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1、,智能仪器的研发是复杂的过程 遵循规律： 正确的设计原则 科学的研制步骤,第八章 智能仪器系统设计,（任何事物都具有内在的规律，发现规律、 遵循规律，在学习实践中掌握规律）,一、明确基本要求 二、遵循设计原则 三、科学研制步骤,智能仪器设计,自主选题 开展设计 提交报告,一、智能仪器设计的基本要求,无论仪器的规模多大，其基本设计要求大体相同，在设计和研制智能仪器时必须予以认真对待。,1. 技术(经济)指标及功能 2. 可靠性保障 3. 便于操作和维护 4. 工艺结构与造型设计,主要技术指标： 精度、分辨能力、测量范围、 工作环境条件、稳定性。 经济指标: 研制投入市场竞争需求量利税环保 应具备
2、的功能： 输出、人机对话、通信、报警提示 仪器状态的自动调整、技术服务等。,1.技术指标及功能应满足要求,创新 性,2可靠性要求与设计,仪器可靠性是最突出也是最重要的性能。 直接影响测量结果的正确与否 将影响工作效率 仪器信誉 在线检测与控制类仪器更是如此，由于仪器的故障造成整个生产过程的混乱，甚至引起严重后果。,应采取各种措施提高仪器的可靠性，从而保证仪器能长时间稳定工作。,可靠性设计与实验 硬件可靠性设计 软件可靠性设计 EMC设计,2可靠性要求与设计,在仪器设计过程中，应考虑操作方便，尽量降低对操作人员的专业知识的要求，以便产品的推广应用。 仪器的控制开关或按钮不能太多、太复杂，操作程序
3、应简单明了，从而使操作者无需专门训练，便能使用方法。,3便于操作和维护,可维护性:仪器结构要规范化、模块化，并配有现场故障诊断程序，能保证有效地对故障进行定位，以便更换相应的模块，使仪器尽快地恢复正常运行。,故障诊断与可测试性体现仪器智能化水平,3便于操作和维护,4仪器工艺结构与造型设计要求,仪器结构工艺:是影响可靠性的重要因素，首先要依据仪器工作环境条件，是否需要防水、防尘、防爆密封，是否需要抗冲击、抗振动、抗腐蚀等要求，设计工艺结构； 仪器的造型设计:总体结构的安排、部件间的连接关系、面板的美化等都必须认真考虑，最好由结构专业人员设计，使产品造型优美、色泽柔和、外廓整齐、美观大方。,二、智
4、能仪器设计三原则,1.从整体到局部(自顶向下)的设计原则 2.较高的性能价格比原则 3.组合(集成)化与开放式设计原则,从仪器性能和功能要求出发，提出总体设计方案，定义功能，画出组成原理框图； 在硬件或软件设计时，把复杂的、难处理的问题，分为若干个较简单的、容易处理的问题，然后再一个个地加以解决。,1.从整体到局部设计原则,仪器功能和要求,提出总任务 绘制硬件和软件总功能框图,分解成可独立表征的一批子任务： 单独的实体进行设计和调试,子任务分解： 足够简单容易实现,整体到局部,最底层子任务： 采用通用模块（函数） 最低的难度 最高的可靠性,1.从整体到局部设计,2.较高的性能价格比原则,仪器的
5、造价：研制成本、生产成本、使用成本； 追求简洁独到设计方案，论证优化；创新领先； 元器件少，集成度高，可靠性优先，开发、调试、生产方便。,样机研制成本：系统设计、调试和软件开发，硬件成本不是考虑的主要因素。 生产成本：生产数量越大，每台产品的平均研制费就越低，仪器硬件成本对产品的生产成本有很大影响。 使用成本：维护费、备件费、运转费、管理费、培训费等。 必须综合分析论证后做出选用方案决策。,2.较高的性能价格比原则,3集成化与开放式设计原则,电子与计算机应用系统面临三个突出的问题： 产品更新换代太快； 市场竞争日趋激烈； 满足用户不同层次和不断变化的要求。 在电子工业和计算机工业中推行一种不同
6、于传统设计思想的所谓“开放系统”的设计思想。,“开放系统”的设计思想,在技术上兼顾今天和明天，既从当前实际可能出发，又留下容纳未来新技术机会的余地； 向系统的不同配套档次开放，着眼于社会的公共参与，发挥各方面厂商的积极性创造条件； 向用户不断变化的特殊要求开放，兼顾通用的基本设计和用户的专用要求。,开放式系统设计的思路,基于国际上先进的工业标准微机结构（嵌入式），针对不同的用户系统要求，选用相应的有关功能模块组合成最终用户的应用系统。 系统设计者将主要精力放在分析设计目标，确定总体结构，选择系统配件等方面，而不是放在部件模块设计及用于解决通用软件的开发设计上。 主要投入关键核心技术突破！,集成
7、化设计方法,开放式体系结构和技术发展，导致了工业测控系统采用集成化设计方法的流行，即针对不同的应用系统要求，选用成熟的现成硬件模板和软件进行集成。 集成化设计的基础是模块化(又称积木化)，硬、软件功能模块化是实现最佳系统设计的关键。,成熟的功能模块，简化设计并缩短设计周期。 结构灵活，便于扩充和更新，使系统的适应 性强； 维护方便快捷； 功能模板可以组织批量生产，使质量稳定并 降低成本，专业化分工； 适用批量和创业产品。,集成化设计方法的优点,三、智能仪器的研制步骤,确定设计任务 拟定-优化设计方案,硬件和软件研制,软硬件综合调试 整机性能测试和评估,三 个 阶 段,1.确定设计任务、拟定设计
8、方案,项目调研,了解现状和动向 明确任务、确定指标功能,写出设计任务书,拟定-优化设计方案,仪器设计任务书作用,主要作用： 研制单位设计仪器的立项基础 ； 反映仪器的结构、规定仪器的功能指标，明确研制人员的设计目标； 作为研制完毕进行项目验收的依据。,仪器名称、用途; 特点及简要设计思想; 主要技术指标; 仪器应具备的功能； 仪器及配件规模； 操作规范与注意事项。,仪器设计任务书主要内容,拟定-优化设计方案,2硬件、软件研制阶段,硬件研制 芯片模块：选用功能强以简化电路； 修改和扩展：硬件资源需留有足够的余地； 自诊断功能：需附加有关的监测报警电路； 硬件抗干扰措施； 线路板：注意与机箱、面板
9、的配合，接插件安排等问题，必须考虑到安装、调试和维修的方便。 电源配置：高度重视,软件研制 软件总体规划，选择平台，编写文档； 软件功能块划分，编写文档； 确定算法，编写文档； 分配系统资源和设计流程图； 编写代码； 程序调试和纠错、各部分程序连接及系统总调。,2硬件、软件研制阶段,3仪器综合调试及整机性能测试,系统调试，以排除硬件故障和纠正软件错误，并解决硬件和软件之间的协调问题。,硬件调试,动态调试,静态调试,测试软件,查板、电源、芯片,3仪器综合调试及整机性能测试,性能测试实验 按照设计任务书规定的设计要求制定测试方案； 对各项功能和指标进行逐项测试； 如果某项指标不符合要求，查明原因，作相应调整； 直至完全达到设计要求为止。,3仪器综合调试及整机性能测试,作业：提交智能仪器整机设计报告,利用你设计的采集系统，完成仪器的整机设计 一、xxxx系统设计任务书 二、依据任务书，给出仪器整机设计方案 依据所学设计原则和研制步骤 1.整体组成结构设计 2.硬件：完善采集系统硬件，功能所需硬件扩充 3.软件：语言工具和开发平台 软件任务功能框图 主任务流程 4.测试实验评估方案,
