C8051第a10章幻灯.pptVIP

第10章 基于51内核单片机的智能仪表设计基础 10.1电子系统智能化与智能仪表 ? 10.1.1 什么是电子系统智能化？ ? 智能及智能的本质是古今中外许多哲学家、脑科学家一直在努力探索和研究的问题，但至今仍然没有完全了解，以致智能的本质、物质的本质、宇宙的起源、生命的本质一起被列为自然界四大奥秘。 智能是智慧和能力，是“解决一个问题或得出一个结论的能力”。 人工智能的本质是对人的思维信息过程的模拟，是人智能的物化。因此，人工智能可以模拟人脑的某些活动，取代人的部分脑力劳动，甚至在某些方面超过人脑的功能。 所谓智能化，是指能根据外界提供的信息进行分析、归纳、比较、判断,并做出相应的决策来实现相应管理与控制。 电子系统智能化就是使工业控制、现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统、数据采集、设备制造、智能仪器等，这些都是单片机、电子技术与控制对象组成的系统，由于对象的多样性和复杂性，实际的智能电子系统设计与实现具有一定的难度。 无论与什么对象组成的智能电子系统，其单片机硬件部分都是相似的，一般是由如下硬件电路组成： 单片机最小系统（单片机、电源、晶振、复位、编程调试接口等）。开关量输入与输出电路。模数与数模转换电路。通信接口（UART（SCI）、SPI、I2C（SMBus）、CAN、USB、TCP/IP、ZigBee等）。显示电路（LED数码管、LCD等）。控制电路（继电器、晶闸管等功率输出电路）。 而软件部分就是使单片机中运行的程序（算法），程序通过单片机与单片机的引脚指挥各个硬件电路部分，进而控制各种各样的对象，实现对象控制的自动化与智能化。 单片机技术的落脚点就是实现电子系统智能化，换句话说，就是开发控制各种对象的智能电子产品。本章以工业控制中使用的智能仪表为例，介绍单片机在电子系统智能化方面的应用。 10.1.2 智能仪表概述 ? 在工业自动化系统以及家居生活中，使用着大量的智能仪表，例如在智能家居中使用着智能电表、智能水表、智能热量表、智能燃气表，这些仪表不仅可以测量电、水、热、气的用量，还可以实现IC卡预付费等功能。在发电、输配电、化工、炼焦、食品等行业还大量使用着各种智能数显表，例如智能测速数显表、智能称重料位数显表、智能天车秤数显表、温度电压数显表，还有智能传感器、智能调节器、智能继电器、智能过流保护继电器、智能时间继电器等智能装置。家用电器也进入智能化时代，例如，豆浆机、微波炉等。 1. 构成智能仪表的硬件 智能仪表硬件主要由传感器、信号调理电路、AD转换器、单片机电路（时钟、按键输入、数据保存、显示电路等）、通信电路、输出驱动电路等部分组成，软件任务主要是AD转换、数据处理、键盘输入、保存数据、通信、输出等。 （1）智能仪表的输入信号 智能仪表的信号来自传感器、变送器，常见信号为： ①来自传感器的信号 测温：来自热电阻、热敏电阻、热电偶等传感器的信号。 测力：来自应变电阻传感器的信号。 测电压、测电流：来自电压与电流互感器的信号。 测频率、转速等：来自脉冲、光电传感器的信号。 ②来自变送器的信号 电流：1～5mA、 0～10mA、 4～20mA。 电压：0～10mV、1～5V、0～1V、0～5V、0～10V。 数字信号：变送器通信接口输出的、满足一定协议的数字信号。 （2）智能仪表的输出信号 ①继电器触点开关输出：具有接通/断开一定容量直流或是交流负荷的触点 ②晶闸管无触点开关输出：具有过零触发功能的晶闸管作为开关，可接通/断开一定容量的交流负荷。 ③三极管输出：分为NPN或是PNP两类，输出12VDC/30mA，可驱动SSR固态继电器等负荷。 ④晶闸管触发输出：移相触发5－500A的双向可控硅、2个单向可控硅反并联连接或可控硅功率模块。 ⑤线性电流输出： 4－20mA 、1～5V、0～10V。 （3）智能仪表的信号调理电路与AD转换器 ①信号调理电路 智能仪表的AD转换器输入只能是电压信号，一般为几个伏特，因此对于非伏特级别的信号，都需要经过转换才能接入AD转换器。所以，非伏特级别的信号都要通过信号调理电路转换成AD转换器需要的伏特级别的信号。 最常见的信号处理电路就是运算放大器，考虑到抗干扰、温度影响、非线性误差、电源、成本等因素的影响，设计一个满足需要的单电源放大器是有难度的。 ②AD转换器 选取AD转换器，主要是选择（位数）分辨率、采样速度、精度与成本等因素。 （4）智能仪表中的单片机 单片机是实现智能仪表各项任务的控制器，单片机的选择主要考虑指令执行时间、代码存储器与数据存储器的容量、E2PROM、单片机的引脚数量、通信模块的种类等，还要考虑单片机的开发环境。单片机实现的数据处理任务为：误差校正、标度变换、非线性校正、数字滤波、PID等各种控制算法。 （5）其他电路 智能仪表中还有电源、输出驱动