智能化仪器仪表原理及应用

智能化仪器仪表原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:中国水利水电
作者:贾振国//许琳
出品人:
页数:303
译者:
出版时间:2010-1
价格:36.00元
装帧:
isbn号码:9787508480824
丛书系列:
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  • 智能化仪器仪表
  • 传感器技术
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  • 仪器仪表
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具体描述

《智能化仪器仪表原理及应用(基于Proteus及C51程序设计语言普通高等教育十二五规划教材)》由贾振国、许琳编著,基于MCS—51单片机及C51程序设计语言,通过大量课内外实训项目介绍了智能化仪器仪表的基本结构,结合Proteus仿真详细讲解了输入输出、中断、定时计数器、显示与键盘、AD与DA转换、串行通信等功能单元的基本工作原理和设计方法。 《智能化仪器仪表原理及应用(基于Proteus及C51程序设计语言普通高等教育十二五规划教材)》是作者多年从事智能化仪器仪表教学与科研工作的总结,在写法上以实训项目贯穿各个章节,各章内容相对独立又互相渗透。在每一章的基础理论讲解后,辅以基于Proteus仿真的课内实训内容,各实训项目内容都有详尽的硬件电路、软件流程和程序代码,努力使读者达到边学边做、边做边学、学中做、做中学的目标,既有启发性也会激发读者的兴趣。全书理论与实践紧密结合,可以帮助读者巩固所学知识并达到举一反三的目的。 本书适合于工科院校相关专业“智能化仪表原理及应用”和“单片机原理及接口技术”的教学用书,也可作为工程技术人员和单片机爱好者的自学用书。

《现代控制工程基础与实践》 本书简介 本书旨在为工程技术人员、高校师生及相关领域研究者提供一套全面、深入且具有实践指导意义的现代控制理论与工程应用基础知识体系。全书聚焦于经典控制理论的深度剖析与现代控制理论的前沿进展,并将其紧密结合于当前工业界主流的控制系统设计、实现与优化任务之中。 第一部分:经典控制理论的深化与再认识 本部分着重于对经典控制理论进行系统性的梳理和提升,使其超越传统的初级教材范畴,侧重于工程实际中的复杂性处理。 第一章:系统建模与时域分析的精确化 本章详细探讨了复杂物理系统的数学建模方法,从传统的机械、电气系统简化模型扩展到高阶、非线性的精确描述。内容涵盖了拉普拉斯变换在系统分析中的高级应用,如脉冲响应、阶跃响应的精确计算与工程意义的解读。重点分析了系统暂态性能指标(如超调量、调节时间)的理论边界与设计约束。此外,对系统的线性化处理技术进行了深入讨论,包括泰勒级数展开法在高阶非线性系统初值附近的局部线性化应用。 第二章:频率响应分析的深度解析 本章超越了简单的波特图绘制,深入研究了频率响应函数在系统稳定性判据中的核心地位。详细讲解了奈奎斯特稳定判据的几何意义、裕度计算的精确方法,以及如何利用频率特性曲线(伯德图、奈奎斯特图)来指导控制器(PID)的参数整定。引入了Shifting-Bandwidth的概念,用于分析具有明显时间延迟和高频噪声干扰的系统。对最小相位/非最小相位系统的频率特性进行了对比分析,明确了其对系统可控性的影响。 第三章:根轨迹法的多变量扩展与限制 本章将根轨迹法从单输入单输出(SISO)系统扩展到特定结构的多输入多输出(MIMO)系统的初步分析框架。讨论了根轨迹法在确定系统反馈结构对极点配置影响方面的局限性,并引入了根轨迹与传递函数零点、极点分布的定量关系,指导设计者如何通过改变增益来预设系统的动态特性。 第二部分:现代控制理论的核心基石 本部分系统性地引入现代控制理论的代数基础,为后续的复杂系统设计打下坚实的基础。 第四章:状态空间法的理论构建 本章详细阐述了状态空间描述的数学基础,包括状态变量的选择、标准形(如约旦标准形、能控标准形、能观测标准形)的推导与相互转换。深入分析了系统的能控性与能观测性判据(如卡拉姆矩阵),并探讨了在系统出现微扰或部分量测量失效时,如何评估系统的鲁棒性指标。对离散时间系统的状态空间表示及其与连续时间系统的映射关系进行了详细推导。 第五章:线性二次型调节器(LQR)的设计原理 本章的核心内容是LQR理论,作为现代最优控制的基石。详细推导了黎卡提方程(代数Riccati Equation, ARE)的求解过程,并解释了权重矩阵Q和R的选择对控制性能(性能与控制能量的权衡)的直接影响。本章不局限于连续时间系统,同时对离散时间LQR(DLQR)的实现细节进行了说明。讨论了LQR在处理边界约束系统时的应用潜力。 第六章:观测器设计与状态估计 本章专注于解决状态变量无法直接测量的工程难题。详细介绍了最小阶观测器(如卡尔曼-巴赛尔观测器)和全阶观测器的设计原理,基于观测器误差系统的渐近稳定性分析。重点讨论了如何利用系统不确定性(如过程噪声、测量噪声)来优化观测器结构,并引入了卡尔曼滤波(Kalman Filtering)的基础概念,作为状态估计在随机系统中的应用范例。 第三部分:先进控制技术与系统优化 本部分将理论知识应用于更具挑战性的工程实际问题,涵盖了鲁棒性、非线性与数字控制。 第七章:鲁棒控制导论与H∞性能指标 本章引入了控制系统设计中对不确定性容忍度的要求。详细阐述了鲁棒控制的必要性,重点讲解了$ ext{H}_{infty}$范数在衡量系统对外部干扰敏感度中的作用。介绍了如何将控制问题转化为加权灵巧函数(Weighted Transfer Function)下的最小$ ext{H}_{infty}$范数问题,并阐述了其与奇异值分解的关系,为设计能在模型误差下保持稳定性的控制器提供理论工具。 第八章:非线性控制基础与滑模技术 针对大量实际工程中存在的非线性问题,本章引入了几种主要的非线性控制策略。重点深入讲解了滑模控制(Sliding Mode Control, SMC)的设计原理,包括滑模面的选取、趋近律的确定及其固有的“抖振”问题。讨论了如何利用边界层技术来缓解抖振,并分析了滑模控制对参数变化的强鲁棒性来源。 第九章:数字控制系统的实现与挑战 本章关注于将连续时间控制算法转化为可在微处理器上运行的离散形式。详细介绍了Z变换与双线性变换(Tustin变换)的细节,及其在保持系统稳定性和频率特性方面的优缺点对比。讨论了采样周期的选择对系统性能(如量化误差、控制带宽)的影响,并探讨了数字控制中的死区、饱和等非理想因素的建模与补偿。 第十章:复杂系统与工程案例分析 本章通过对典型复杂系统(如高速列车控制系统、大型化工过程)的案例剖析,整合前述所有理论工具。展示了如何根据具体系统的物理特性、性能指标和约束条件,选择最合适的建模方法和控制策略组合(例如,使用LQR设计主回路,辅以滑模控制处理高动态非线性部分)。分析了实际工程中系统辨识与在线自整定技术的应用。 全书结构严谨,逻辑连绵,理论深度足以支撑研究生阶段的学习与研究,同时注重工程化表达与实例演示,确保读者能将理论知识直接转化为解决实际工程问题的能力。本书不侧重于对特定品牌或型号仪器的操作手册式介绍,而是专注于控制机理、设计方法论和系统优化策略的通用性原理。

作者简介

目录信息

前言第1章 智能化仪器仪表概述 1.1 智能化仪器仪表及嵌入式系统 1.2 单片机在智能化仪器仪表中的作用 1.3 智能化仪器仪表的设计原则及过程第2章 Proteus仿真软件的使用 2.1 Proteus仿真软件简介 2.2 Proteus ISIS的基本操作 2.3 Proteus仿真实例第3章 Keil软件开发环境及C51程序设计基础 3.1 Keil μVersion集成开发环境 3.2 Keil μVersion与Proteus的联合调试 3.3 初步认识Keil C51第4章 MCS-51单片机的内部结构及引脚 4.1 MCS-51单片机的内部结构 4.2 MCS-51单片机的信号引脚 4.3 MCS-51单片机的应用选型 4.4 实训项目1:用三极管驱动的秒闪烁LED第5章 MCS-51单片机的存储器组织 5.1 存储器基础知识 5.2 MCS-51单片机的存储器组织 5.3 Mcs-51单片机特殊功能寄存器 5.4 在Keil C51中使用存储器 5.5 实训项目2:采用查表方法的流水灯控制器设计第6章 MCS-51单片机的复位电路及节电工作模式 6.1 MCS-51单片机的复位及复位电路 6.2 MCS-51单片机的节电工作模式第7章 输出口的简单应用 7.1 常用输出器件 7.2 霹雳灯控制器设计 7.3 用LED数码管显示数字第8章 输入口的简单应用 8.1 常用输入器件及其电路连接 8.2 简易直流电动机控制器设计 8.3 实训项目3:键控灯光控制器设计第9章 中断及其应用 9.1 中断概述 9.2 MCS-51单片机中断系统 9.3 中断的C51程序设计 9.4 实训项目4:外部中断源的扩展设计第10章 定时/计数器及其应用 10.1 定时/计数器的结构及工作原理 10.2 定时/计数器的工作方式及应用 10.3 定时/计数器应用实训第11章 并行扩展技术及其应用 11.1 系统扩展概述 11.2 并行存储器的扩展 11.3 简单并行I/O口的扩展 11.4 实训项目7:电子秒表设计第12章 显示接口技术及其应用 12.1 常用显示器件 12.2 LED数码管显示器接口设计 12.3 LCD字符显示器接口设计 12.4 实训项目8:字符液晶显示器应用第13章 键盘接口技术及其应用 13.1 键盘的类型及接口设计原则 13.2 矩阵式键盘接口设计 13.3 矩阵式键盘程序设计实例第14章 模拟量输入输出接口技术及其应用 14.1 模拟量输入接口技术 14.2 模拟量输出接口技术 14.3 实训项目9:四通道数据采集器设计第15章 智能化仪器仪表数据通信技术基础 15.1智能化仪器仪表串行数据通信基础 15.2 MCS-51的串行数据通信接口 15.3 ModBus通信技术在智能化仪器仪表中的应用 15.4 短距离无线通信技术简介第16章 智能化仪器仪表的可靠性和抗干扰设计 16.1 智能化仪器仪表的可靠性设计 16.2 电磁兼容及抗干扰 16.3 智能化仪器仪表的抗干扰措施参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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《智能化仪器仪表原理及应用》这本书,让我对“数据”的价值有了全新的认识。过去,我可能只是简单地认为数据就是数字,但这本书让我明白了,数据背后隐藏着关于世界运作方式的深刻信息,而智能仪器仪表正是挖掘这些信息的关键。书中对数据挖掘与分析技术在仪器仪表领域的应用进行了详尽的介绍。我了解到,如何利用统计学方法、机器学习算法,从海量的仪器仪表数据中发现隐藏的模式、趋势和关联性。例如,在制造业中,通过分析生产过程中各种仪表的历史数据,可以找出导致产品质量波动的关键因素,并进行针对性的改进。书中还介绍了时间序列分析、聚类分析、关联规则挖掘等多种数据挖掘技术,并结合具体的案例,展示了它们如何帮助我们从数据中获得洞察。例如,通过对气候监测仪表的长期数据进行分析,可以预测未来天气变化趋势,为农业生产和灾害预警提供科学依据。这本书让我认识到,智能仪器仪表不仅仅是数据的生产者,更是数据价值的实现者,它们通过强大的数据处理和分析能力,将原始数据转化为可操作的知识和智慧。

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这本书的“原理”部分,为我打开了一扇通往精细测量世界的大门。《智能化仪器仪表原理及应用》中对测量不确定度与误差分析的深入讲解,让我意识到,精确的测量是智能仪器仪表实现智能决策的基础。书中详细阐述了各种误差的来源,包括系统误差、随机误差、过失误差等,并介绍了如何通过校准、补偿、平均等方法来减小这些误差的影响。我尤其被书中关于不确定度传播的理论所吸引,这让我理解了如何将各个分量的不确定度进行科学的组合,以获得整个测量过程的综合不确定度。书中还介绍了多种统计学方法,如卡尔曼滤波、贝叶斯估计等,这些方法能够有效地融合多源数据,减小测量噪声,提高测量精度。例如,在惯性导航系统中,如何利用卡尔曼滤波来融合来自加速度计和陀螺仪的测量数据,以获得更稳定、更精确的位置和姿态信息。这本书让我明白,智能仪器仪表不仅仅是“测量”,更是“精确地测量”,而对测量不确定度和误差的深刻理解,是实现更高精度、更可靠智能化的基石。

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这本书中的“原理”部分,以一种极其细致和系统的方式,为我揭示了智能仪器仪表背后的科学奥秘。我尤其欣赏书中对信号处理与识别技术深入浅出的讲解。过去,我可能只知道仪器仪表会产生各种各样的信号,但具体如何从这些原始信号中提取有用的信息,对我来说是一个巨大的谜团。这本书则一步步地引导我理解了数字信号处理(DSP)的基本原理,包括采样、量化、滤波等关键步骤。书中对于各种滤波算法的详细介绍,如低通滤波、高通滤波、带通滤波等,并结合具体的应用场景,让我明白了如何去除信号中的噪声,提取目标信号。更让我着迷的是,书中对模式识别和机器学习在仪器仪表中的应用进行了详尽的阐述。无论是基于统计学的分类算法,还是基于神经网络的深度学习模型,书中都通过清晰的图示和逻辑严谨的公式,展示了它们如何帮助仪器仪表“理解”和“判断”采集到的数据。例如,在振动分析领域,如何利用机器学习算法来识别设备运行中的异常模式,从而提前预警潜在的故障,这让我看到了智能仪器仪表在预测性维护方面的巨大价值。书中对于模糊逻辑、专家系统等传统人工智能方法的介绍,也为我理解早期智能仪器仪表的发展历程提供了宝贵的视角,让我得以窥见智能化的演进脉络。

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阅读《智能化仪器仪表原理及应用》这本书,我仿佛经历了一次思想的革新。我一直对“系统”这个概念感到有些抽象,但这本书通过对仪器仪表系统化设计的阐述,让我对其有了直观而深刻的理解。书中详细介绍了构成一个完整的智能化仪器仪表系统所需的各个组成部分,包括传感器、信号处理单元、控制器、执行器、通信模块以及用户接口等。并且,书中强调了这些组成部分之间的协同工作和信息交互的重要性。我了解到,一个优秀的智能化仪器仪表设计,需要考虑各个模块之间的匹配性和整体系统的优化。例如,在医疗设备的设计中,如何确保传感器采集的生理信号能够被准确、快速地处理,并最终通过控制器驱动执行器产生预期的治疗效果,这需要对整个系统进行周密的考量。书中还介绍了系统级的仿真与测试技术,展示了如何在实际部署之前,通过计算机仿真来验证系统的性能和可靠性,这对于降低开发成本和提高产品质量至关重要。这本书让我认识到,智能化仪器仪表并非孤立的器件,而是一个有机、协同工作的整体,它的效能取决于各个部分的有效集成和系统级的优化设计。

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读完《智能化仪器仪表原理及应用》,我仿佛拥有了一双能够洞察科技脉搏的眼睛。这本书对于“应用”部分的阐述,更是让我惊叹于智能仪器仪表如何在各行各业中扮演着至关重要的角色。在工业自动化领域,书中对智能仪表在生产过程中的监控、优化和故障诊断的深入探讨,彻底颠覆了我过去对工厂生产的刻板印象。我看到了如何通过智能流量计、智能压力计、智能温度计等,实时采集生产数据,并利用大数据分析和机器学习算法,对生产过程进行预测性维护,从而大大降低了设备故障率,提高了生产效率。书中对于工业物联网(IIoT)的阐述,更是让我看到了仪器仪表如何通过网络连接,形成一个庞大的智能化系统,实现设备间的互联互通和协同工作。在医疗健康领域,书中关于智能医疗设备的应用,让我对未来的医疗诊断和治疗充满了信心。例如,智能化的生理参数监测设备,能够24小时不间断地采集患者的心率、血压、血糖等关键数据,并通过云平台实时传输给医生,以便及时发现病情变化。书中对智能影像诊断设备、智能手术机器人等的介绍,更是让我看到了人工智能在提升医疗服务水平方面的巨大潜力。这些智能仪器仪表不仅提高了诊断的准确性和效率,也为医生提供了更精确的手术操作支持,最终惠及的是每一位患者。这本书让我深刻地体会到,智能仪器仪表并非冷冰冰的技术,而是连接人类健康、提升生活品质的重要桥梁。

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这本书的“应用”部分,描绘了一幅科技改变生活的宏大画卷。我尤其被书中关于智能交通系统(ITS)的介绍所吸引。过去,我可能只是简单地看到交通信号灯在工作,但这本书让我了解了智能交通系统是如何通过各种传感器、摄像头、雷达等仪器仪表,实时采集交通流量、车速、天气状况等信息,并通过大数据分析和人工智能算法,对交通进行优化管理。例如,书中对智能交通信号灯的动态调控,如何根据实时车流量变化,调整信号灯的配时,以减少拥堵,提高通行效率。对智能导航系统,如何利用GPS、地图数据和实时交通信息,为驾驶员规划最优路线,也让我看到了科技为出行带来的便利。此外,书中对智能安防系统,如智能视频监控、智能门禁系统等的介绍,也让我看到了智能仪器仪表在保障社会安全方面的重要作用。例如,智能视频分析技术,能够自动识别异常行为,及时预警潜在的危险,大大提升了安防效率。这本书让我认识到,智能仪器仪表已经渗透到我们生活的方方面面,正在以前所未有的方式提升我们的生活质量和安全水平。

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《智能化仪器仪表原理及应用》这本书,让我对“人机交互”在仪器仪表中的重要性有了全新的认识。我过去可能认为仪器仪表就是一种工具,用户与其交互的界面越简单越好。然而,书中对用户体验和人机交互设计的深入探讨,让我意识到,一个直观、友好的用户界面,能够极大地提升仪器的易用性和用户的满意度。书中介绍了图形用户界面(GUI)的设计原则,以及如何通过合理的布局、清晰的标识和便捷的操作,让用户能够轻松地理解和使用复杂的智能仪器仪表。例如,在医疗诊断设备中,一个清晰易懂的操作界面,能够帮助医务人员快速准确地进行各项检查和分析,从而提高工作效率。书中还介绍了虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等新兴技术在仪器仪表人机交互中的应用潜力。例如,通过VR技术,可以在虚拟环境中模拟复杂设备的维修操作,帮助技术人员进行培训和练习。AR技术则可以将设备的关键信息叠加在实际的设备视图上,为现场维护提供直观的指导。这本书让我看到,智能仪器仪表不仅仅是技术先进的工具,更是能够与用户和谐共存、高效协作的伙伴。

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这本书就像是打开了我对“智能”这个词全新的认知维度。我一直以为智能更多的是存在于科幻小说里的概念,或者仅限于那些高端的、离我们很远的高科技产品。然而,《智能化仪器仪表原理及应用》这本书,却以一种非常扎实、严谨,但又充满魅力的学术风格,将“智能”这个概念深深地植入了我们日常生活中无处不在的仪器仪表之中。我特别被书中关于传感器技术的部分所吸引。过去,传感器在我眼中只是一个简单的信号采集器,但通过书中对各种先进传感器的原理分析,我才意识到它们是如何通过感知环境的细微变化,并将其转化为机器能够理解的数据。书中详细阐述了光学传感器、声学传感器、力学传感器、生物传感器等等,并且深入剖析了它们的物理基础、工作机制以及在不同应用场景下的优缺点。例如,关于MEMS(微机电系统)传感器,书中不仅解释了其微型化带来的优势,更详细介绍了其制造工艺和集成化发展的趋势,这让我对未来小型化、高性能仪器仪表的发展充满了期待。同时,书中对数据融合技术的部分也给我留下了深刻的印象。过去,我可能只看到单一传感器提供的信息,但这本书却让我理解了如何将来自不同传感器的数据进行有效整合,以获得更全面、更准确的环境认知。例如,在自动驾驶领域,如何融合激光雷达、摄像头、毫米波雷达等多种传感器的数据,以实现对复杂交通环境的精准感知,书中提供了许多理论上的框架和实践上的思路。这种多维度、系统性的视角,让我看到了仪器仪表从单一功能向智能化、网络化、集成化演进的强大生命力。

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《智能化仪器仪表原理及应用》这本书,让我对“未来”有了更清晰的憧憬。书中关于新兴技术在仪器仪表中的融合应用,尤其是人工智能和物联网的结合,让我看到了科技发展的无限可能。我被书中对物联网(IoT)在仪器仪表中的应用进行了详尽的阐述所吸引。我了解到,通过将仪器仪表连接到互联网,可以实现远程监控、数据共享和协同控制,极大地拓展了仪器仪表的应用范围和智能化水平。书中介绍了各种物联网通信协议,如MQTT、CoAP等,以及它们在构建智能仪器仪表网络中的作用。例如,在智慧农业中,通过部署大量的土壤湿度传感器、光照传感器等物联网设备,可以实时监测农作物的生长环境,并根据数据自动调节灌溉和施肥,实现精准农业,提高产量和节约资源。书中对边缘计算在仪器仪表中的应用也进行了探讨,这让我理解了如何在设备端进行部分数据处理和智能决策,以降低网络延迟和提高响应速度。这本书让我看到了智能仪器仪表正在引领我们迈向一个万物互联、智能涌现的新时代。

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《智能化仪器仪表原理及应用》这本书,让我对“智能化”的内涵有了更深刻的理解。我过去可能认为智能化就是增加一些自动化的功能,但通过这本书,我才意识到,真正的智能化是基于对事物本质的理解和对复杂关系的建模。书中对于控制理论与智能控制的结合,是我非常着迷的一个部分。我了解了PID(比例-积分-微分)控制器作为传统控制的基础,以及它在改善系统响应速度和稳定性方面的作用。但更让我眼前一亮的是,书中对自适应控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等智能控制策略的介绍。这些智能控制方法能够根据系统参数的变化或环境的扰动,自动调整控制参数,实现更优的控制效果。例如,书中对机器人手臂的智能轨迹规划和控制进行了详细分析,展示了如何通过学习和优化,让机器人手臂能够完成复杂、精密的动作。在环境监测领域,智能传感器如何根据实时采集的环境数据,自主调整监测策略,以提高监测的效率和准确性,也让我看到了智能控制在资源优化方面的潜力。这本书让我深刻理解了,智能仪器仪表不仅仅是数据的收集者,更是能够基于数据进行智能决策和自主执行的“大脑”,这对于实现更高级别的自动化和智能化具有里程碑式的意义。

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