1、第第14章自动检测系统章自动检测系统l能够在没有人或只有较少人参与情况下完成整个信息采集处理过程的系统称为自动检测系统l自动检测系统集成了传感器技术、计算机技术、总线技术等现代检测技术，具有自动完成信号检测、传输、处理、显示与记录等功能，能够完成复杂的、多变量的检测任务，极大地方便了信号检测的实现，是目前检测技术发展的主要方向。l自动检测系统的各项检测任务是在计算机控制下自动完成的，自动检测系统通常具有测试速度快、测试准确度高、测试功能多、测试结果表现形式丰富，能够实现自检、自校和自诊断，操作简单方便等特点 20.1 自动检测系统的组成l自动检测系统由硬件、软件两大部分组成。硬件主要包括传感器
2、、数据采集系统、微处理器、输入输出接口等 数据采集系统的组成 采样采样/保持器原理图保持器原理图 多路开关多路开关 l多路开关是数据采集系统的主要部件之一，其作用是切换各路输入信号，完成由多路输入到一路输出的转换 l多路开关的技术指标要求导通电阻越小越好，断开电阻越大越好；对其导通或断开的切换时间要求与被传输信号的变化速率相适应，一般在1us左右；各输入通道之间要有良好的隔离，防止互相串扰 单向多路开关单向多路开关 AD7501芯片结构及管脚 差分差分4通道模拟开关通道模拟开关 AD7502芯片结构及管脚功能 数据采集系统的结构形式 20.1.2 输入输出通道 输入输出通道的基本任务是实现人机
3、对话，包括输入或修改系统参数，改变系统工作状态，输出测试结果，动态显示测控过程，实现以多种形式输出、显示、记录、报警等功能 20.1.3 自动检测系统的软件l开发出友好的自动检测系统操作使用平台，使系统具有良好的可管理特性、可控制特性，很大程度上依赖于系统的软件设计l自动检测系统的软件配置取决于检测系统的硬件支持和计算机配置、实时性与可靠性要求以及检测功能的复杂程度l从实现方式和功能层次来划分，自动检测系统的软件一般可分为主程序、中断服务程序和应用功能程序 20.2 自动检测系统的基本设计方法自动检测系统的基本设计方法20.2.1 系统需求分析l确定系统的功能、技术指标和设计任务l主要是对被设
4、计系统运用系统论的观点和方法进行全面的分析和研究，以明确对本设计提出哪些要求和限制，了解被测对象的特点、所要求的技术指标和使用条件等l重点是分析被测信号的形式与特点；被测量的数量、变化范围；输入信号的通道数、性能指标要求；激励信号的形式和范围要求；测试系统所要完成的功能；测量结果的输出方式及输出接口配置；对系统的结构、面板布置、尺寸大小、研制成本、应用环境等的要求 20.2.2 系统总体设计l总体设计是一个事关全局的概要设计 l系统总体设计应考虑性能稳定、精度符合要求、具有足够的动态响应、具有实时与事后数据处理能力、具有开放性和兼容性等要求 从整体到局部的设计原则 环节最少原则 经济性原则 可
5、靠性原则 精度匹配原则 抗干扰能力 标准化与通用性原则 20.2.3 采样速率的确定 l必须正确选择采样速率，才能保证获得最佳的性价比 l香农采样定理指出：只有采样频率大于原始信号频谱中最高频率的两倍，采样结果才能恢复原始信号的特征 l实际使用中一般取采样频率为输入信号最高频率的35倍20.2.4 标度变换 l不同的传感器的测量结果有不同的量纲和数值，这些参数经传感器和A/D转换后得到一系列的数码，这些数码值不一定等于原来带有量纲的参数值，它只是对应被测参数的一个相对量值，往往还要转换成人们熟悉的工程值，即转换成带有量纲的数值后才具有参考意义和应用价值，这种转换就是标度变换l标度变换有多种类型
6、，取决于被测参数和传感器的传输特性，常用硬件实现法和软件实现法 20.2.5 硬件设计l一般包括以下几个步骤：自顶向下的设计、技术评审、设计准备工作、硬件的选型、电路的设计与计算、试验板的制作、组装连线电路板、编写调试程序、利用仿真器进行调试、制作印刷电路板、硬件调试等。l硬件设计的内容主要包括传感器的选型、微处理器或计算机的选型、输入输出通道设计以及需要自行完成的硬件设计l硬件设计是在系统总体设计的基础上，根据确定的电气连接形式、控制方式、系统总线等以及检测参数的数量、特点、要实现的检测功能等来进行硬件选型或电路设计，使整个系统构成完整、协调 20.2.6 软件设计l一个好的软件系统应具有正
7、确性、可靠性、可测试性、易使用性、易维护性等多方面的性能。l自动检测系统“自动”功能的实现必须依赖于软件的设计，包括软件结构、软件平台和功能程序设计等l软件结构确定系统的功能模块，为软件平台的选取和功能程序的设计提供依据；不同的软件开发平台有不同的功能特点和适用场合，应根据需要进行选择；功能程序的开发就是根据硬件组成和确定的软件结构，利用选择的开发平台，进行程序代码的编写，以实现自动检测系统的具体功能l软件设计一般要遵循结构合理、操作性好、具有一定的保护措施和尽量提高程序的执行速度的原则l软件设计步骤：自顶向下的设计、技术评审、软件设计准备工作、软件源代码编写、编译与连接、软件功能测试、综合调试以及软件的运用、维护和改进等 20.2.7 系统集成与维护l任何自动检测系统的设计都离不开各个模块的集成，同时还要进行硬件和软件的联合调试和系统集成测试，以排除软硬件不相匹配的地方、设计错误和各类故障，进行修改完善l只有通过全面测试，排除了所有错误并达到设计要求的自动检测系统才能交付使用，并根据使用情况进入后续的系统维护阶段。20.4 自动检测系统的发展自动检测系统的发展 l通用化与标准化l集成化与模块化l综合化与系统化l网络化l高可靠性l高精度化l高智能化
