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1、智能仪器技术及应用B卷答案一、简答题（每题4分，共20分）1、叙述智能仪器的根本组成、工作原理及开展趋势？答：智能仪器由硬件和软件两大局部组成。硬件局部主要包括主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、通信接口电路。软件分为监控程序和接口管理程序两局部。如图为典型智能仪表构造，由三个层次构成 1智能仪器的工作原理：传感器获得被测量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经ad转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机依据仪器所设定的初值进展相应的数据运算和处理（如非线性校正等）；运算的结果被
2、转换为相应的数据进展显示和打印；同时单片机把运算结果及存储于片内flashrom（闪速存储器）或e2prom（电可擦除存贮器）内的设定参数进展运算比拟后，依据运算结果和限制要求，输出相应的限制信号（如报警装置触发、继电器触点等）。此外，智能仪器还可以及pc机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种测量信号及数据，通过串行通信将信息传输给上位机pc机，由pc机进展全局管理。2智能仪器是计算机科学、电子学、数字信号处理、人工智能等新兴技术及传统的仪器仪表技术的结合，逐步实现微型化，多功能化，人工智能化，随着专用集成电路、个人仪器等相关技术的开展，智能仪器将会得到更加广泛的应用。可以意料，各种
3、功能的智能仪器在不远的将来会广泛地运用在社会的各个领域。12、为什么智能仪器要具备自检功能？自检方式有几种？常见的自检内容有哪些？答：所谓自检就是利用事先编制好的检测程序对仪器的主要部件进展自动检测，并对故障进展定位。自检功能给智能仪器的运用和修理带来很大的便利。 1智能仪器的自检方式有三种类型：（1）开机自检 1（2）周期性自检 1（3）键盘自检 13、什么叫软测量？软测量建模可以用那些方法？答：对于难于测量或短暂不能用单独的仪表进展测量的被测变量（又称为主导变量），选择另外一些简洁测量的变量（又称二次变量或协助变量），想法构成这些协助变量及被测变量之间的某种数学关系，就可以用数据处理软件代
4、替单独的仪表这种硬件，通过计算、估计和推断确定被测变量。 2软测量建模的方法：(1)机理建模；(2)机理建模及阅历建模相结合；(3)回来分析建模；(4)人工神经网络建模；(5)其它方法建模24、什么是模糊限制？它的特点是什么？答：模糊限制是基于模糊推理，仿照人的语言表达方式和思维方式，对难以建立准确数学模型的对象施行的一种智能限制技术。它是模糊技术和限制技术相结合的产物，是智能技术的一个重要分支。 1模糊限制的特点在于：（1）不要求知道被控对象的准确数学模型，只须要供应现场操作人员的阅历及其操作数据； （2）限制系统的鲁棒性强，合适于解决常规限制难以解决的非线性、强耦合、时变和时滞系统； （3
5、）以语言变量代替常规的数学变量，简洁构成专家“学问”；（4）限制推理仿照人的思维过程，采纳“不准确推理”，融入了人类的阅历，因此能处理困难乃至病态的系统。35、如何抑制来自电网和电源的干扰？系统的屏蔽和接地应留意哪些问题？答：智能仪表的供电线路是干扰的主要入侵途径, 而且微机系统对来自供电源的干扰又特殊敏感, 所以设计一个抗干扰的直流稳压电源是智能仪表电磁兼容性设计的重要环节, 通常实行的措施有如下几种：(1)微机系统和产生干扰的设备分开供电(2)设计抗干扰稳压电源(3)选用高性能的电源(4)供电电路上的抗干扰措施(5)接地问题 2 系统的屏蔽和接地设计应留意如下几个方面:(1) 一点接地和多
6、点接地的运用原则。(2) 屏蔽层及公共端的连接当一个接地的放大器及一个不接地的信号源连接时, 连接电缆的屏蔽层应接到放大器公共端, 反之应接到信号源公共端。高增益放大器的屏蔽层应接到放大器的公共端。(3)信号地应及沟通地、功率地分开。(4) 屏蔽地( 或机壳地) 接法随屏蔽目的不同而异。2二、阐述题（每题10分，共20分）1、如何利用单片机及相应的外围电路实现频率信号的同精度测量？分析测量误差。答：运用单片机的两个定时器，定时器0工作在方式1（16位定时器方式），定时器1为被测信号输入端，工作在方式1（16位计数器方式）。 单片机先去除两个计数器，再发出START信号表示定时计数开场，在fx的
7、上升沿到来之前D触发器仍关闭两计数门，由fx上升沿开启两计数器计数，即定时开场及被测信号同步。单片机内部定时一到就变更START信号，触发器要等fx的又一个上升沿到来时才跳变而关闭计数器，即定时完毕及被测信号同步。5测频过程原理如下图所示，设被测信号和定时器0的计数周期分别为“T”和“t”，测频开场，被测信号第一个上升沿到来时，同时翻开定时器0和定时器1，开场计数，当定时器0计满65536个周期后，被测信号的下一个上升沿到来时，同时关闭定时器0和定时器1，此时，设计数器1所计信号周期数为N，定时器0的TH0，TL0中所计数为n1，则定时器0所定时间为nt(65536+ n1)*t，又因为NTn
8、t，从而，得出被测信号的周期Tnt/N，进一步可求得被测信号的频率f1/T。TNT计数器1ntt定时器065536t52、试述多单片机系统、计算机网络系统、现场总线系统以及它们之间的区分。答：多单片机系统指单板（或多板）状况下，多单片机互联通信，交换数据，分工协作完成总体任务的系统。多单片机互连形式多种多样，通信协议不对外开放，通信形式及互联形式又是亲密关联的。 3计算机网络系统是计算机技术及通信技术相结合的产物，就是利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息传递的系统。在计算机网络环境下，计算机是互联起来的，能互相传递信息
9、，在一个区域乃至全球实现资源共享，同时，各计算机又是互相独立自治的，可以独立自主的进展自己的工作。计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享。互连的计算机是分布在不同的地理位置的多台独立的“自治计算机”。连网的计算机既可以为本地用户供应效劳，也可以为远程用户供应网络效劳。连网计算机之间遵循共同的网络协议。4现场总线系统是现场通信网络及限制系统的集成，现场总线用于构成现场仪表、限制室、限制系统之间的全分散、全数字化、智能双向、多变量、多点、互联的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、限制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场限制设备和高级限制系统之间的信息传递问题。现场限制设备
10、具有通信功能，便于构成工厂底层限制网络。通信标准的公开、一样，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。功能块及构造的标准化使一样功能的设备间具有互换性。限制功能下放到现场，使限制系统构造具备高度的分散性。3三、分析题（每题12分，共24分）1、图1所示的双积分A/D转换器最大显示数为19999（BCD码），满刻度值为2V，时钟频率为f0100kHz(f0=)，试分析：（1）该双积分式A/D转换器的基准电压UR、UR应当为多少？该双积分式A/D转换器的基准电压UR、UR分别为2V，2V。 2（2）该A/D转换器的辨别率为多少？转换速率大约为多少？因为转换器最大显示数为19999（BCD码），满刻
11、度值为2V，所以辨别率为2V/20000=0.1mv 2转换速率大约为2T122000T0400ms 2（3）积分时间T1为多少毫秒？时钟频率是否可选择80kHz？为什么？T12000T0200ms 2时钟频率不能选择80kHz，因为那样采样时间不是20ms（工频周期）的整数倍。2（4）当输入电压Ui0.25V时，积分时间T2为多少毫秒？显示器的数码指示为多少？解：T2Ui0.25V25ms N22500 22、在一个时钟频率为12MHz的8031系统中接有一片ADC0809A/D转换器（地址自定），以构成一个简洁8通道自动巡回检测系统。要求该系统每隔100ms时间就对8个直流电压源（05V）
12、自动巡回检测一次，测量结果对应存于60H67H的8个存储单元中（定时采样可以采纳单片机内定时器的定时中断方法）。试画出该系统的电路原理图，并编写相应的限制程序。答：电路图如下：ADC0809及80C51的接口电路6由电路图可以知道：1.ADC0809的地址是70FFh 2.ADC0809的8个模拟通道所对应的口地址是78FFh7FFFh3.采样的开场，只要对模拟通道对应的地址写入一个数即启动转换。 4.由P1.0查询ADC0809的EOC信号，即可确定转换是否完成 5.8个通道的转换结果依次放入60H67H存储单元中org 0000h mov r1,#60h mov r2,#8h mov tl
13、0,#0h mov th0,#0b8h ;mov tmod,#1h clr et0 setb tr0 mov scon,#40h mov dptr,#78ffhloop: mov a,r2 subb a,r1 jnz loop2 mov r1,#0h mov dptr,#78ffh mov r1,#0h mov dptr,#78ffh loop1: jnb tf0,loop1 clr tf0 mov tl0,#0h mov th0,#0b8hloop2: movx dptr,a ;start A/Dloop3: jb p1.0,loop3loop4:jnb p1.0,loop4 movx a,
14、dptr mov r1,a inc dph inc r1 ljmp loop end6四、设计题（每题18分，共36分）1、以MCS-51系列单片机为核心部件，设计基于单片机限制的多功能温湿度显示系统，该系统具有日历时钟、温湿度显示、切换、复位、校对、调整、报警等功能。答：系统构成：本系统基于AT89C52单片机为核心，用DS18B20温度传感器和HS1101电容式湿度传感器分别测量环境温湿度，运用12MHz的晶振构成的震荡电路作为单片机的外部时钟电路，进展时间的计时，6个七段LED显示器进展时间、温度、湿度的显示，用按键进展温湿度、时间的切换，以刚好间的复位、校对、调整，采纳蜂鸣器进展报警。
15、3硬件电路：(1)DS18B20温度传感器电路该型号的温度传感器可以将测量的温度转换为数字信号并干脆及单片机通信。电路图如下：3(2) HS1101湿度传感器电路湿度的变更可以转化为频率的变更，湿度越高，频率越小，外加一个555定时器便可以将电容的变更转变为频率的变更，产生肯定频率的方波，干脆及单片机的定时器1相连，便可以测出方波的频率，进而便可以得到湿度值。电路图如下：3(3)单片机复位系统及外部时钟电路3(4)单片机复位系统及外部时钟电路3(5)蜂鸣器报警电路32、设计一套校园教室、宿舍供暖节能监控系统，当室内环境温度高于/低于某一设定值时系统限制减小/增大流量，以到达室内温度匀称且节能的
16、目的。答：本系统主要有单片机、温度传感器、液晶显示器、PVC按键、电动阀门等组成。本系统由几个温度传感器采集室内不同位置的温度，并通过单片机计算出室内的平均温度，通过液晶显示器实时显示；我们可以通过按键输入肯定的温度限值（上限和下限），单片机实时将温度传感器测的温度值送液晶显示器显示同时及设定的温度限值进展比拟，若温度值高于上限值，单片机限制电动阀门动作，减小流量，以起到降温的目的；若温度低于设定下限值，则有单片机限制电动阀门向相反的方向动作，增大流量，以上升温度。当检测到的温度及限值较大时，单片机可限制电动阀门进展较大幅度的转动，若检测到的温度及限值差距较小时，单片机可限制电动阀门进展较小幅度的转动。 10电动阀门液晶显示模块IIC总线温度传感器单片机按键三路AC/DC开关电源DC1 DC2 DC38