V M0
固体标本在空气中的重量为：P1=Mg 在水中的重量为：P2=（M--M0）g，
0

P1 P2 0 g
则浸没在水中前后的重量差为：P1--P2=M0g，
M V
其中g表示重力加速度，M0表示与固体标本同 体积的水的质量。根据阿基米德浮力定律， 不规则固体的体积为： M 0 P1 P2
第八章 智能仪器设计实例
第一节 第二节 智能仪器的设计原则及研制 固体密度测试仪的研制
第三节 基于DSP处理器的地下管道
漏水检测仪设计
实例1：
固体密度测试仪的研制
三种固体密度测试法 :有天平法、机械 法、电子自动法。
测量原理 硬件电路设计 软件设计 测试结果分析
一、电子自动法测量原理
二、地下管道漏水检测仪设计
1.设计原理
LOA (t V0 LAB ) / 2
LOB ( LAB t V0 ) 2
1.84V 1.84 1500 f f Hz 3000 Hz 2a 2 3.14 0.15
漏水声音信号与传感器
3.相关测漏仪硬件设计
测试数据（g/cm3）







2.689 2.690 2.689 2.689 2.691 2.678 2.688 2.686 2.687 2.688
平均值（g/cm3） 2.687
均方差（g/cm3） 0.0035
实例2：基于DSP的地下管道漏 水检测仪设计
相关检测漏水原理
一、TMS320VC5402性能特点 及应用开发
则 U01 = EΔR/R = KP 式中：K—重力到电压的转换系数； P—电阻传感器所受到的重力； U01—传感器桥路输出电压；
E—电桥电源电压。
对应0-450克的重量范围， 本传感器的输出电压0-10mv。
2．信号放大电路
由于传感器输出信号较弱，为了进行有效放 大，提高抗干扰能力，信号放大电路中采用 了仪用放大器AD620。
V
0

0 g
则不规则固体的密度为：
P/g P ( P P ) /( g ) PP
1 1 0 1 2 0 1 2
式中σ 0 为水的密度，因为σ 0=1g/cm3 ，于是 所测固体的密度为：
P1 P1 P2
可见，只要分别求出不规则固体在空气中的重 量P1和该固体在水中的重量P2，根据上式即可得 到被测固体的密度值。
3．数字信号处理电路
数字信号处理电路由AT89C51单片机及外围电 路组成
三、软件设计
软件主要包括上 电自检、逻辑判 断初始化、数据 存储、测试计算、 出错处理五大模 块。
四、测试结果
1．主要技术指标 测量密度范围：1—7.5g/cm3； 均方误差<0.01； 测量体积范围：（50—300）cm3； 体积分辨率：0.1cm3； 测量重量范围：<500g。
电子自动法是一种基于阿基米德浮力定 律实现对固体的密度测试的方法。 物理学中密度的定义为物体单位体积的 质量数。 在测量密度时，首先测量固体标本在空 气中的重量，再将固体标本浸没在装有 水的容器中，测量固体受水浮力后的重 量，根据阿基米德浮力定律可求出固体 的体积，计算密度值。

设固体标本的质量为M、体积为V，测量 密度为σ ，有：σ =M/V
（1）.24位A/D CS5360与DSP的接口
模数转换输出时序图
模数转换器与DSP连接原理图
(2).程序存储空间
DSP与FLASH的连接框图
(3).数据空间的扩展
DSP与SRAM的连接图
(4).通信模块
4．软件设计
数 据 处 理 软 件 流 程
B通道的信号波形
A通道的信号波形
B通道信号滤波前的功率谱
二、硬件电路设计
密度仪组成框图
1、传感器设计
应变片压阻电桥
固体密度测量系统中传感器由四片性能完全相同的压阻式应 变片组成，通过压阻效应实现重力到电阻的转换，再由电桥 将电阻的变化转换为电压。其中，应变片R1、R3是受压电阻， 应变片R2、R4是受拉电阻。 若 R1 =R3 =R2 =R4=R；ΔR1=ΔR2=ΔR3=Δ思考题与习题
1．简述智能仪器设计的基本要求。 2．智能仪器设计时一般应遵循的基 本原则。怎样理解“组合化与开放式 设计思想”。 3． 智能仪器中微机系统有哪几种构 成方式，分别适用于哪些场合？ 4． 总结目前市场流行的单片机型号、 特点。
5．TMS320系列DSP中，有哪些芯片适合智能仪器， 概括其主要性能特点。 6．简述《仪器设计任务书》的主要内容、主要作用 和编写注意事项。 7．智能仪器设计时如何考虑硬件和软件之间的关系。 8．简述微处理器内嵌式智能仪器硬件设计时应注意 哪几方面的问题。 9．简述智能仪器软件调试、综合调试、整机性能测 试的一般方法。 10．画出相关处理的快速算法流程。概述相关检测 的主要应用。 11．自选仪器设计题目，能较充分体现你的设计能 力、综合所学知识、展示创新性构想，提出设计方 案，论证充分。