第8章：智能仪器设计实例 设计原则与设计步骤.ppt

第八章 智能仪器设计实例 第一节 智能仪器的设计原则及研制 一、智能仪器设计的基本要求 二、智能仪器的设计原则 三、智能仪器的研制步骤 一、智能仪器设计的基本要求 2．可靠性要求 仪器可靠性是最突出也是最重要的，因为仪器能否正常可靠地工作，将直接影响测量结果的正确与否，也将影响工作效率和仪器信誉，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。在第六章中已讨论了有关的技术措施。 第一，硬件：仪器所用器件的质量和仪器结构工艺是影响可靠性的重要因素，故应合理选择元器件和采用在极限情况下进行试验的方法。所谓合理选择元器件是指在设计时对元器件的负载、速度、功耗、工作环境等技术参数应留有一定的余量，并对元器件进行老化和筛选。而极限情况下的试验是指在研制过程中，一台样机要承受低温、高温、冲击、振动、干扰、烟雾等试验，以保证其对环境的适应性。 第二，软件：采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。 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，操作程序应简单明了，从而使操作者无需专门训练，便能掌握仪器的使用方法。 智能仪器还应有很好的可维护性，为此，仪器结构要规范化、模块化，并配有现场故障诊断程序，一旦发生故障，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。 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；仪器的造型设计亦极为重要。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、智能仪器的设计原则 1、从整体到局部(自顶向下)的设计原则 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。 设计人员根据仪器功能和设计要求提出仪器设计的总任务，并绘制硬件和软件总框图(总体设计)。然后将任务分解成一批可独立表征的子任务，这些子任务还可以再向下分，直到每个低级的子任务足够简单，可以直接而且容易地实现为止。这些低级子任务可采用某些通用模块，并可作为单独的实体进行设计和调试，从而能够以最低的难度和最高的可靠性组成高一级的模块。 2、较高的性能价格比原则 智能仪器的造价，取决于研制成本、生产成本、使用成本。 设计时不应盲目追求复杂、高级的方案。在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单成熟的方案，意味着元器件少，开发、调试、生产方便，可靠性高。 就第一台样机而言，主要的花费在于系统设计、调试和软件开发，样机的硬件成本不是考虑的主要因素。当样机投入生产时，生产数量越大，每台产品的平均研制费就越低，此时，生产成本就成为仪器造价的主要因素。显然，仪器硬件成本对产品的生产成本有很大影响。 使用成本，即仪器使用期间的维护费、备件费、运转费、管理费、培训费等。必须在综合考虑后才能看出真正的经济效果，从而做出选用方案的正确决策。 3．组合化与开放式设计原则 在科学技术飞速发展的今天，设计智能仪器系统面临三个突出的问题： (1)产品更新换代太快； (2)市场竞争日趋激烈； (3)如何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，在经营上兼顾设计周期和产品设计，并着眼于社会的公共参与，为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，在服务上兼顾通用的基本设计和用户的专用要求等等。 开放式系统设计的具体方法 基于国际上流行的工业标准微机总线结构，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专用软件的开发设计上。 组合化设计方法及优点 开放式体系结构和总线系统技术发展，导致了工业测控系统采用组合化设计方法的流行，即针对不同的应用系统要求，