智能仪器

本书系统、详细地介绍智能仪器的基本内容和实现的技术方法。全书共分10章，内容包括智能仪器的基本组成与特点，智能仪器设计的原则、指导思想、设计步骤、数据采集、数据处理及数据输出技术，GPIB、VXI、RS-232、RS-485、现场总线、蓝牙等通信技术、自动校准、故障诊断和抗干扰技术，以及常用的测量与控制算法、多传感器信息融合、模糊逻辑控制算法、神经网络算法、专家系统、软测量、虚拟仪器、网络化仪器等。本书注重科学性、系统性和实用性。

第1章 智能仪器概述 1
1.1 智能仪器的作用 1
1.2 智能仪器的发展过程 2
1.3 智能仪器的组成、特点及分类 6
1.3.1 智能仪器的组成 6
1.3.2 智能仪器的特点 6
1.3.3 智能仪器的分类 8
1.3.4 智能仪器的应用 10
第2章 智能仪器的数据采集与处理 12
2.1 数据采集系统的组成 12
2.1.1 数据采集系统的一般组成 12
2.1.2 集中式数据采集系统 13
2.1.3 分散式数据采集系统 14
2.1.4 采样定理 15
2.2 数据采集系统的主要器件 18
2.2.1 仪用放大器 18
2.2.2 采样/保持器 29
2.2.3 模拟开关 31
2.2.4 A/D转换器 33
2.3 数字信号处理器 38
2.3.1 数字信号处理器的特点 38
2.3.2 数字信号处理器的结构 39
2.3.3 DSP芯片的类型与特点 39
2.4 软测量技术 44
2.4.1 软测量技术的发展背景 44
2.4.2 软测量技术的基本原理 45
2.4.3 建立软测量模型的几种方法 46
2.4.4 影响软测量模型性能的因素 49
2.4.5 软测量技术的实施步骤 51
第3章 智能仪器输出通道 53
3.1 智能仪器输出通道的信号种类 53
3.1.1 模拟量输出信号 53
3.1.2 开关量输出信号 54
3.1.3 数字量输出信号 54
3.2 模拟量输出及D/A转换 55
3.2.1 模拟量输出通道的组成及结构形式 55
3.2.2 D/A转换器及接口 56
3.3 开关量输出 61
3.3.1 开关量输出隔离 61
3.3.2 开关量输出驱动 63
3.3.3 固态继电器（SSR） 64
3.4 数字波形合成技术 66
3.4.1 波形合成 66
3.4.2 电压/电流变换 68
第4章 智能仪器的人机接口 73
4.1 键盘接口设计 73
4.1.1 非编码式键盘接口 74
4.1.2 编码式键盘接口 80
4.2 显示器接口设计 84
4.2.1 LED显示器接口 84
4.2.2 LCD显示器接口 88
4.3 打印机与绘图仪接口 93
4.3.1 打印机接口 94
4.3.2 绘图仪接口 99
第5章 智能仪器通信接口设计 102
5.1 并行通信接口 102
5.1.1 GPIB总线 102
5.1.2 VXI总线 110
5.1.3 PXI总线 118
5.2 串行通信接口 120
5.2.1 RS-232C标准串行接口 120
5.2.2 RS-422/485标准串行接口 123
5.2.3 通用串行总线（USB） 126
5.3 现场总线技术 130
5.3.1 现场总线的定义 130
5.3.2 现场总线的体系结构 131
5.3.3 现场总线系统的技术特点及其优越性 133
5.3.4 现场总线的分类 134
5.3.5 几种典型的现场总线 135
5.4 基于工业以太网的通信接口 139
5.4.1 概述 139
5.4.2 以太网在SCADA系统中的应用 140
5.4.3 基于以太网控制装置的通信程序设计 141
5.4.4 Socket基本技术介绍 141
5.4.5 基于PC-104嵌入式控制器的SCADA系统中以太网通信程序的设计 144
5.5 蓝牙技术通信 149
5.5.1 蓝牙技术的特色与工作原理 149
5.5.2 蓝牙芯片组及其实用连接技术 151
5.5.3 基于蓝牙技术的便携式数据采集装置 153
第6章 智能仪器的算法设计 159
6.1 测量算法 159
6.1.1 测量结果的非数值处理算法 159
6.1.2 测量结果的数值处理算法 164
6.1.3 量程自动转换与标度变换算法 176
6.1.4 多传感器信息融合 179
6.2 控制算法 182
6.2.1 PID控制算法 183
6.2.2 模糊逻辑控制算法 187
6.2.3 神经网络算法 193
6.2.4 专家系统 199
第7章 智能仪器的自动校准和抗干扰技术 206
7.1 自动校准 206
7.1.1 误差校准和自检 206
7.1.2 仪器的内部自动校准 209
7.1.3 仪器的外部自动校准 215
7.2 故障诊断 219
7.2.1 故障检测和诊断基础 219
7.2.2 故障检测与诊断原理 221
7.2.3 故障检测与诊断的数学方法 225
7.3 智能仪器抗干扰技术 232
7.3.1 干扰的来源及分类 233
7.3.2 电源抗干扰技术 235
7.3.3 串模干扰及其抑制 235
7.3.4 共模干扰及其抑制 237
7.3.5 模拟电路和数字电路的隔离 239
7.3.6 接地方法 240
7.3.7 软件的抗干扰技术 241
第8章 智能仪器的设计 245
8.1 智能仪器设计方法 245
8.1.1 智能仪器设计的原则 245
8.1.2 智能仪器设计的一般步骤 248
8.2 智能仪器的硬件设计 251
8.2.1 硬件体系结构的设计 251
8.2.2 器件的选择 255
8.2.3 部分硬件电路设计 258
8.3 智能仪器的软件设计 263
8.3.1 软件设计方法 263
8.3.2 智能仪器系统软件的构成与设计 265
8.4 智能仪器的调试 269
8.4.1 智能仪器调试的方法 269
8.4.2 智能仪器硬件静态调试 269
8.4.3 智能仪器软件调试 270
8.4.4 动态在线调试 271
8.5 智能仪器设计举例 272
8.5.1 温度智能仪器设计 272
8.5.2 智能RLC测量仪 277
第9章 虚拟仪器设计 289
9.1 虚拟仪器基础 289
9.1.1 虚拟仪器的发展历程 289
9.1.2 虚拟仪器的构成 290
9.1.3 虚拟仪器的特点 291
9.2 虚拟仪器开发工具及方法 292
9.2.1 图形化编程开发平台――LabVIEW 292
9.2.2 LabWindows／CVI 297
9.3 虚拟仪器应用 300
9.3.1 虚拟相位差计 300
9.3.2 虚拟正弦信号频谱分析仪 303
9.3.3 虚拟温度测试仪 304
9.3.4 虚拟瓦斯监测仪 306
第10章 网络化仪器设计 308
10.1 概述 308
10.2 网络化测试系统的构成方法 310
10.3 网络化仪器的体系结构 313
10.4 网络化仪器的类型 315
10.5 无线传感器网络 322
10.6 网络化智能仪器应用 327
参考文献 330