智能儀表

第1章 概述 1

1.1 儀器儀表的技術發(fā)展 2

1.1.1 現(xiàn)代儀器儀表的分類 2

1.1.2 現(xiàn)代儀器儀表的發(fā)展趨勢 2

1.1.3 現(xiàn)代儀器儀表發(fā)展的關鍵技術 3

1.2 智能儀表的功能和組成 5

1.2.1 智能儀表的主要功能 5

1.2.2 智能儀表的基本組成 6

1.3 智能儀表的設計思想和研制步驟 7

1.3.1 智能儀表的基本設計思想 8

1.3.2 智能儀表的設計研制步驟 8

1.4 智能儀表的開發(fā)工具 15

1.4.1 開發(fā)系統(tǒng)的功能 15

1.4.2 嵌入式系統(tǒng)的軟件技術和開發(fā)工具平臺 15

習題與思考題 20

第2章 構(gòu)成智能儀表的主機電路 21

2.1 AT89C52單片機 21

2.1.1 AT89C52的主要特性和內(nèi)部總體結(jié)構(gòu) 21

2.1.2 AT89C52單片機的引腳功能 22

2.1.3 AT89C52單片機的主要組成部分 25

2.1.4 主機電路設計 45

2.2 Neuron芯片 46

2.2.1 處理單元 49

2.2.2 存儲單元 50

2.2.3 附加電路及I/O接口 50

2.2.4 總線收發(fā)器 53

2.2.5 Neuron固件 54

2.2.6 現(xiàn)場總線智能儀表組成及其所組成的測控網(wǎng)絡 54

2.3 CC2430芯片 55

2.3.1 MCU和存儲器子系統(tǒng) 55

2.3.2 射頻及模擬收發(fā)器 57

2.3.3 CC2430芯片的主要特點 57

2.3.4 CC2430芯片的引腳功能 58

2.3.5 無線智能儀表的硬件組成和CC2430應用電路 60

習題與思考題 61

第3章 過程輸入/輸出通道 63

3.1 模擬量輸入通道 63

3.1.1 模擬輸入通道的結(jié)構(gòu) 63

3.1.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片及其與單片機的接口 64

3.1.3 模擬量輸入通道的其他器件 87

3.1.4 模擬量輸入通道設計舉例 92

3.2 模擬量輸出通道 93

3.2.1 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu) 93

3.2.2 D/A轉(zhuǎn)換芯片及其與單片機的接口 94

3.2.3 模擬量輸出通道設計實例 101

3.3 開關量輸入/輸出通道 102

3.3.1 開關量輸入/輸出通道的結(jié)構(gòu) 103

3.3.2 開關量輸入/輸出通道設計舉例 103

習題與思考題 105

第4章 人機接口電路 106

4.1 顯示器接口 106

4.1.1 LED顯示器接口 106

4.1.2 點陣式LED顯示器 111

4.1.3 LCD顯示器 112

4.1.4 點陣式LCD顯示器 115

4.1.5 液晶驅(qū)動芯片 120

4.2 鍵盤接口 126

4.2.1 鍵盤結(jié)構(gòu) 126

4.2.2 行掃描法原理 127

4.2.3 鍵盤/顯示器接口技術 128

4.2.4 鍵盤工作方式 130

4.2.5 串行專用鍵盤/顯示器接口芯片HD7279A 131

4.3 打印機接口 139

4.3.1 GP-16微型打印機接口 139

4.3.2 PP-40彩色描繪器接口 142

習題與思考題 147

第5章 智能儀表通信原理與接口 148

5.1 引言 148

5.2 串行總線通信 149

5.2.1 RS-232C 149

5.2.2 RS-422與RS-485串行接口標準 151

5.2.3 串行通信參數(shù) 152

5.2.4 串行通信工作模式及流量控制 153

5.2.5 基于單片機的智能儀表與PC數(shù)據(jù)通信 154

5.3 現(xiàn)場總線技術及現(xiàn)場總線儀表 158

5.3.1 現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)與特點 158

5.3.2 幾種有影響的現(xiàn)場總線 160

5.3.3 現(xiàn)場總線智能儀表 170

5.4 工業(yè)以太網(wǎng)及其通信程序設計 171

5.4.1 概述 171

5.4.2 以太網(wǎng)在SCADA系統(tǒng)中的應用 172

5.4.3 以太網(wǎng)控制裝置的通信程序設計 173

5.4.4 基于PC-104嵌入式控制器的SCADA系統(tǒng)中以太網(wǎng)通信程序的設計 173

5.5 智能儀表與PLC及上位機通信 178

5.5.1 智能儀表與PLC通信 178

5.5.2 智能儀表與上位機組態(tài)軟件通信 183

5.5.3 用Visual Basic編程實現(xiàn)智能儀表通信與計算機通信 185

5.6 ZigBee短程無線通信技術 187

5.6.1 ZigBee協(xié)議標準 187

5.6.2 ZigBee的特點和組網(wǎng)方式 191

5.6.3 ZigBee的技術支持 192

5.6.4 ZigBee技術在無線水表中的應用 193

習題與思考題 196

第6章 智能儀表的抗干擾技術 197

6.1 干擾分析 197

6.1.1 電磁干擾分析 197

6.1.2 干擾進入的渠道 200

6.2 智能儀表的硬件抗干擾技術 201

6.2.1 串模干擾的抑制 201

6.2.2 共模干擾的抑制 204

6.2.3 隔離技術 207

6.2.4 接地技術 214

6.2.5 屏蔽技術 216

6.2.6 電源抗干擾設計 218

6.3 軟件抗干擾技術 219

6.3.1 干擾對智能儀表造成的后果 220

6.3.2 軟件抗干擾的前提條件 220

6.3.3 冗余技術 221

6.3.4 軟件陷阱技術 222

習題與思考題 228

第7章 監(jiān)控程序 229

7.1 軟件設計方法 229

7.1.1 結(jié)構(gòu)化設計和編程 229

7.1.2 軟件功能測試 231

7.1.3 軟件的運行、維護和改進 232

7.2 監(jiān)控程序設計 232

7.2.1 概述 232

7.2.2 監(jiān)控主程序 233

7.2.3 初始化管理 235

7.2.4 鍵盤管理 235

7.2.5 顯示管理 239

7.2.6 中斷管理 240

7.2.7 時鐘管理 242

7.2.8 手-自動控制 243

7.2.9 自診斷處理 243

習題與思考題 250

第8章 智能儀表的測量與控制算法 251

8.1 測量算法 251

8.1.1 克服隨機誤差的軟件算法 251

8.1.2 克服系統(tǒng)誤差的軟件算法 258

8.1.3 量程自動切換與工程量變換 268

8.2 控制算法 273

8.2.1 PID控制算法 273

8.2.2 智能控制算法 283

習題與思考題 303

第9章 智能儀表設計實例 304

9.1 設計準則 304

9.2 設計實例 306

9.2.1 溫度程序控制儀的設計 306

9.2.2 遠程智能數(shù)據(jù)采集裝置的設計(基于Neuron芯片的現(xiàn)場總線儀表設計之一) 317

9.2.3 用于高壓斷路器的現(xiàn)場智能儀表的設計(基于Neuron芯片的現(xiàn)場總線儀表設計之二) 320

9.2.4 無線空氣質(zhì)量檢測儀表的設計(基于ZigBee技術的無線智能儀表設計之一) 330

9.2.5 無線溫度變送器的設計(基于ZigBee技術的無線智能儀表設計之二) 347

9.3 儀表調(diào)試 362

9.3.1 常見故障 362

9.3.2 調(diào)試方法 362

習題與思考題 365

參考文獻 366