智能儀表的硬件組成和軟件組成
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(jī)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(jī)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(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路及擴(kuò)展電路，它可以進(jìn)行必要的數(shù)值計(jì)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(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)之間設(shè)置的信號(hào)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(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)變換成控制器可以接收和識(shí)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(jī)構(gòu)或電氣開關(guān)的控制信號(hào)，從而控制被測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行期望的動(dòng)作。
在計(jì)算機(jī)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(hào)，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(diǎn)亮與熄滅、閥門的開啟與關(guān)閉等，這些信號(hào)都是以二進(jìn)制的“0”和“1”出現(xiàn)的。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的二進(jìn)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(shí)現(xiàn)外部的開關(guān)量信號(hào)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)系，包括輸入信號(hào)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(hào)。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(jì)等監(jiān)測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字信號(hào)，送給計(jì)算機(jī)處理。模擬量輸出通道的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或者電流信號(hào)。驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，達(dá)到控制目的。
3、通信接口
通信接口則用來實(shí)現(xiàn)智能儀表與外界其他計(jì)算機(jī)或智能外設(shè)交換數(shù)據(jù)。
4、人機(jī)通道
人機(jī)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(jī)接口和人機(jī)交互設(shè)備兩層含義。人機(jī)接口是智能儀表的微控制器和人機(jī)交互設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)目刂齐娐�。人機(jī)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(jī)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(yùn)行結(jié)果，如顯示裝置、打印機(jī)等。通過智能儀表的人機(jī)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(yùn)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(hào)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(jìn)行變換、放大、整形、補(bǔ)償?shù)忍幚�。�?duì)于模擬量信號(hào)，需經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過接口送入微控制器。由微控制器對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理、計(jì)算分析等一系列工作，通過接口送至顯示器或打印機(jī)，也可輸出開關(guān)量信號(hào)或經(jīng)模擬量通道的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，還可通過串行接口(例如RS-232等)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，完成更復(fù)雜的測(cè)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(yùn)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序等；支持軟件包括匯編語言、編譯程序、高級(jí)語言等。
應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對(duì)某個(gè)測(cè)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(shí)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(gè)程序的執(zhí)行；中斷服務(wù)程序是在人機(jī)接口或其他外圍設(shè)備提出中斷申請(qǐng)，并為微控制器響應(yīng)后直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行，以便及時(shí)完成實(shí)時(shí)處理任務(wù)；功能模塊用來實(shí)現(xiàn)儀表的數(shù)據(jù)處理和控制功能，包括各種測(cè)量算法(例如數(shù)宇濾波、標(biāo)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，研制出具有更高性能的智能儀表系統(tǒng)。