智能儀器儀表是計(jì)算機(jī)技術(shù)向儀器儀表移植的產(chǎn)物。含有微計(jì)算機(jī)或微處理器的儀器儀表，由于要擁有對數(shù)據(jù)的存儲，運(yùn)算邏輯判斷及自動化操作等功能，有著智能的作用，因而被稱之為智能儀器儀表。
在系統(tǒng)編程技術(shù)（ISP技術(shù)）是對軟件進(jìn)行修改、組態(tài)或重組的一種最新技術(shù)。它為智能儀器儀表的設(shè)計(jì)提供了一種新的選擇，其發(fā)展前途令人矚目，將會是智能儀器儀表研究的熱門方向之一。
1 ISP技術(shù)功能特點(diǎn)
ISP技術(shù)（In-SystemProgramming）是LATTICE半導(dǎo)體公司首先提出的一種使我們在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程中的每個環(huán)節(jié)甚至在產(chǎn)品買給最終用戶以后，具有對其器件、電路板或整個電子系統(tǒng)的邏輯和功能隨時進(jìn)行組態(tài)或重組能力的最新技術(shù)。
ISP消除了傳統(tǒng)技術(shù)的某些限制和連接弊病，有利于在板和系統(tǒng)級設(shè)計(jì)、制造與編程。ISP硬件靈活且易于軟件修改，便于設(shè)計(jì)開發(fā)。由于ISP器件可以像任何其他器件一樣，在印刷電路板（PCB）上處理，因此編程ISP器件不需要專門編程器和較復(fù)雜的流程。只要通過PC，嵌入式系統(tǒng)處理器甚至INTERNET遠(yuǎn)程網(wǎng)進(jìn)行編程。
1.1 ISP的功能特點(diǎn)
1.1.1 ISP設(shè)計(jì)特點(diǎn)
ISP允許設(shè)計(jì)、測試和制造工程師重組系統(tǒng)特性，而器件仍焊接在電路板上。這個能力革新了板級設(shè)計(jì)、板級調(diào)試、系統(tǒng)制造和升級。
在設(shè)計(jì)中往往采用：
（1）高級樣機(jī)解決方案。不需要組件或印刷電路板布局，借助樣機(jī)板，利用設(shè)計(jì)軟件修改系統(tǒng)。
（2）內(nèi)部測試方案。利用ISP技術(shù)現(xiàn)場在線調(diào)試電路板。
（3）板子重組態(tài)和現(xiàn)場升級。利用軟件編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重組態(tài)檢修或升級。
1.1.2 ISP的制造特點(diǎn)
ISP器件與技術(shù)提供多功能硬件設(shè)計(jì)，減少系統(tǒng)部件，降低成本，縮短設(shè)計(jì)、制作周期，加快產(chǎn)品面市速度。
1.1.3ISP技術(shù)特點(diǎn)
（1）ISP技術(shù)所用的ISP系列器件的編程與改寫簡單易學(xué)，直截了當(dāng)，非常優(yōu)越。
（2）ISP技術(shù)所用的ISP器件保證1萬次可靠的擦除或改寫。
（3）ISP技術(shù)無需電路板返工。
（4）ISP技術(shù)可進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控開級。
（5）ISP技術(shù)在速度、工具、質(zhì)量、可靠性等方面不斷提高。ISP將使“硬件”這個術(shù)語過時，真正的可編程系統(tǒng)的新時代將會到來。
1.2 ISP器件種類
（1）ISPLSI。在系統(tǒng)可編程大規(guī)模集成。
（2）ISPGAL。在線可編程通過陣列邏輯。
（3）ISPGDS。在系統(tǒng)可編程數(shù)字開關(guān)系統(tǒng)。
（4）ISPPLD。在系統(tǒng)可編程邏輯器件。
（5）ISPMCU。在系統(tǒng)可編程微處理器。在儀器儀表設(shè)計(jì)中，主要采用的是ISPPLD和ISPMCU。
2 ISP技術(shù)與儀器儀表智能化
智能化是儀器儀表發(fā)展方向之一。智能是指學(xué)習(xí)或獲取各種知識，并利用這些知識去規(guī)范或改善系統(tǒng)本身行為的能力。這種能力主要通過控制技術(shù)加以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，即由儀器儀表中控制系統(tǒng)加以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。智能控制主要處理以下內(nèi)容：
（1）各種不確定性或定性的信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
（2）抽象性的離散的符號指令。
（3）辯識系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化。
（4）處理各種不同性質(zhì)的知識。
（5）根據(jù)系統(tǒng)本身或環(huán)境的變化，對本身參數(shù)或結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組。
（6）對系統(tǒng)對象的行為進(jìn)行預(yù)測并控制。
（7）在運(yùn)動過程中獲取系統(tǒng)被控對象和運(yùn)行環(huán)境的信息知識，并利用這些知識改進(jìn)系統(tǒng)本身的控制行為。
一個能控系統(tǒng)是應(yīng)能模仿人類行為的。它應(yīng)能對一個過程或是所處環(huán)境各種因有的信息和知識進(jìn)行學(xué)習(xí)，將獲得的知識用于估計(jì)、分析、決策和控制，使系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)。當(dāng)它遇到未學(xué)習(xí)過的事例時，有能力給些合適處理。系統(tǒng)出現(xiàn)局部故障時可持續(xù)工作，甚至能分析和修改故障。系統(tǒng)有相當(dāng)?shù)撵`活性和主動性，能在任何要求的范圍內(nèi)主動采取措施，當(dāng)任務(wù)有沖突時，可指揮控制器予以決策。
目前在儀器儀表智能化的工作中，專家系統(tǒng)、模糊邏輯和控制以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是三種主要的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展的主要方向，它們各自獨(dú)立發(fā)展，又彼此相互滲透，走向結(jié)合。
2.1 ISP技術(shù)與專家系統(tǒng)
專家系統(tǒng)是人工智能的一個重要分支，是一種計(jì)算機(jī)軟件。它具有相當(dāng)數(shù)量和權(quán)威的知識，這些知識用某種方式來表達(dá)并組成知識庫。運(yùn)用這些知識進(jìn)行相應(yīng)推理，能對某一專門領(lǐng)域的問題提供具有專家水平的咨詢和解答。
專家系統(tǒng)的基本功能是知識處理，包括6個部分：知識獲取，知識庫，數(shù)據(jù)庫，推理機(jī)，專家用戶接口，解釋系統(tǒng)。專家系統(tǒng)的核心是知識庫和推理機(jī)。其中知識庫和推理機(jī)根據(jù)對象的變化以及專家知識水平的提高必須不斷地修改變化。根據(jù)ISP技術(shù)的特點(diǎn)，利用ISP技術(shù)是完成專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與升級變化的最好途徑。ISP技術(shù)與專家系統(tǒng)相結(jié)合是智能儀器儀表發(fā)展的趨勢之一。
2.2 ISP技術(shù)與模糊邏輯控制
模糊概念是由著名控制專家LA.ZADEH提出的，它吸取了人類對于模糊現(xiàn)象認(rèn)識和推理的優(yōu)點(diǎn)，是對許多自然現(xiàn)象和法則準(zhǔn)確的表示和評價，模糊控制在機(jī)車、家用電器、自動控制、儀器儀表等產(chǎn)品取得了非常成功的應(yīng)用。
模糊控制器由3部分組成：輸入級、處理級和輸出級。輸入級將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槟：刂茢?shù)據(jù)，一般稱為模糊化；處理級仍用模糊數(shù)據(jù)及模糊邏輯規(guī)則推理求解；輸出級最后將模糊數(shù)據(jù)變成精確數(shù)據(jù)輸出以進(jìn)行控制，稱為逆模糊化。輸出函數(shù)在模糊控制中隸屬函數(shù)模糊規(guī)則，是核心。在智能儀器儀表中往往都是用表格來實(shí)現(xiàn)。查表方式結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)施方便，資源開銷少，但更改模糊規(guī)則和隸屬函數(shù)很困難。智能模糊控制就是要求根據(jù)對象或環(huán)境變化的需要，獲取被控對象和運(yùn)行環(huán)境的信息精練與提高，要求不斷來改變與調(diào)整模糊規(guī)則和隸屬函數(shù)，傳統(tǒng)的編程方法實(shí)現(xiàn)調(diào)整與變化十分困難。借助ISP技術(shù)調(diào)整，不僅簡單方便，而且還可以從遠(yuǎn)程遙控完成。
ISP實(shí)現(xiàn)的模糊控制調(diào)整，主要從隸屬函數(shù)修改以及模糊規(guī)則的變更兩個方面進(jìn)行。函數(shù)的形狀和位置借助ISP的模糊控制模塊的輸入語句來設(shè)置與改變，模糊規(guī)則中的“與”、“或”、“最大”、“最小”等模糊算子關(guān)系，可以由ISP的模糊推導(dǎo)模塊加以組合組態(tài)。
2.3 ISP技術(shù)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬人類大腦的神經(jīng)元，神經(jīng)元之間通過稱為樹突的通路互相連接起來形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)有輸入信號將神經(jīng)元激活時，經(jīng)過神經(jīng)回路產(chǎn)生輸出。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有學(xué)習(xí)能力和聯(lián)想記憶，它經(jīng)過學(xué)習(xí)能力輸出信號后產(chǎn)生預(yù)期的輸出，如果某一信息神經(jīng)回路沒學(xué)習(xí)過，它也能得出合理的輸出。在智能儀器儀表中為了計(jì)算簡便、實(shí)現(xiàn)方便，多采用M-P神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。連接神經(jīng)元的傳遞函數(shù)常用S型函數(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法用的是BP學(xué)習(xí)算法。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程涉及到輸入層各單元到連結(jié)層各單元的連接權(quán)值調(diào)整，連接層各單元的閥值調(diào)整，連接層到輸出層單元的連接權(quán)值調(diào)整，以及輸出層各單元閥值的調(diào)整。上述學(xué)習(xí)過程是很費(fèi)時間的。通常采用通用計(jì)算機(jī)借助仿真程序離線進(jìn)行，一旦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)完成，就可由仿真程序?qū)Υ司W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行培訓(xùn)，將所有選定的連接值、閥值等數(shù)據(jù)送入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中。
這些參數(shù)的傳送如果采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行，往往需要脫機(jī)把CPU從總線拆裝下來編程，給工作帶來很大的不便，實(shí)時性也受到很大的限制。利用ISP技術(shù)完成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)值和閥值的調(diào)整是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)型儀器儀表設(shè)計(jì)與工作的最佳方案之一。
3 ISP技術(shù)在智能儀器儀表中的應(yīng)用實(shí)例
智能傳感器是智能儀器儀表技術(shù)發(fā)展中的一個重要方向。目前的智能傳感器在結(jié)構(gòu)形式中大都由敏感元件和外接的信號處理電路組成。并已研制出一些通用的傳感器總線或模塊（USIC）用來對敏感元件的信號進(jìn)行放大，濾波，A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理。研制USIC（UnibersatSensorInterfaceChip）是尤里卡計(jì)劃中JAMIE（JointLanguageMicrosystemsInitiativeofEurope-EU579）工程中的一部分，目的在于能夠設(shè)計(jì)各種應(yīng)用于JAMIE工程中智能傳感器，使傳感器結(jié)構(gòu)更簡單，并且具有容錯型。USIC具有智能傳感器所需要的各種信號處理能力，并能在大多數(shù)的傳感器應(yīng)用場合中使用，它在多數(shù)場合只需少量的外圍元件就可提供復(fù)雜的高質(zhì)量信號處理功能。
利用華邦（WINBOND）公司具有ISP功能的微控制器W75E516B可方便地組成USIC。將它定義為USICW51。USICW51核心是W78E516B，并配有多功能轉(zhuǎn)換開關(guān)、運(yùn)放、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、數(shù)字通信界面等串行或并行接口。
多路轉(zhuǎn)換開關(guān)完成用標(biāo)準(zhǔn)傳感器對被校傳感器校準(zhǔn)。運(yùn)放可以構(gòu)造模擬濾波器、電流源、積分器或信號累加器等電路，并可用做普通放大電路，將敏感元件輸出信號放大至0~5V提供給A/D轉(zhuǎn)換器。W78E516B內(nèi)部集成的計(jì)數(shù)器可作為脈沖計(jì)數(shù)器，定時器用來測量頻率或進(jìn)行計(jì)數(shù)。適用于頻率或數(shù)字量輸出的傳感器，如流量傳感器、角編碼器等。W78E516B內(nèi)部具有64K的MTP-ROM可以存儲相當(dāng)多的預(yù)處理表格以滿足不同傳感器的線性擬合、溫度補(bǔ)償?shù)葦?shù)理預(yù)處理的需要。
DAC與軟件結(jié)合可以做出正弦波發(fā)生器作為傳感器校準(zhǔn)時的激勵源，正弦波的頻率在50HZ~10KHZ之間，傳感器的數(shù)字輸出可以選擇RS485/RS232通信接口聯(lián)接到各種測控網(wǎng)絡(luò)上（局域網(wǎng)甚至INTERNET上）
USICW51有多種功能供組態(tài)編程選擇。可以外接各種模擬或數(shù)字傳感器以實(shí)現(xiàn)對力學(xué)、電工、過程（溫度，濕度，流量，壓力）等參數(shù)的測量與控制。如此巨量的組態(tài)模式只有借助ISP技術(shù)才能做得到，才能做的好。
主要利用微控制器W78E516B的ISP技術(shù)構(gòu)造的USICW51已經(jīng)在多種測控系統(tǒng)中發(fā)揮了很好的作用。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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