智能儀表的硬件組成和軟件組成

一、智能儀表硬件的組成
智能儀表硬件部分包括控制器及其接口電路、模擬量輸入通道、開關(guān)量輸入通道、模擬量輸出通道、開關(guān)量輸出通道、數(shù)據(jù)通信接口電路、人機通道（如鍵盤、顯示器接口電路等）以及其他外圍設(shè)備（打印機等）接口電路。智能儀表系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 智能儀表系統(tǒng)組成框圖
1、控制器及其接口電路
控制器及其接口電路包括控制器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、輸入輸出接口電路及擴展電路，它可以進行必要的數(shù)值計算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理等。
2、輸入輸出通道
輸入輸出通道是智能儀表控制器和被測量監(jiān)控系統(tǒng)之間設(shè)置的信號傳遞和變換的連接通道。它包括模擬量輸入通道、開關(guān)量(數(shù)字量) 輸入通道、模擬量輸出通道、開關(guān)量（數(shù)字量）輸出通道等。輸入輸出通道的作用是將被測量監(jiān)控系統(tǒng)的信號變換成控制器可以接收和識別的代碼；將控制器輸出的控制命令和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后作為執(zhí)行機構(gòu)或電氣開關(guān)的控制信號，從而控制被測量監(jiān)控系統(tǒng)進行期望的動作。
在計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，需要處理一些基本的開關(guān)量輸入輸出信號，例如開關(guān)的閉合與斷開、繼電器的接通與斷開、指示燈的點亮與熄滅、閥門的開啟與關(guān)閉等，這些信號都是以二進制的“0”和“1”出現(xiàn)的。計算機系統(tǒng)中對應(yīng)的二進制位的變化就表征了相應(yīng)器件的特性。開關(guān)量輸入輸出通道就是要實現(xiàn)外部的開關(guān)量信號和計算機系統(tǒng)的聯(lián)系，包括輸入信號處理電路及輸出功放電路。
模擬量輸入輸出通道由數(shù)據(jù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成，用來輸入輸出模擬量信號。其中，模擬量輸入通道的任務(wù)是把傳感器，如壓力變送器、溫度傳感器、液位變送器、流量計等監(jiān)測到的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)槎M制數(shù)字信號，送給計算機處理。模擬量輸出通道的任務(wù)是把計算機輸出的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓或者電流信號。驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)動作，達到控制目的。
3、通信接口
通信接口則用來實現(xiàn)智能儀表與外界其他計算機或智能外設(shè)交換數(shù)據(jù)。
4、人機通道
人機通道是人和智能儀表之間建立聯(lián)系、交流信息的輸入輸出通路，包括人機接口和人機交互設(shè)備兩層含義。人機接口是智能儀表的微控制器和人機交互設(shè)備之間實現(xiàn)信息傳輸?shù)目刂齐娐�。人機交互設(shè)備是智能儀表系統(tǒng)中Z基本的設(shè)備之一，是人和智能儀表之間建立聯(lián)系、交換信息的外部設(shè)備。常見的人機交互設(shè)備可分為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備兩類。其中，輸入設(shè)備是人向智能儀表系統(tǒng)輸入信息，如輸入鍵盤、開關(guān)按鈕等；輸出設(shè)備是智能儀表系統(tǒng)直接向人提供系統(tǒng)運行結(jié)果，如顯示裝置、打印機等。通過智能儀表的人機通道，可以向智能儀表輸入命令和數(shù)據(jù)，了解智能儀表運行的狀態(tài)和顯示相關(guān)的工作參數(shù)。
智能儀表的工作過程如下：輸入信號要經(jīng)過開關(guān)量輸入通道電路或模擬量輸入通道電路進行變換、放大、整形、補償?shù)忍幚�。對于模擬量信號，需經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過接口送入微控制器。由微控制器對輸入數(shù)據(jù)進行加工處理、計算分析等一系列工作，通過接口送至顯示器或打印機，也可輸出開關(guān)量信號或經(jīng)模擬量通道的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量信號，還可通過串行接口(例如RS-232等)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，完成更復雜的測量、控制任務(wù)。
二、智能儀表的軟件組成
硬件只是為智能儀表系統(tǒng)提供底層物質(zhì)基礎(chǔ)，要想使智能儀表正常工作運行，必須提供或研發(fā)相應(yīng)的軟件。如圖2所示，智能儀表軟件可以分為系統(tǒng)軟件、支持軟件和應(yīng)用軟件。

圖2 智能儀表的軟件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)軟件包括實時操作系統(tǒng)、引導程序等；支持軟件包括匯編語言、編譯程序、高級語言等。
應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計人員針對某個測控系統(tǒng)的控制和管理程序。智能儀表的應(yīng)用軟件包括監(jiān)控程序、中斷服務(wù)程序以及實現(xiàn)各種算法的功能模塊。監(jiān)控程序是儀表軟件的中心環(huán)節(jié)，它接收和分析各種命令，并管理和協(xié)調(diào)整個程序的執(zhí)行；中斷服務(wù)程序是在人機接口或其他外圍設(shè)備提出中斷申請，并為微控制器響應(yīng)后直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行，以便及時完成實時處理任務(wù)；功能模塊用來實現(xiàn)儀表的數(shù)據(jù)處理和控制功能，包括各種測量算法(例如數(shù)宇濾波、標度變換、非線性修正等) 和控制算祛(例如PID控制、前饋控制、模糊控制等)。
只有軟件和硬件相互配合，才能發(fā)揮計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，研制出具有更高性能的智能儀表系統(tǒng)。