方式，利用一个良好的导电平面体接至零电位基准地上，各高频电路的地就近接至该地平面。,3.,微机系统的接地,可分为直流模拟地，直流数字地，电源交流地，微机系统地，微机系统的安全保护地和防雷保护地。,4.,滤波技术,共模干扰并不直接对电路引起干扰，而是通过输入信号回路的不平衡转换成串模干扰来影响电路的。,（,2,）板级层次,1,元件的选择和电路设计,构成电路的基本单元是元器件，选择合适的元器件是抑制干扰的基本保证。每一种电子元件都有各自的特性，因此，要求在设计时仔细考虑。,2,印制电路板的布线技术,除了元器件的选择和电路设计外，良好的印制电路板（,PCB,）布线在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素。,3,单片机电源抗干扰技术,单片机控制系统因体积小，功能强，成本低，使用灵活,而得到广泛应用。但是单片机系统的工作环境，大都在工业生产现场还活着在机械设备中，同强电联系较多，就必然存在这一些自然因素或人为因素产生的电磁能量，这些能量作为干扰通过一定途径进入单片机控制系统，影响控制指令正常执行，造成控制事故或控制失灵。故在单片机系统设计时必须进行抗干扰设计，以保证单片机系统工作可靠。经分析影响单片机系统可靠性的因素很多，但主要是他的供电系统，因此，在单片机控制系统设计之前，对供电系统存在的干扰因素进行详细分析，采用抗干扰措施的设计方案就成为必要了。,二 软件抗干扰技术,在设计仪表中，一些软件技术的采用也可大大提高仪表的抗干扰能力。,1.,数字滤波,尽管许多硬件抗干扰措施被采用，但外界的干扰信号总是或多或少地进入系统中，一种补救的方法就是采用数字滤波技术，如程序判断滤波，中位滤波，算术平均滤波和加权平均滤波等。,2.,指令冗余,干扰信号还未作用到,CPU,本身，,CPU,还能正确的执行各种数字滤波技术程序。如果干扰信号已经通过某种途径作用到,CPU,上，,CPU,就不能按正常状态执行程序，从而引起混乱。这就是通常所说的程序“跑飞”。,指令冗余是使“跑飞”的程序恢复正常的一种措施。所谓指令冗余，就是在一些关键的地方人为地插入一些单字节的空操作指令,NOP,。,3.,软件陷阱,软件陷阱是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门处理错误的程序。,二,仪表的低功耗设计,要求单片机系统体积小，重量轻之外，很重要的一点就是要求系统低功耗。要降低整个系统的消耗，必须从系统中的各个环节抓起。,低功耗设计要从硬件和软件两方面进行考虑。,低功耗硬件设计要点,选用节能的微处理器，尽量选用,CMOS,集成电路，采用电池低电压供电，尽量使用高速低频工作方式，充分利用微控制器上集成的功能，选用低功耗高效率的外围器件和电路，妥善处理芯片闲置引脚。,低功耗软件设计要点,1,对功耗进行实时管理,2,优化算法,设计实例,这是一个简单的设计实例，要求设计一种智能温度显示仪，能够将温度传感器输出地,05V,电压信号转换成对应温度范围,0100,的整数数值显示，显示器部分采用,4,位,LED,数码管实现，并且通过键盘实现报警上下限的设置，而且能够在温度变化过程中根据预设的报警值及时发出报警信号。,由工作原理可知，传感器的输入信号是,05V,的电压信号，所以不用放大就可以直接接入单片机电路，电压的变化要经过,A/D,转换才能由数字信号电路处理，采样后要经过一定的数据处理才可以向显示电路输出。另外，由于有报警功能的存在，需要设计报警值的输入和报警动作的输出电路，最方便的做法就是使用键盘输入报警值和发光二极管来实现光报警，报警值需要能够一直保存，掉电不能丢失，因此还需要非易失,存储器保存。,传感器输出,A/D,键盘,CPU,显示电路,存储器,报警电路,硬件设计,设计上述的电路首先要选一款单片机，这里选择,PIC16F877,单片机作为控制核心，由于该单片机内部集成了,8,路,ADC,和,EEPROM,空间，图中的,ADC,和存储器部分就不用再另外选择器件了；键盘电路这里个独立按键组成，分别完成置数位的调整，加减操作；显示电路选用,MAX7219,控制数码管的工作。,软件设计,软件的设计要根据功能来定，本设计主要实现以下功能：,1,采样,RA0,端口的模拟信号，转换成数字信号；,2,将数字信号经标度变换成温度值显示在数码管上；,3,通过按键设定报警上下限，一个按键负责报警位的选择，另外两个负责中位的加减,1,；,4,设定的上下限存在,EEPROM,中；,5 5,秒钟没有按键按下，自动返回采样刷新状态。,