智能儀器

本書系統、詳細地介紹智能儀器的基本內容和實現的技術方法。全書共分10章，內容包括智能儀器的基本組成與特點，智能儀器設計的原則、指導思想、設計步驟、數據採集、數據處理及數據輸出技術，GPIB、VXI、RS-232、RS-485、現場總線、藍牙等通信技術、自動校準、故障診斷和抗干擾技術，以及常用的測量與控制算法、多傳感器信息融合、模糊邏輯控制算法、神經網絡算法、專家系統、軟測量、虛擬儀器、網絡化儀器等。本書注重科學性、系統性和實用性。 ^[1] 

第1章 智能儀器概述 1

1.1 智能儀器的作用 1

1.2 智能儀器的發展過程 2

1.3 智能儀器的組成、特點及分類 6

1.3.1 智能儀器的組成 6

1.3.2 智能儀器的特點 6

1.3.3 智能儀器的分類 8

1.3.4 智能儀器的應用 10

第2章 智能儀器的數據採集與處理 12

2.1 數據採集系統的組成 12

2.1.1 數據採集系統的一般組成 12

2.1.2 集中式數據採集系統 13

2.1.3 分散式數據採集系統 14

2.1.4 採樣定理 15

2.2 數據採集系統的主要器件 18

2.2.1 儀用放大器 18

2.2.2 採樣/保持器 29

2.2.3 模擬開關 31

2.2.4 A/D轉換器 33

2.3 數字信號處理器 38

2.3.1 數字信號處理器的特點 38

2.3.2 數字信號處理器的結構 39

2.3.3 DSP芯片的類型與特點 39

2.4 軟測量技術 44

2.4.1 軟測量技術的發展背景 44

2.4.2 軟測量技術的基本原理 45

2.4.3 建立軟測量模型的幾種方法 46

2.4.4 影響軟測量模型性能的因素 49

2.4.5 軟測量技術的實施步驟 51

第3章 智能儀器輸出通道 53

3.1 智能儀器輸出通道的信號種類 53

3.1.1 模擬量輸出信號 53

3.1.2 開關量輸出信號 54

3.1.3 數字量輸出信號 54

3.2 模擬量輸出及D/A轉換 55

3.2.1 模擬量輸出通道的組成及結構形式 55

3.2.2 D/A轉換器及接口 56

3.3 開關量輸出 61

3.3.1 開關量輸出隔離 61

3.3.2 開關量輸出驅動 63

3.3.3 固態繼電器（SSR） 64

3.4 數字波形合成技術 66

3.4.1 波形合成 66

3.4.2 電壓/電流變換 68

第4章 智能儀器的人機接口 73

4.1 鍵盤接口設計 73

4.1.1 非編碼式鍵盤接口 74

4.1.2 編碼式鍵盤接口 80

4.2 顯示器接口設計 84

4.2.1 LED顯示器接口 84

4.2.2 LCD顯示器接口 88

4.3 打印機與繪圖儀接口 93

4.3.1 打印機接口 94

4.3.2 繪圖儀接口 99

第5章 智能儀器通信接口設計 102

5.1 並行通信接口 102

5.1.1 GPIB總線 102

5.1.2 VXI總線 110

5.1.3 PXI總線 118

5.2 串行通信接口 120

5.2.1 RS-232C標準串行接口 120

5.2.2 RS-422/485標準串行接口 123

5.2.3 通用串行總線（USB） 126

5.3 現場總線技術 130

5.3.1 現場總線的定義 130

5.3.2 現場總線的體系結構 131

5.3.3 現場總線系統的技術特點及其優越性 133

5.3.4 現場總線的分類 134

5.3.5 幾種典型的現場總線 135

5.4 基於工業以太網的通信接口 139

5.4.1 概述 139

5.4.2 以太網在SCADA系統中的應用 140

5.4.3 基於以太網控制裝置的通信程序設計 141

5.4.4 Socket基本技術介紹 141

5.4.5 基於PC-104嵌入式控制器的SCADA系統中以太網通信程序的設計 144

5.5 藍牙技術通信 149

5.5.1 藍牙技術的特色與工作原理 149

5.5.2 藍牙芯片組及其實用連接技術 151

5.5.3 基於藍牙技術的便攜式數據採集裝置 153

第6章 智能儀器的算法設計 159

6.1 測量算法 159

6.1.1 測量結果的非數值處理算法 159

6.1.2 測量結果的數值處理算法 164

6.1.3 量程自動轉換與標度變換算法 176

6.1.4 多傳感器信息融合 179

6.2 控制算法 182

6.2.1 PID控制算法 183

6.2.2 模糊邏輯控制算法 187

6.2.3 神經網絡算法 193

6.2.4 專家系統 199

第7章 智能儀器的自動校準和抗干擾技術 206

7.1 自動校準 206

7.1.1 誤差校準和自檢 206

7.1.2 儀器的內部自動校準 209

7.1.3 儀器的外部自動校準 215

7.2 故障診斷 219

7.2.1 故障檢測和診斷基礎 219

7.2.2 故障檢測與診斷原理 221

7.2.3 故障檢測與診斷的數學方法 225

7.3 智能儀器抗干擾技術 232

7.3.1 干擾的來源及分類 233

7.3.2 電源抗干擾技術 235

7.3.3 串模干擾及其抑制 235

7.3.4 共模干擾及其抑制 237

7.3.5 模擬電路和數字電路的隔離 239

7.3.6 接地方法 240

7.3.7 軟件的抗干擾技術 241

第8章 智能儀器的設計 245

8.1 智能儀器設計方法 245

8.1.1 智能儀器設計的原則 245

8.1.2 智能儀器設計的一般步驟 248

8.2 智能儀器的硬件設計 251

8.2.1 硬件體系結構的設計 251

8.2.2 器件的選擇 255

8.2.3 部分硬件電路設計 258

8.3 智能儀器的軟件設計 263

8.3.1 軟件設計方法 263

8.3.2 智能儀器系統軟件的構成與設計 265

8.4 智能儀器的調試 269

8.4.1 智能儀器調試的方法 269

8.4.2 智能儀器硬件靜態調試 269

8.4.3 智能儀器軟件調試 270

8.4.4 動態在線調試 271

8.5 智能儀器設計舉例 272

8.5.1 温度智能儀器設計 272

8.5.2 智能RLC測量儀 277

第9章 虛擬儀器設計 289

9.1 虛擬儀器基礎 289

9.1.1 虛擬儀器的發展歷程 289

9.1.2 虛擬儀器的構成 290

9.1.3 虛擬儀器的特點 291

9.2 虛擬儀器開發工具及方法 292

9.2.1 圖形化編程開發平台——LabVIEW 292

9.2.2 LabWindows/CVI 297

9.3 虛擬儀器應用 300

9.3.1 虛擬相位差計 300

9.3.2 虛擬正弦信號頻譜分析儀 303

9.3.3 虛擬温度測試儀 304

9.3.4 虛擬瓦斯監測儀 306

第10章 網絡化儀器設計 308

10.1 概述 308

10.2 網絡化測試系統的構成方法 310

10.3 網絡化儀器的體系結構 313

10.4 網絡化儀器的類型 315

10.5 無線傳感器網絡 322

10.6 網絡化智能儀器應用 327

參考文獻 330 ^[1]