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第八章 智能仪器设计实例 实例1：固体密度测试仪的研制 测量原理 硬件电路设计 软件设计 测试结果分析 一、电子自动法测量原理 电子自动法是一种基于阿基米德浮力定律实现对固体的密度测试的方法。 物理学中密度的定义为物体单位体积的质量。 在测量密度时，首先被测量固体标本在空气中的重量，再将固体标本浸没在装有水的容器中，测量固体受水浮力后的重量，根据阿基米德浮力定律可求出固体的体积，计算密度值。 则不规则固体的密度为： 问题： 被测固体的密度小于1能测量吗？ 如果样品吸水如何处理？ 二、硬件电路设计 若R1 =R3 =R2 =R4=R；ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR 则 U01 = EΔR/R = KP 式中：K—重力到电压的转换系数； P—电阻传感器所受到的重力； U01—传感器桥路输出电压； E—电桥电源电压。 对应0-450克的重量范围， 本传感器的输出电压0-10mv。 2．信号放大电路由于传感器输出信号较弱，为了进行有效放大，提高抗干扰能力，信号放大电路中采用了仪用放大器AD620。 3．数字信号处理电路数字信号处理电路由AT89C51单片机及外围电路组成 三、软件设计 四、测试结果 1．主要技术指标 测量密度范围：1—7.5g/cm3； 均方误差0.01； 测量体积范围：（50—300）cm3； 体积分辨率：0.1cm3； 测量重量范围：500g。 2.689 2.690 2.689 2.689 2.691 2.678 2.688 2.686 2.687 2.688 实例2：基于DSP的地下管道漏水检测仪设计 一、TMS320VC5402性能特点及应用开发 二、地下管道漏水检测仪设计 3.相关测漏仪硬件设计 （1）.24位A/D CS5360与DSP的接口 模数转换器与DSP连接原理图 (2).程序存储空间 (3).数据空间的扩展 (4).通信模块 4．软件设计 数据处理软件流程 B通道的信号波形 B通道信号滤波前的功率谱 思考题与习题 1．简述智能仪器设计的基本要求。2．智能仪器设计时一般应遵循的基本原则。怎样理解“组合化与开放式设计思想”。3． 智能仪器中微机系统有哪几种构成方式，分别适用于哪些场合？4． 总结目前市场流行的单片机型号、特点。 5．TMS320系列DSP中，有哪些芯片适合智能仪器，概括其主要性能特点。6．简述《仪器设计任务书》的主要内容、主要作用和编写注意事项。7．智能仪器设计时如何考虑硬件和软件之间的关系。8．简述微处理器内嵌式智能仪器硬件设计时应注意哪几方面的问题。9．简述智能仪器软件调试、综合调试、整机性能测试的一般方法。10．画出相关处理的快速算法流程。概述相关检测的主要应用。11．自选仪器设计题目，能较充分体现你的设计能力、综合所学知识、展示创新性构想，提出设计方案，论证充分。 * * 实例1：固体密度测试仪的研制 实例2：基于DSP处理器的地下管道 漏水检测仪设计 三种固体密度测试法 : 天平法、机械法、电子自动法。 设固体标本的质量为M、体积为V，测量密度为σ，有：σ=M/V 固体标本在空气中的重量为：P1=M*g 在水中的重量为：P2=（M-M0）g， 则浸没在水中前后的重量差为：P1-P2=M0*g， M0表示与固体标本同体积的水的质量。根据阿基米德浮力定律，不规则固体的体积为： 式中σ0为水的密度，因为σ0=1g/cm3，于是所测固体的密度为： 可见，只要分别求出不规则固体在空气中的重量P1和该固体在水中的重量P2，根据上式即可得到被测固体的密度值。 密度仪组成框图 1、传感器设计 应变片压阻电桥 软件主要包括上电自检、逻辑判断初始化、数据存储、测试计算、出错处理五大模块。 测试数据（g/cm3） 平均值（g/cm3）2.687 均方差（g/cm3） 0.0035 相关检测漏水原理 1.设计原理 漏水声音信号与传感器 模数转换输出时序图 DSP与FLASH的连接框图 DSP与SRAM的连接图 A通道的信号波形 B通道信号滤波后的功率谱 *