智能儀器設計基礎(普通高等教育“十一五”規劃教材) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王祁 著

圖書標籤:

• 智能儀器
• 儀器設計
• 傳感器
• 數據采集
• 信號處理
• 單片機
• 嵌入式係統
• 測量技術
• 自動化
• 電子技術

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111287926

商品編碼：29701799404

包裝：平裝

齣版時間：2010-03-01

基本信息

書名:智能儀器設計基礎(普通高等教育“十一五”規劃教材)

定價：29.00元

售價：19.7元,便宜9.3元,摺扣67

作者:王祁

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2010-03-01

ISBN：9787111287926

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.422kg

編輯推薦

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內容提要

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本書是教育部高等學校儀器儀錶學科教學指導委員會選定的“十一五”*規劃教材。
本書在講述智能儀器工作原理的基礎上，介紹智能儀器的設計方法。主要內容有智能儀器的輸入輸齣通道、外設及其控製技術、通信接口等。以提高學生設計能力為目標，介紹智能儀器總體設計、電路設計及實現、軟件設計、抗乾擾措施及減少測量誤差的設計方法。本書介紹智能儀器的一些新技術，理論聯係實際，實用性強。
　　本書是測控技術與儀器、自動化及相關專業本科生教材，也可供測控技術、自動化、電子、電力、機電一體化、計算機應用等領域的工程技術人員參考。

目錄

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前言
章　緒論
　1.1　概述
　　1.1.1　儀器儀錶的重要性
　　1.1.2　從傳統儀器到智能儀器
　1.2　智能儀器的結構和特點
　　1.2.1　智能儀器的結構
　　1.2.2　智能儀器的主要特點
　1.3　智能儀器的發展
　　1.3.1　智能儀器的發展趨勢
　　1.3.2　促進智能儀器發展的新技術
　　1.3.3　基於知識的高級智能儀器
　思考題與習題
第2章　智能儀器中的微處理器
　2.1　智能儀器中微處理器的選擇
　2.2　MCS-51係列單片機
　　2.2.1　基本型單片機
　　2.2.2　精簡型單片機
　　2.2.3　精簡增強型單片機
　　2.2.4　高檔型單片機
　2.3　PIC係列單片機
　2.4　68係列單片機
　2.5　MSP-430係列單片機
　2.6　ARM單片機
　　2.6.1　AT91係列ARM單片機
　　2.6.2　LPC2100/LPC2200係列ARM單片機
　　2.6.3　EP係列ARM單片機
　　2.6.4　ARM單片機的選擇
　　2.6.5　ARM單片機的應用
　2.7　數字信號處理器
　　2.7.1　DSP的特點
　　2.7.2　TI公司的TMS320係列DSP
　　2.7.3　TMS320C2000係列DSP簡介
　　2.7.4　DSP在智能儀器中的應用
　思考題與習題
第3章　數據采集技術
　3.1　概述
　3.2　測量放大器
　　3.2.1　基本要求
　　3.2.2　通用測量放大器
　　3.2.3　可編程測量放大器
　　3.2.4　隔離放大器
　　3.2.5　放大器的設置
　3.3　模擬多路轉換器MUX
　　3.3.1　模擬多路轉換器的功能
　　3.3.2　模擬多路轉換器的配置
　　3.3.3　常用的半導體多路轉換器芯片
　　3.3.4　多路測量通道的串音問題
　3.4　采樣保持電路
　　3.4.1　采樣保持器設置原則
　　3.4.2　采樣保持器工作原理
　　3.4.3　常用采樣保持器芯片
　　3.4.4　保持電容器的選擇
　3.5　A/D轉換器（ADC）及其接口設計
　　3.5.1　ADC的主要技術指標
　　3.5.2　與單片機接口的考慮
　　3.5.3　ADC的選擇
　　3.5.4　抑製係統誤差的方法
　3.6　逐次逼近型A/D轉換器及其接口
　　3.6.1　逐次逼近型A/D轉換器的基本原理
　　3.6.2　TLC2543介紹及其與微機的接口
　3.7　雙積分A/D轉換器及其接口
　　3.7.1　雙積分A/D轉換器的原理
　　3.7.2　ICL7135硬件描述與輸齣波形
　　3.7.3　ICL7135與MCS-51單片機I/O直接連接接口
　3.8　Σ-Δ型A/D轉換器及其接口
　　3.8.1　Σ-Δ型A/D轉換器的工作原理
　　3.8.2　Σ-Δ式AD7703介紹
　　3.8.3　AD7703與單片機的接口
　3.9　數據采集係統設計
　　3.9.1　數據采集係統的特性
　　3.9.2　數據采集係統誤差分析
　　3.9.3　數據采集係統的誤差分配舉例
　思考題與習題
第4章　模擬量與控製信號輸齣係統
第5章　智能儀器外設處理技術
第6章　智能儀器中的通信接口技術
第7章　智能儀器的自檢與抗乾擾技術
第8章　數據處理及程序設計
第9章　智能儀器設計及實例
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《智能儀器設計基礎》：開啓儀器智能化時代的設計密碼 在日新月異的科技浪潮中，儀器作為科學研究、工業生産、醫療健康等諸多領域的“眼睛”和“手”，其智能化水平的提升直接關係到我們認知世界、改造世界能力的邊界。從最早的機械式儀錶到如今集成先進傳感、處理、通信技術的智能儀器，這一演進曆程不僅是技術的進步，更是人類智慧在量測與控製領域的集中體現。 《智能儀器設計基礎》的齣現，恰恰是為瞭係統性地梳理和講解支撐這一跨越式發展的核心理念、關鍵技術與設計方法，旨在為未來的儀器開發者和研究者構建堅實的理論基石與實踐指導。 本書緊密圍繞“智能”這一核心要素，深入剖析瞭智能儀器在設計理念、係統構成、關鍵技術和應用前景等方麵所呈現齣的新特徵與新要求。它不是簡單地羅列各類儀器設備，而是著眼於智能儀器設計的“底層邏輯”與“通用方法論”，幫助讀者理解為何儀器需要智能化，智能化又將如何改變儀器的功能與形態。 一、 智能儀器的核心驅動力：感知、分析與決策 智能儀器的“智能”並非空中樓閣，而是建立在強大的數據采集、處理與分析能力之上。因此，本書的首要任務是深入解析智能儀器中不可或缺的幾個關鍵環節： 先進的傳感技術： 儀器之所以能夠“感知”世界，離不開形形色色的傳感器。本書將詳細介紹各類新興傳感器技術，包括但不限於： 微機電係統（MEMS）傳感器： 它們以其微型化、集成化、低功耗的特性，在加速度計、陀螺儀、壓力傳感器、微麥剋風等領域大放異彩，為便攜式、嵌入式智能儀器提供瞭可能。 光學與光電子傳感器： 從紫外、可見光到紅外、激光，各類光學傳感器在光譜分析、成像、測距、環境監測等方麵展現齣強大的能力。書中將探討如何利用光電轉換原理，將光信號轉化為可處理的電信號。 化學與生物傳感器： 隨著生命科學和環境科學的飛速發展，對物質的痕量檢測和特異性識彆需求日益增長。本書將介紹基於電化學、光學、壓電效應等原理的化學和生物傳感器，以及它們在食品安全、環境監測、疾病診斷等領域的應用。 納米傳感器： 探索材料在納米尺度下的獨特物理化學性質，發展齣具有極高靈敏度和選擇性的納米傳感器，是未來儀器智能化發展的重要方嚮。 強大的數據處理與分析能力： 原始的傳感數據往往是海量的、未經處理的。智能儀器之所以“智能”，在於它能夠對這些數據進行有效的提取、轉化、分析，並從中發現有價值的信息。本書將重點介紹： 信號處理技術： 包括濾波（降噪、去毛刺）、放大、采樣、量化等基礎信號處理技術，以及傅裏葉變換、小波變換等高級信號分析方法，用於從復雜信號中提取關鍵特徵。 嵌入式係統設計： 智能儀器通常需要集成高性能的微處理器、微控製器或FPGA（現場可編程門陣列），以實現數據的實時處理和控製功能。本書將深入探討嵌入式係統的架構、開發流程、實時操作係統（RTOS）的應用，以及如何高效地將算法部署到嵌入式平颱。 數據融閤技術： 當一個智能儀器集成多種傳感器時，如何有效地融閤來自不同傳感器的數據，以獲得更全麵、更準確的測量結果，是一個重要的研究課題。本書將介紹多種數據融閤策略，如加權平均法、卡爾曼濾波、貝葉斯推斷等。 人工智能與機器學習算法： 近年來，人工智能特彆是機器學習，極大地推動瞭儀器智能化進程。本書將介紹如何將機器學習算法應用於模式識彆、故障診斷、預測性維護、自適應控製等方麵，使儀器能夠從數據中學習，並做齣更智能的決策。例如，利用神經網絡進行圖像識彆以輔助診斷，利用支持嚮量機進行分類，利用聚類算法進行數據分組等。 智能化的決策與控製： 智能儀器的最終目的往往是根據分析結果做齣相應的決策，並執行相應的控製動作。本書將探討： 閉環控製係統： 智能儀器常常作為復雜控製係統的一部分，通過反饋機製不斷調整其測量和控製策略，以達到預期的目標。本書將介紹PID控製、模糊邏輯控製、自適應控製等經典與現代控製理論在智能儀器設計中的應用。 自主學習與優化： 部分高級智能儀器能夠根據環境變化和運行數據，自主地學習和優化其工作模式，以提高效率、精度或可靠性。 人機交互設計： 智能儀器需要提供直觀、便捷的人機交互界麵，以方便用戶進行設置、監控和數據讀取。本書將關注用戶體驗，探討如何設計更智能、更人性化的用戶界麵。 二、 智能儀器設計的關鍵技術與方法論 除瞭對核心功能的深入剖析，本書還將詳細講解支撐智能儀器設計的一係列關鍵技術與方法論： 模塊化設計與集成技術： 智能儀器往往由多個功能模塊組成，如傳感器模塊、信號調理模塊、數據處理模塊、通信模塊、電源模塊等。本書將介紹如何采用模塊化設計思想，使得各個模塊可以獨立開發、測試和升級，從而提高設計的靈活性和可維護性。同時，也將探討如何將這些模塊高效地集成在一起，構成一個功能完善的整體。 精密測量與誤差分析： 盡管追求智能化，但儀器的根本功能仍在於精確測量。本書將深入講解精密測量的基本原理，以及各種誤差的來源與抑製方法，包括係統誤差、隨機誤差、環境乾擾等。對於智能儀器，誤差分析尤為重要，因為它涉及到如何利用算法補償或減小傳感器和處理過程中的誤差。 低功耗設計與能源管理： 許多智能儀器，特彆是便攜式和物聯網設備，對功耗有著極高的要求。本書將介紹低功耗元器件的選擇、電源管理策略，以及如何通過軟件算法優化來降低整體功耗。 通信技術與聯網能力： 現代智能儀器往往需要與其他設備或平颱進行數據交換和協同工作。本書將介紹多種通信接口和協議，如USB、Ethernet、Wi-Fi、Bluetooth、LoRa、NB-IoT等，以及如何實現儀器的數據傳輸、遠程監控和雲端接入。 可靠性與安全性設計： 智能儀器在關鍵應用領域（如醫療、航空航天）至關重要，其可靠性和安全性必須得到充分保障。本書將探討如何進行故障模式與影響分析（FMEA）、冗餘設計、軟件驗證與確認，以及數據安全防護措施。 仿真與建模技術： 在實際設計和製造之前，通過計算機仿真和建模來驗證設計方案、優化參數、預測性能，是提高設計效率、降低開發成本的關鍵。本書將介紹相關的仿真工具和方法，幫助讀者掌握利用模型進行智能儀器設計的方法。 三、 智能儀器的未來展望與應用領域 《智能儀器設計基礎》不僅關注當前，更著眼於未來。本書將在結尾部分探討智能儀器未來的發展趨勢，以及它們在各個領域的廣泛應用前景： 物聯網（IoT）與工業4.0： 智能儀器是構建萬物互聯的基礎，它們將傳感器網絡延伸至物理世界的每一個角落，為工業生産的智能化、自動化和柔性化提供強大的數據支撐。 智慧醫療： 從傢用健康監測設備到高端醫療診斷儀器，智能儀器將極大地提升醫療服務的精準度、效率和可及性。 環境監測與可持續發展： 部署在大氣、水體、土壤中的智能傳感器網絡，能夠實時監測環境變化，為環境保護和資源管理提供科學依據。 智能交通與自動駕駛： 各種車載傳感器、導航係統、環境感知設備，構成瞭智能交通與自動駕駛的核心。 科學研究前沿： 各種高精度、多功能的智能科學儀器，是探索宇宙奧秘、生命本質、物質結構等科學研究不可或缺的工具。 本書的特色與價值： 《智能儀器設計基礎》的編寫，力求做到理論與實踐相結閤，既有嚴謹的理論推導，又包含豐富的工程實例和設計思路。它采用“十一五”國傢級規劃教材的嚴謹體係，確保內容的科學性、先進性和係統性。本書的受眾廣泛，不僅適用於高等院校相關專業的本科生和研究生，也為從事儀器設計、開發、應用與維護的工程師們提供瞭一本難得的參考資料。 通過學習本書，讀者將能夠： 理解智能儀器的核心技術原理。 掌握智能儀器設計的關鍵方法和流程。 能夠獨立進行或參與智能儀器的設計與開發。 準確評估和選擇適用於特定應用的傳感器與技術。 預測和把握智能儀器行業的發展趨勢。 總而言之，《智能儀器設計基礎》是一本麵嚮未來、聚焦核心、指導實踐的力作，它將為讀者打開一扇通往智能儀器設計殿堂的大門，激發創新思維，培養卓越工程師，共同推動儀器科學與技術邁嚮新的高峰。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計著實讓人眼前一亮，封麵那種深邃的藍色調，配上簡潔有力的白色字體，透露齣一種嚴謹又不失現代感的專業氣息。我特彆喜歡封麵上那個抽象的幾何圖形，它似乎暗示著儀器設計中那些復雜的係統和結構被巧妙地簡化和提煉，讓人對內裏的知識體係充滿瞭期待。初翻閱時，它的紙張質地也給我留下瞭不錯的印象，光滑但又不反光，長時間閱讀下來眼睛的疲勞感確實減輕瞭不少。而且，這本書的開本適中，無論是放在書架上還是隨身攜帶去實驗室翻閱，都非常方便。裝訂工藝看起來也相當紮實，厚厚的篇幅保證瞭內容的深度，但翻頁時沒有齣現那種廉價書籍常見的鬆垮感。這不僅僅是一本工具書，它更像是一件經過精心打磨的工藝品，從外在的視覺和觸覺體驗上，就為接下來的學習奠定瞭高標準的基調。這種對細節的關注，在如今很多快速齣版的教材中是難能可貴的，它讓我感受到編著者對知識傳播的鄭重態度。

評分☆☆☆☆☆

這本書的章節安排邏輯性極強，簡直像一張精密繪製的流程圖，引導著讀者從最基礎的原理概念，逐步深入到復雜的係統集成與實現層麵。我注意到它並沒有急於拋齣那些晦澀難懂的數學模型，而是先用非常直觀的圖示和生活化的類比來闡述“智能”在儀器中意味著什麼。比如，在講解傳感器數據采集時，作者沒有直接堆砌公式，而是先詳細剖析瞭一個工業現場監測案例，然後纔迴溯到信號調理和A/D轉換的理論基礎，這種“案例先行，理論跟進”的敘事方式，極大地降低瞭初學者的入門門檻。更值得稱贊的是，在每一個關鍵知識點之後，都會有一個“思考與拓展”的小欄目，它不是簡單的習題，而是引導性的開放性問題，促使我們去思考不同設計選擇背後的權衡和取捨。這種循序漸進、層層遞進的編排，讓我在閱讀過程中，思維始終處於一種被積極調動和引導的狀態，而不是被動地接受信息灌輸。

評分☆☆☆☆☆

這本書的配套資源和參考價值，超齣瞭我作為一本教材的預期。它不僅僅是紙質書的簡單復刻，更像是一個學習生態係統的入口。書本中多次提及的那些用於模擬測試和驗證的開源項目鏈接，以及推薦的幾篇經典學術論文，都極其精準地指嚮瞭當前領域的研究前沿和工業實踐熱點。更重要的是，它在介紹具體軟硬件接口標準時，所引用的行業規範版本都非常新，這在快速迭代的電子信息領域尤為重要。我對比瞭其他幾本舊版教材，發現它們對新興的總綫協議和數據格式的描述已經嚴重滯後，而這本教材顯然是緊跟時代步伐的。這意味著，即使我將來畢業工作瞭，這本書也不會很快“退休”，它依然可以作為我查閱特定設計規範和進行技術溯源的重要參考手冊。這種長久的生命力，是衡量一本優秀專業書籍價值的重要標準，這本書無疑做到瞭這一點。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常獨特，它不像傳統教科書那樣闆著麵孔，充滿瞭生硬的術語堆砌，反而帶有一種老教授和學生麵對麵交流時的那種清晰、耐心和一點點幽默感。在闡述一些復雜的控製理論，比如模糊控製或神經網絡在數據預處理中的應用時，作者會不自覺地流露齣一種“我懂你的睏惑”的體貼。例如，在解釋卡爾曼濾波的迭代過程時，它沒有直接給齣那個令人望而生畏的矩陣方程組，而是用瞭一段生動的比喻，將噪聲視為“不確定性迷霧”，將濾波過程比作在迷霧中不斷修正航嚮的船長。這種將技術“人文化”的錶達方式，極大地拉近瞭讀者與知識的距離，使得原本枯燥的數學和算法變得鮮活起來。讀起來完全沒有壓力，仿佛旁邊有一位經驗豐富的導師在為你解惑，讓人願意花更多的時間去精讀每一個段落。

評分☆☆☆☆☆

從內容深度來看，這本書的廣度與精度達到瞭一個令人驚嘆的平衡點。它不像某些入門讀物那樣停留在概念的錶麵，浮光掠影地提及各種技術名詞；相反，它對核心算法的數學推導和工程實現細節都有著近乎苛刻的闡述。我尤其欣賞作者在描述實時操作係統（RTOS）與儀器控製軟件結閤的那幾章，不僅僅是介紹瞭RTOS的調度機製，更是結閤瞭具體的嵌入式平颱限製，分析瞭不同優先級任務衝突下的解決方案，甚至還涉及到瞭代碼層麵的優化建議。這說明作者團隊不僅擁有深厚的理論功底，更具備豐富的工程實踐經驗，能夠清晰地看到理論模型在實際硬件資源約束下會遇到的各種“坑”。對於我這種希望未來能獨立負責小型精密儀器的係統架構設計的人來說，這種兼顧“為什麼”和“怎麼辦”的論述，是無可替代的寶貴財富。它提供的不僅僅是知識，更是一種解決實際工程難題的思維框架。