11'11'《智能儀器技術(shù)及應(yīng)用》A卷答案、簡答題（每題4分，共20分）1敘述智能儀器的基本組成、工作原理及發(fā)展趨勢?答：智能儀器由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分主要包括主機電路、模擬量輸入 /輸出通道、人機接口電路、通信接口電路。軟件分為監(jiān)控程序和接口管理程序兩部分。如圖為典型智能儀表結(jié)構(gòu)，由三個層次構(gòu)成ff;1fstff;1fst"W.數(shù)別;I—?XT號輸入“：1訕I(yè)I略:n良損以輔入］也血'■A/U'}內(nèi)恵0］」乍］&擱系統(tǒng)RS：32C/l3j覘場息［殳，，「tfcjf；:訂亶IEBE-i8$m-L流門口h1'智能儀器的工作原理：傳感器獲取被測量的信息并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)濾波去除干擾后送入多路模擬開關(guān)；由單片機逐路選通模擬開關(guān)將各輸入通道的信號逐一送入程控增益放大器，放大后的信號經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號后送入單片機中；單片機根據(jù)儀器所設(shè)定的初值進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)運算和處理（如非線性校正等）；運算的結(jié)果被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)flashrom（閃速存儲器）或flashrom（閃速存儲器）或e2prom（電可擦除存貯器）內(nèi)的設(shè)定參數(shù)進行運算比較后，根據(jù)運算結(jié)果和控制要求，輸出相應(yīng)的控制信號（如報警裝置觸發(fā)、繼電器觸點等）。此外，智能儀器還可以與pc機組成分布式測控系統(tǒng)，由單片機作為下位機采集各種測量信號與數(shù)據(jù)，通過串行通信將信息傳輸給上位機一一pc機，由pc機進行全局管理。 2'智能儀器是計算機科學(xué)、電子學(xué)、數(shù)字信號處理、人工智能等新興技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)的結(jié)合，逐步實現(xiàn)微型化，多功能化，人工智能化，隨著專用集成電路、個人儀器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器將會得到更加廣泛的應(yīng)用。可以預(yù)料，各種功能的智能儀器在不遠的將來會廣泛地使用在社會的各個領(lǐng)域?！?……1'……1……1' 3' 3'2'（22'（2）程序本身的精度。2'2影響測試精度的因素有哪些?答：（1）算法的精度。3、提高智能儀器可靠性的方法有哪些?2'2'2'2'4、常用的數(shù)字濾波算法有哪幾種？各有什么特點和應(yīng)用場合?（1）算術(shù)平均濾波。算術(shù)平均值法適用于對一般具有隨機干擾的信號進行濾波，這種1'1'（2）中值濾波。中值濾波對于去掉偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的脈沖干擾比較有效。1所引起的脈沖干擾比較有效。1'（3）加權(quán)平均濾波。加權(quán)平均值法適用于系統(tǒng)純滯后時間常數(shù)T較大、采樣周期較短1'1'（4）程序判斷濾波。當(dāng)采樣信號由于隨機干擾，如大功率用電設(shè)備的啟動或停止，造成電流的尖峰干擾或誤檢測，以及變送器不穩(wěn)定而引起的嚴重失真等，可采用程序判斷法1'1'5、什么是專家系統(tǒng)，它有哪些類型？具有什么樣的結(jié)構(gòu)?答：專家系統(tǒng)是一個具有大量的專門知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計算機技術(shù)，根據(jù)某一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決需要人類專家處理的復(fù)雜問題。簡而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計算機程序系統(tǒng)。根據(jù)專家系統(tǒng)所面對的不同任務(wù)（領(lǐng)域），可將其劃分為下面幾大類：（1）解釋類；（2）診斷類；（3）監(jiān)控類；（4）預(yù)測類；（5）規(guī)劃類；（6）設(shè)計類。第二代專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu):

學(xué)習(xí)機制知識庫管理學(xué)習(xí)機制知識庫管理、論述題（每題10分，共20分）1、試述多單片機系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)以及它們之間的區(qū)別。答：多單片機系統(tǒng)指單板（或多板）情況下，多單片機互聯(lián)通信，交換數(shù)據(jù)，分工協(xié)作完 3'成總體任務(wù)的系統(tǒng)。多單片機互連形式多種多樣，通信協(xié)議不對外開放，通信形式與互聯(lián)形式又是密切關(guān)聯(lián)的。 3'計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，就是利用通信設(shè)備和線路將地理位置不同、功能獨立的多個計算機系統(tǒng)互聯(lián)起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。在計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，計算機是互聯(lián)起來的，能相互傳遞信息，在一個區(qū)域乃至全球?qū)崿F(xiàn)資源共享，同時，各計算機又是相互獨立自治的，可以獨立自主的進行自己的工作。計算機網(wǎng)絡(luò)建立的主要目的是實現(xiàn)計算機資源的共享?；ミB的計算機是分布在不同的地理位置的多臺獨立的“自治計算機”。連網(wǎng)的計算機既可以為本地用戶提供服務(wù)，也可以為遠程用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。連網(wǎng)計算機之間遵循共同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 4'議?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成，現(xiàn)場總線用于構(gòu)成現(xiàn)場儀表、控制室、控制系統(tǒng)之間的全分散、全數(shù)字化、智能雙向、多變量、多點、互聯(lián)的通信系統(tǒng)。主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題?，F(xiàn)場控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)。通信標(biāo)準(zhǔn)的公開、一致，使系統(tǒng)具備開放性，設(shè)備間具有互可操作性。功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性。控制功能下放到現(xiàn)場，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。 3'制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。 3'2、試述相關(guān)流量測量的原理。答:」cpb'」cpb'上圖為理想流體截面上各處的流體是以同一速度，即以流體的的流動示意圖，如果暫不考慮流體內(nèi)部存在的粘性阻力及管道內(nèi)壁對流體的摩擦作用，則可以簡單地認為，體積體積平均流速為平均流速從截面aa'流動到截面bb'。體積平均流速為VcpQ/A顯然，隨著流速的大小不同，流體從截面aa'流動到截面bb'所需要的時間間隔T的長短也就不一樣。VcpL/T于是，流速測量問題就轉(zhuǎn)化為時間間隔的測量問題了。由于截面aa'和bb'紙漿的距離L是已知的，因此，只要能確定時間間隔VcpL/T于是，流速測量問題就轉(zhuǎn)化為時間間隔的測量問題了。 5'相關(guān)流量計的工作原理可以用下圖予以說明卜游祐感器1 游傳感器~ 二4—iO*O〃菲0—r°q!DD少iIo Q. ■T上圖用虛線所包圍的，由上、下游傳感器、測量管道及被測流體所組成的系統(tǒng)視為一個信號系統(tǒng)，且將上游傳感器產(chǎn)生的隨機信號 x(t)作為該系統(tǒng)的的輸入；下游傳感器產(chǎn)生的隨機信號y(t)作為該系統(tǒng)的輸出。那么，確定流體從截面aa'運動到截面bb'所需的時間長短的問題，就可歸結(jié)為一隨機信號通過給定系統(tǒng)所需時間的問題。由相關(guān)理論可知，將y(t)與x(t)作互相關(guān)運算，得到互相關(guān)函數(shù)的圖形。該圖形峰值位置所對應(yīng)的時間位移就是隨機信號 x(t)在該系統(tǒng)中的傳遞時間。因此，信號 x(t)在該系VcL/0

統(tǒng)中的傳播速度（通常成為相關(guān)速度）可以按下式計算:在理想流動狀態(tài)下，也就是管道橫截面上各點處流體的速度都相等時，被測流體的體積平均流速可以用相關(guān)速度來表示。即VcpVcL/0因而，被測流體的體積流率Q可表示為QVc?A積平均流速可以用相關(guān)速度來表示。即 5'三、分析題（每題12分，共24分）1在一個時鐘頻率為12MHz的8031系統(tǒng)中接有一片ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器（地址自定）,以構(gòu)成一個簡單8通道自動巡回檢測系統(tǒng)。要求該系統(tǒng)每隔100ms時間就對8個直流電壓源（0?5V）自動巡回檢測一次，測量結(jié)果對應(yīng)存于60H?67H的8個存儲單元中（定時采樣可以采用單片機內(nèi)定時器的定時中斷方法）。試畫出該系統(tǒng)的電路原理圖，并編寫相應(yīng)的控制程序。答：電路圖如下:aPlLC312曰16]]!1N-：ivd衛(wèi)t匍IN-I2-4IN*；刼2d]H-32-7融a血顯EOC]H-3削UM叭占"DD?FiIN-JALESTSKCICVLI?ADCnBffiVC；19L51L>74LS3n*PZ莖77aPlLC312曰16]]!1N-：ivd衛(wèi)t匍IN-I2-4IN*；刼2d]H-32-7融a血顯EOC]H-3削UM叭占"DD?FiIN-JALESTSKCICVLI?ADCnBffiVC；19L51L>74LS3n*PZ莖77r Q姉」￡-4Kue*—Q但iL1^&im単g號—j罰4J]TUV-USAT-TJTUTTALJ XTALi口—LJ.bdiMHZ."Hia.vii~- ~r3則Ul3JJ22耳KPJENA1￡jFTKDEOCpWF-RESFT4E<E3>L<xniC^rieT-fi-Ji-3JID1lri-5i-33JD3J2nJ3.J3nJunD--DnDDpppPP3JPP&PPP削PQJPnri-JJ-rtj3oILLILprppr卩rpSn5LAMADC0809W80C51的接口電路 6'由電路圖可以知道：1.ADC0809的地址是70FFhADC0809的8個模擬通道所對應(yīng)的口地址是78FFh~7FFFh采樣的開始，只要對模擬通道對應(yīng)的地址寫入一個數(shù)即啟動轉(zhuǎn)換。由P1.0查詢ADC0809的EOC信號，即可確定轉(zhuǎn)換是否完成5.8個通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果依次放入60H?67H存儲單元中org0000hmovr1,#20h

movr2,#8h ;channelnumber!movtlO,#Ohmovth0,#0b8h;movtmod,#1hclret0setbtr0movscon,#40hmovdptr,#78ffhloop:mova,r2subba,r1jnzIoop2movr1,#0hmovdptr,#78ffhmovr1,#0hmovdptr,#78ffhloop1:jnbtf0,loop1clrtf0;startA/D;checkflagmovtl0,#0hmovth0,#0b8hIoop2:movx@dptr,aloop3:jbp1.0,loop3loop4:jnbp1.0,loop4;startA/D;checkflagmovxa,@dptrmov@r1,aincdphincr1jmploopmovxa,@dptrmov@r1,aincdphincr1jmploopend;readresult;saveresult;nextchannel 6'2、參考下圖所示的微處理機控制的雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。試分析，在軟件控制雙積分式A/D轉(zhuǎn)換的過程中,S 1<—*J-■■-?--1tettJitfiIti-C..RAMKirM■(1)儀器軟件如何判斷輸入電壓Ui的極性？如何根據(jù)Ui的極性選擇UR的極性?答：在第一次積分結(jié)束時，可以通過讀取比較器的輸出狀態(tài)來判定輸入電壓 U的極性，如: 3' 3' 3' 3'當(dāng)比較器輸出為高電平，說明輸入的電壓為正極性，因此積分器應(yīng)在第T2時期加入負基準(zhǔn)電壓，即接通S；反之，應(yīng)接通S20(2)儀器軟件如何判斷積分器輸出的過零點? 4'答：每當(dāng)微處理器的計數(shù)器加1就檢測一次積分器輸出是否過零。 2'(3)如何體會軟件程序代替硬件邏輯？以軟件代硬件的優(yōu)點是什么？局限性是什么?答：軟件程序是利用CPU內(nèi)部定時機構(gòu)，運行軟件編程，循環(huán)執(zhí)行一段程序而產(chǎn)生的等待延時，主要用于短時延時。這種方法的優(yōu)點是不需增加硬件設(shè)備，只需編制相應(yīng)的延時程序以備調(diào)用。缺點是CPU執(zhí)行延時等待時間增加了CPU的時間開銷，延時時間越長，這種等待開銷越大，降低了CPU的效率，浪費CPU的資源。并且，軟件延時的時間隨主機頻率不同而發(fā)生變化，即定時程序的通用性差。硬件邏輯不占用CPU的時間，定時時間長，使用靈活。尤其是定時準(zhǔn)確，定時時間不受主機頻率的影響，定時程序具有通用性。 6'四、設(shè)計題(每題18分，共36分)1、以MCS-51(AT89C52系列單片機為核心部件，設(shè)計基于單片機控制的多功能溫濕度顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有日歷時鐘、溫濕度顯示、切換、復(fù)位、校對、調(diào)整、報警等功能。答：系統(tǒng)構(gòu)成：本系統(tǒng)基于AT89C52單片機為核心，用DS18B20溫度傳感器和HS1101電容式濕度傳感器分別測量環(huán)境溫濕度，使用12MHz的晶振構(gòu)成的震蕩電路作為單片機的外部時鐘電路，進行時間的計時，6個七段LED顯示器進行時間、溫度、濕度的顯示，用按鍵進行溫濕度、時間的切換，以及時間的復(fù)位、校對、調(diào)整，采用蜂鳴器進行報警。 3'硬件電路：(1)DS18B20溫度傳感器電路該型號的溫度傳感器可以將測量的溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并直接與單片機通信。電路圖如下:D1VCCI/O 3' 3' 3' 3'(2)HS1101濕度傳感器電路濕度的變化可以轉(zhuǎn)化為頻率的變化，濕度越高，頻率越小，外加一個 555定時器便可以將1相連，便1相連，便可以測出方波的頻率，進而便可以得到濕度值。電路圖如下:■*BCI-GWWClnrnUTURInCO■*BCI-GWWClnrnUTURInCOBR2i%伽BR1 3'⑶單片機復(fù)位系統(tǒng)及外部時鐘電路⑷單片機復(fù)位系統(tǒng)及外部時鐘電路 6' 6'pm上QLtD.Dpm上QLtD.D一匕-丄FJLib,T5一t=JL2r±-tT:Q亡ruE=亠：_：U 3'(5)蜂鳴器報警電路HI IGND-5蜂嗎器I4_vcc!廠.HnGND2、針對校園存在嚴重的自行車、2、針對校園存在嚴重的自行車、電動車等車輛的被盜現(xiàn)象，試設(shè)計一套校園車輛防盜系統(tǒng),要求成本低、可靠性高、易實現(xiàn)。答：本系統(tǒng)由ID卡和刷卡器兩部分組成，有自行車的同學(xué)可到相關(guān)部門現(xiàn)場采集個人

照片和自行車照片，有管理人員將其添加到ID卡對應(yīng)的個人數(shù)據(jù)庫中，每當(dāng)有人騎自行車出/入校門時必須到終端刷卡器上刷一次卡，顯示屏幕將顯示完整的