智能仪器设计基础(普通高等教育“十一五”规划教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王祁 著

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• 智能仪器
• 仪器设计
• 传感器
• 数据采集
• 信号处理
• 单片机
• 嵌入式系统
• 测量技术
• 自动化
• 电子技术

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111287926

商品编码：29701799404

包装：平装

出版时间：2010-03-01

基本信息

书名:智能仪器设计基础(普通高等教育“十一五”规划教材)

定价：29.00元

售价：19.7元,便宜9.3元,折扣67

作者:王祁

出版社：机械工业出版社

出版日期：2010-03-01

ISBN：9787111287926

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.422kg

编辑推荐

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内容提要

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本书是教育部高等学校仪器仪表学科教学指导委员会选定的“十一五”*规划教材。
本书在讲述智能仪器工作原理的基础上，介绍智能仪器的设计方法。主要内容有智能仪器的输入输出通道、外设及其控制技术、通信接口等。以提高学生设计能力为目标，介绍智能仪器总体设计、电路设计及实现、软件设计、抗干扰措施及减少测量误差的设计方法。本书介绍智能仪器的一些新技术，理论联系实际，实用性强。
　　本书是测控技术与仪器、自动化及相关专业本科生教材，也可供测控技术、自动化、电子、电力、机电一体化、计算机应用等领域的工程技术人员参考。

目录

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前言
章　绪论
　1.1　概述
　　1.1.1　仪器仪表的重要性
　　1.1.2　从传统仪器到智能仪器
　1.2　智能仪器的结构和特点
　　1.2.1　智能仪器的结构
　　1.2.2　智能仪器的主要特点
　1.3　智能仪器的发展
　　1.3.1　智能仪器的发展趋势
　　1.3.2　促进智能仪器发展的新技术
　　1.3.3　基于知识的高级智能仪器
　思考题与习题
第2章　智能仪器中的微处理器
　2.1　智能仪器中微处理器的选择
　2.2　MCS-51系列单片机
　　2.2.1　基本型单片机
　　2.2.2　精简型单片机
　　2.2.3　精简增强型单片机
　　2.2.4　高档型单片机
　2.3　PIC系列单片机
　2.4　68系列单片机
　2.5　MSP-430系列单片机
　2.6　ARM单片机
　　2.6.1　AT91系列ARM单片机
　　2.6.2　LPC2100/LPC2200系列ARM单片机
　　2.6.3　EP系列ARM单片机
　　2.6.4　ARM单片机的选择
　　2.6.5　ARM单片机的应用
　2.7　数字信号处理器
　　2.7.1　DSP的特点
　　2.7.2　TI公司的TMS320系列DSP
　　2.7.3　TMS320C2000系列DSP简介
　　2.7.4　DSP在智能仪器中的应用
　思考题与习题
第3章　数据采集技术
　3.1　概述
　3.2　测量放大器
　　3.2.1　基本要求
　　3.2.2　通用测量放大器
　　3.2.3　可编程测量放大器
　　3.2.4　隔离放大器
　　3.2.5　放大器的设置
　3.3　模拟多路转换器MUX
　　3.3.1　模拟多路转换器的功能
　　3.3.2　模拟多路转换器的配置
　　3.3.3　常用的半导体多路转换器芯片
　　3.3.4　多路测量通道的串音问题
　3.4　采样保持电路
　　3.4.1　采样保持器设置原则
　　3.4.2　采样保持器工作原理
　　3.4.3　常用采样保持器芯片
　　3.4.4　保持电容器的选择
　3.5　A/D转换器（ADC）及其接口设计
　　3.5.1　ADC的主要技术指标
　　3.5.2　与单片机接口的考虑
　　3.5.3　ADC的选择
　　3.5.4　抑制系统误差的方法
　3.6　逐次逼近型A/D转换器及其接口
　　3.6.1　逐次逼近型A/D转换器的基本原理
　　3.6.2　TLC2543介绍及其与微机的接口
　3.7　双积分A/D转换器及其接口
　　3.7.1　双积分A/D转换器的原理
　　3.7.2　ICL7135硬件描述与输出波形
　　3.7.3　ICL7135与MCS-51单片机I/O直接连接接口
　3.8　Σ-Δ型A/D转换器及其接口
　　3.8.1　Σ-Δ型A/D转换器的工作原理
　　3.8.2　Σ-Δ式AD7703介绍
　　3.8.3　AD7703与单片机的接口
　3.9　数据采集系统设计
　　3.9.1　数据采集系统的特性
　　3.9.2　数据采集系统误差分析
　　3.9.3　数据采集系统的误差分配举例
　思考题与习题
第4章　模拟量与控制信号输出系统
第5章　智能仪器外设处理技术
第6章　智能仪器中的通信接口技术
第7章　智能仪器的自检与抗干扰技术
第8章　数据处理及程序设计
第9章　智能仪器设计及实例
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《智能仪器设计基础》：开启仪器智能化时代的设计密码 在日新月异的科技浪潮中，仪器作为科学研究、工业生产、医疗健康等诸多领域的“眼睛”和“手”，其智能化水平的提升直接关系到我们认知世界、改造世界能力的边界。从最早的机械式仪表到如今集成先进传感、处理、通信技术的智能仪器，这一演进历程不仅是技术的进步，更是人类智慧在量测与控制领域的集中体现。 《智能仪器设计基础》的出现，恰恰是为了系统性地梳理和讲解支撑这一跨越式发展的核心理念、关键技术与设计方法，旨在为未来的仪器开发者和研究者构建坚实的理论基石与实践指导。 本书紧密围绕“智能”这一核心要素，深入剖析了智能仪器在设计理念、系统构成、关键技术和应用前景等方面所呈现出的新特征与新要求。它不是简单地罗列各类仪器设备，而是着眼于智能仪器设计的“底层逻辑”与“通用方法论”，帮助读者理解为何仪器需要智能化，智能化又将如何改变仪器的功能与形态。 一、 智能仪器的核心驱动力：感知、分析与决策 智能仪器的“智能”并非空中楼阁，而是建立在强大的数据采集、处理与分析能力之上。因此，本书的首要任务是深入解析智能仪器中不可或缺的几个关键环节： 先进的传感技术： 仪器之所以能够“感知”世界，离不开形形色色的传感器。本书将详细介绍各类新兴传感器技术，包括但不限于： 微机电系统（MEMS）传感器： 它们以其微型化、集成化、低功耗的特性，在加速度计、陀螺仪、压力传感器、微麦克风等领域大放异彩，为便携式、嵌入式智能仪器提供了可能。 光学与光电子传感器： 从紫外、可见光到红外、激光，各类光学传感器在光谱分析、成像、测距、环境监测等方面展现出强大的能力。书中将探讨如何利用光电转换原理，将光信号转化为可处理的电信号。 化学与生物传感器： 随着生命科学和环境科学的飞速发展，对物质的痕量检测和特异性识别需求日益增长。本书将介绍基于电化学、光学、压电效应等原理的化学和生物传感器，以及它们在食品安全、环境监测、疾病诊断等领域的应用。 纳米传感器： 探索材料在纳米尺度下的独特物理化学性质，发展出具有极高灵敏度和选择性的纳米传感器，是未来仪器智能化发展的重要方向。 强大的数据处理与分析能力： 原始的传感数据往往是海量的、未经处理的。智能仪器之所以“智能”，在于它能够对这些数据进行有效的提取、转化、分析，并从中发现有价值的信息。本书将重点介绍： 信号处理技术： 包括滤波（降噪、去毛刺）、放大、采样、量化等基础信号处理技术，以及傅里叶变换、小波变换等高级信号分析方法，用于从复杂信号中提取关键特征。 嵌入式系统设计： 智能仪器通常需要集成高性能的微处理器、微控制器或FPGA（现场可编程门阵列），以实现数据的实时处理和控制功能。本书将深入探讨嵌入式系统的架构、开发流程、实时操作系统（RTOS）的应用，以及如何高效地将算法部署到嵌入式平台。 数据融合技术： 当一个智能仪器集成多种传感器时，如何有效地融合来自不同传感器的数据，以获得更全面、更准确的测量结果，是一个重要的研究课题。本书将介绍多种数据融合策略，如加权平均法、卡尔曼滤波、贝叶斯推断等。 人工智能与机器学习算法： 近年来，人工智能特别是机器学习，极大地推动了仪器智能化进程。本书将介绍如何将机器学习算法应用于模式识别、故障诊断、预测性维护、自适应控制等方面，使仪器能够从数据中学习，并做出更智能的决策。例如，利用神经网络进行图像识别以辅助诊断，利用支持向量机进行分类，利用聚类算法进行数据分组等。 智能化的决策与控制： 智能仪器的最终目的往往是根据分析结果做出相应的决策，并执行相应的控制动作。本书将探讨： 闭环控制系统： 智能仪器常常作为复杂控制系统的一部分，通过反馈机制不断调整其测量和控制策略，以达到预期的目标。本书将介绍PID控制、模糊逻辑控制、自适应控制等经典与现代控制理论在智能仪器设计中的应用。 自主学习与优化： 部分高级智能仪器能够根据环境变化和运行数据，自主地学习和优化其工作模式，以提高效率、精度或可靠性。 人机交互设计： 智能仪器需要提供直观、便捷的人机交互界面，以方便用户进行设置、监控和数据读取。本书将关注用户体验，探讨如何设计更智能、更人性化的用户界面。 二、 智能仪器设计的关键技术与方法论 除了对核心功能的深入剖析，本书还将详细讲解支撑智能仪器设计的一系列关键技术与方法论： 模块化设计与集成技术： 智能仪器往往由多个功能模块组成，如传感器模块、信号调理模块、数据处理模块、通信模块、电源模块等。本书将介绍如何采用模块化设计思想，使得各个模块可以独立开发、测试和升级，从而提高设计的灵活性和可维护性。同时，也将探讨如何将这些模块高效地集成在一起，构成一个功能完善的整体。 精密测量与误差分析： 尽管追求智能化，但仪器的根本功能仍在于精确测量。本书将深入讲解精密测量的基本原理，以及各种误差的来源与抑制方法，包括系统误差、随机误差、环境干扰等。对于智能仪器，误差分析尤为重要，因为它涉及到如何利用算法补偿或减小传感器和处理过程中的误差。 低功耗设计与能源管理： 许多智能仪器，特别是便携式和物联网设备，对功耗有着极高的要求。本书将介绍低功耗元器件的选择、电源管理策略，以及如何通过软件算法优化来降低整体功耗。 通信技术与联网能力： 现代智能仪器往往需要与其他设备或平台进行数据交换和协同工作。本书将介绍多种通信接口和协议，如USB、Ethernet、Wi-Fi、Bluetooth、LoRa、NB-IoT等，以及如何实现仪器的数据传输、远程监控和云端接入。 可靠性与安全性设计： 智能仪器在关键应用领域（如医疗、航空航天）至关重要，其可靠性和安全性必须得到充分保障。本书将探讨如何进行故障模式与影响分析（FMEA）、冗余设计、软件验证与确认，以及数据安全防护措施。 仿真与建模技术： 在实际设计和制造之前，通过计算机仿真和建模来验证设计方案、优化参数、预测性能，是提高设计效率、降低开发成本的关键。本书将介绍相关的仿真工具和方法，帮助读者掌握利用模型进行智能仪器设计的方法。 三、 智能仪器的未来展望与应用领域 《智能仪器设计基础》不仅关注当前，更着眼于未来。本书将在结尾部分探讨智能仪器未来的发展趋势，以及它们在各个领域的广泛应用前景： 物联网（IoT）与工业4.0： 智能仪器是构建万物互联的基础，它们将传感器网络延伸至物理世界的每一个角落，为工业生产的智能化、自动化和柔性化提供强大的数据支撑。 智慧医疗： 从家用健康监测设备到高端医疗诊断仪器，智能仪器将极大地提升医疗服务的精准度、效率和可及性。 环境监测与可持续发展： 部署在大气、水体、土壤中的智能传感器网络，能够实时监测环境变化，为环境保护和资源管理提供科学依据。 智能交通与自动驾驶： 各种车载传感器、导航系统、环境感知设备，构成了智能交通与自动驾驶的核心。 科学研究前沿： 各种高精度、多功能的智能科学仪器，是探索宇宙奥秘、生命本质、物质结构等科学研究不可或缺的工具。 本书的特色与价值： 《智能仪器设计基础》的编写，力求做到理论与实践相结合，既有严谨的理论推导，又包含丰富的工程实例和设计思路。它采用“十一五”国家级规划教材的严谨体系，确保内容的科学性、先进性和系统性。本书的受众广泛，不仅适用于高等院校相关专业的本科生和研究生，也为从事仪器设计、开发、应用与维护的工程师们提供了一本难得的参考资料。 通过学习本书，读者将能够： 理解智能仪器的核心技术原理。 掌握智能仪器设计的关键方法和流程。 能够独立进行或参与智能仪器的设计与开发。 准确评估和选择适用于特定应用的传感器与技术。 预测和把握智能仪器行业的发展趋势。 总而言之，《智能仪器设计基础》是一本面向未来、聚焦核心、指导实践的力作，它将为读者打开一扇通往智能仪器设计殿堂的大门，激发创新思维，培养卓越工程师，共同推动仪器科学与技术迈向新的高峰。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面那种深邃的蓝色调，配上简洁有力的白色字体，透露出一种严谨又不失现代感的专业气息。我特别喜欢封面上那个抽象的几何图形，它似乎暗示着仪器设计中那些复杂的系统和结构被巧妙地简化和提炼，让人对内里的知识体系充满了期待。初翻阅时，它的纸张质地也给我留下了不错的印象，光滑但又不反光，长时间阅读下来眼睛的疲劳感确实减轻了不少。而且，这本书的开本适中，无论是放在书架上还是随身携带去实验室翻阅，都非常方便。装订工艺看起来也相当扎实，厚厚的篇幅保证了内容的深度，但翻页时没有出现那种廉价书籍常见的松垮感。这不仅仅是一本工具书，它更像是一件经过精心打磨的工艺品，从外在的视觉和触觉体验上，就为接下来的学习奠定了高标准的基调。这种对细节的关注，在如今很多快速出版的教材中是难能可贵的，它让我感受到编著者对知识传播的郑重态度。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常独特，它不像传统教科书那样板着面孔，充满了生硬的术语堆砌，反而带有一种老教授和学生面对面交流时的那种清晰、耐心和一点点幽默感。在阐述一些复杂的控制理论，比如模糊控制或神经网络在数据预处理中的应用时，作者会不自觉地流露出一种“我懂你的困惑”的体贴。例如，在解释卡尔曼滤波的迭代过程时，它没有直接给出那个令人望而生畏的矩阵方程组，而是用了一段生动的比喻，将噪声视为“不确定性迷雾”，将滤波过程比作在迷雾中不断修正航向的船长。这种将技术“人文化”的表达方式，极大地拉近了读者与知识的距离，使得原本枯燥的数学和算法变得鲜活起来。读起来完全没有压力，仿佛旁边有一位经验丰富的导师在为你解惑，让人愿意花更多的时间去精读每一个段落。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节安排逻辑性极强，简直像一张精密绘制的流程图，引导着读者从最基础的原理概念，逐步深入到复杂的系统集成与实现层面。我注意到它并没有急于抛出那些晦涩难懂的数学模型，而是先用非常直观的图示和生活化的类比来阐述“智能”在仪器中意味着什么。比如，在讲解传感器数据采集时，作者没有直接堆砌公式，而是先详细剖析了一个工业现场监测案例，然后才回溯到信号调理和A/D转换的理论基础，这种“案例先行，理论跟进”的叙事方式，极大地降低了初学者的入门门槛。更值得称赞的是，在每一个关键知识点之后，都会有一个“思考与拓展”的小栏目，它不是简单的习题，而是引导性的开放性问题，促使我们去思考不同设计选择背后的权衡和取舍。这种循序渐进、层层递进的编排，让我在阅读过程中，思维始终处于一种被积极调动和引导的状态，而不是被动地接受信息灌输。

评分☆☆☆☆☆

这本书的配套资源和参考价值，超出了我作为一本教材的预期。它不仅仅是纸质书的简单复刻，更像是一个学习生态系统的入口。书本中多次提及的那些用于模拟测试和验证的开源项目链接，以及推荐的几篇经典学术论文，都极其精准地指向了当前领域的研究前沿和工业实践热点。更重要的是，它在介绍具体软硬件接口标准时，所引用的行业规范版本都非常新，这在快速迭代的电子信息领域尤为重要。我对比了其他几本旧版教材，发现它们对新兴的总线协议和数据格式的描述已经严重滞后，而这本教材显然是紧跟时代步伐的。这意味着，即使我将来毕业工作了，这本书也不会很快“退休”，它依然可以作为我查阅特定设计规范和进行技术溯源的重要参考手册。这种长久的生命力，是衡量一本优秀专业书籍价值的重要标准，这本书无疑做到了这一点。

评分☆☆☆☆☆

从内容深度来看，这本书的广度与精度达到了一个令人惊叹的平衡点。它不像某些入门读物那样停留在概念的表面，浮光掠影地提及各种技术名词；相反，它对核心算法的数学推导和工程实现细节都有着近乎苛刻的阐述。我尤其欣赏作者在描述实时操作系统（RTOS）与仪器控制软件结合的那几章，不仅仅是介绍了RTOS的调度机制，更是结合了具体的嵌入式平台限制，分析了不同优先级任务冲突下的解决方案，甚至还涉及到了代码层面的优化建议。这说明作者团队不仅拥有深厚的理论功底，更具备丰富的工程实践经验，能够清晰地看到理论模型在实际硬件资源约束下会遇到的各种“坑”。对于我这种希望未来能独立负责小型精密仪器的系统架构设计的人来说，这种兼顾“为什么”和“怎么办”的论述，是无可替代的宝贵财富。它提供的不仅仅是知识，更是一种解决实际工程难题的思维框架。