2.1.4現代測控技術的發展趨勢9
1.設計任務書
《測控系統綜合設計》設計任務書(四)
一、設計任務
本課題所要求設計的基於虛擬儀器技術的語音採集系統硬體由語音晶元、mic、喇叭和放大電路組成，其工作原理為語音晶元中包含的**由喇叭發出，mic採集**訊號，經過放大電路的放大，送入ni elvis ii資料採集平台的模擬輸入通道，然後利用虛擬儀器軟體開發平台labview來開發系統軟體，以實現對語音頻號的採集、分析、處理與報表生成等。語音頻號由計算機進行分析和處理，在程式中通過設定取樣點和取樣率，對資料進行時域和頻域的分析、處理，可以觀察音訊的分布和語音頻號的特點。具體指標與要求如下：
(一)硬體設計要求
1、理解語音頻號的特點，認識語音頻號處理的一些基本方法。要求對語音採集訊號調理電路進行設計，說明其工作原理。
2、理解ni elvis ii資料採集平台的工作原理，通過ni elvis ii資料採集平台對語音頻號及其調理電路出來的電壓訊號進行採集、分析與處理。
(二)軟體設計要求
要求採用狀態機的軟體設計結構來設計語音採集系統軟體。系統軟體具有「系統初始化」、「系統等待」、「資料採集」、「報表生成」「開啟報表」、「退出」等功能。具體要求如下：
1、系統初始化
語音採集系統軟體執行後，首先進入系統初始化狀態。系統初始化狀態主要可以對ni elvis ii資料採集平台，所用的資料採集通道及軟體介面上的所有控制項進行初始化。系統初始化結束後，軟體進行等待狀態中，等待其他功能的選中與執行。
2、系統等待
在系統等待狀態下，使用者可選擇其他功能並執行。要求系統等待狀態採用事件驅動結構來實現。
3、資料採集
要求系統可以對語音頻號進行連續的實時採集、分析與顯示。可對取樣引數進行設定包括對所用ni elvis ii資料採集平台物理通道、取樣速率、每通道取樣點數等引數的設定。可對頻域波形引數進行設定包括對頻域波形型別、截止頻率(hz)、上限截止頻率(hz)、下限截止頻率(hz)等引數的設定。
將採集到的時域波形等引數進行實時顯示。對訊號進行頻譜分析並顯示其頻譜波形。
4、報表生成
報表生成功能可以實現對語音頻號連續採集與分析過程中的相關引數包括所用ni elvis ii資料採集平台物理通道，電壓最大值、最小值、取樣速率、每通道取樣點數、時域波形、頻譜波形等引數或波形作為報表的內容進行儲存。
5、開啟報表
開啟報表功能可以對儲存的報表進行開啟以便進行離線進行分析和處理。
6、退出
按下「退出」鍵，將退出系統軟體。
要求系統軟體介面設計友好，方便操作。在系統軟體介面即前面板上必須有狀態顯示欄，以顯示軟體當前執行的狀態。
二、設計目的
通過本次設計使學生具備：
(1) 初步了解測控系統的設計步驟，掌握系統設計方法，加深對專業理論知識的理解，能夠綜合運用所學的《感測器原理與檢測技術》、《虛擬儀器技術》、《測控電路》、《測控系統原理與設計》等專業知識設計測控系統各個單元，並組成系統。
(2) 通過制定測控系統設計方案，合理選擇感測器及其他元件，正確計算、選擇各電路和元件引數，確定尺寸和選擇材料，以及較全面地考慮製造工藝、使用和維護等要求，達到了解和掌握測控系統綜合設計過程和方法的目的。
(3) 進行設計基本技能的訓練。如：計算、繪圖、熟悉和運用設計資料（手冊、圖冊、標準和規範等）以及使用經驗資料、進行經驗估算和資料處理及計算機應用的能力。
(4)了解現代儀器科學與技術的發展前沿，學習和掌握基於虛擬儀器技術的測控系統組成和工作原理；進一步掌握虛擬儀器labview圖形化軟體設計方法與除錯技巧。
(5)培養學生查閱資料的能力和運用知識的能力；提高學生的**撰寫和表述能力；培養學生正確的設計思想、嚴謹的科學作風；培養學生的創新能力和運用知識的能力。
三、設計要求
1、了解和掌握整個以虛擬儀器技術平台構建的測控系統組成、工作原理、各單元功能和應用背景。
2、根據設計任務進行文獻資料的檢索，根據測控系統的功能和工作原理，確定測控系統的功能，制定設計方案和設計虛擬儀器面板。
3、合理選擇感測器的種類與型號，設計訊號調理電路；利用虛擬儀器技術軟體開發平台labview來編寫與除錯系統軟體。
4、按學校課程設計的撰寫規範撰寫且提交乙份完整的設計報告。
四、設計內容
1、基於虛擬儀器技術的語音採集系統硬體設計。
2、基於虛擬儀器技術的語音採集系統軟體設計。
具體設計內容詳見前面的設計任務。
五、設計報告要求
報告中提供如下內容：
1、 目錄
2、正文
(1)設計任務書(只需要列印指導教師提供的設計任務書，不要對任務書的內容進行任何的修改)；
(2)總體設計方案(包括對現代測控系統發展的概述，構建乙個測控系統的總體結構圖，語音頻號處理的基本原理、發展與概述等，語音採集訊號調理電路的設計，並根據任務書要求，選擇合適的技術引數和技術方案，對多種設計方案進行分析比較，系統總體結構圖概述等)；
(3)系統硬體設計，包括感測器的選擇(測量原理分析，感測器的量程、測量精度與結構、型號的確定)、訊號調理電路的選擇、設計及計算(根據測量要求、感測器的型別及特點，選擇或設計合適的訊號調理電路，並繪製電氣系統原理圖。)；
(4)系統軟體設計，包括系統軟體程式流程圖、前面板與框圖程式的設計及功能實現方法等；
(5)系統總體除錯、執行及其結果；要求有程式和執行結果等。
3、收穫、總結與體會
4、參考文獻(不低於20篇)
六、設計進度安排
本課程設計共需2周時間，其具體安排見下表:
七、設計考核辦法
本設計滿分為100分，從設計平時表現、設計報告及設計答辯三個方面進行評分，其所佔比例分別為20%、40%、40%。
2.總體設計方案
2.1、現代測控系統發展概述
現代測控技術是一門高新技術，以測控、測量、電子等學科為基礎，涉及計算機技術、資訊處理技術、電子技術、自動控制技術、測試測量技術、儀器儀表技術及網路技術等領域。隨著現代科學技術的飛速發展和不斷融入，加快了現代測控技術的發展，使其正朝著智慧型化、整合化、微型化、虛擬化、網路化和遠端化的方向大步邁進。作為一門實踐性很強的技術，現代測控技術在工業、農業和國防等領域的應用廣度和深度正不斷的擴大，並將為改進技水平和提高生產率做出巨大的貢獻。
2.1.1 現代測控系統概述
現代測控系統是乙個綜合系統，其目的是實現生產過程的自動化控制，它以計算機技術為核心，並集控制和測量為一體。
2.1.1.1 現代測控系統的組成
現代測控系統的組成大致可以分為五個部分，即：①控制器部分。是系統的控制中心和指揮中心，主要指計算機、小型機、微控制器等。
②程式控制裝置和儀器。包括：激勵源、程式控制伺服系統、各種程式控制開關及儀器、執行元件、儲存器件、顯示器件等。
測控應用軟體。包括 i/o 介面軟體、可執行應用程式和儀器驅動程式等。④匯流排與介面部分。
包括聯結器、電纜、插槽、機械接外掛程式等。它是連線控制器與各種裝置、程式控制儀器的通路以完成資料、命令及訊息的交換與傳輸。⑤被測物件。
主要是指生產線、系統、子系統、被測裝置等，通過電纜、開關、接外掛程式等於測控裝置相連線。根據測控任務的不同，被測物件也是千差萬別的。
2.1.1.2 現代測控系統的基本型別
按照結構不同，現代測控系統可以分為三類：基本型、閉環控制型和標準通用介面型。基本型測控系統主要由感測器、資料採集卡、訊號調理和計算機組成。
它能夠完成對多點的實時、快速測量，並能進行訊號和資料分析，消除干擾，最終做出判別。閉環控制型是指應用於閉環控制系統的測試系統，其過程的自動控制可歸納為實時資料採集、實時控制、實時判斷決策三個階段。標準通用介面型是由模組組合而成，並且所有模組的對外介面都是按照規定標準設計的。
2.1.2 現代測控技術的特點
現代測控技術的特點可以概括為：智慧型化、數位化、網路化、分布式化。
（1） 智慧型化現代測控系統中應用的儀器儀表都是智慧型化的儀器，以微處理器為基礎，具有方便使用、靈巧、多功能等特點。隨著微電子技術的發展和更多的人工智慧的不斷引入，智慧型化儀器的計算能力和計算方法將得到大大增強。
（2） 數位化數位化在測控領域中的應用主要體現在：控制器到遠端終端裝置的數位化控制，感測器的數位化控制，通訊、訊號處理等過程的數位化控制等。
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