仪器仪表设计应用中需要注意的问题探究
[摘 要]仪器仪表在设计和运用中会存在很多问题，本文通过对仪器仪表的设计进行分析，探讨了在设计中存在的问题和在应用上可能产生的影响，即对抗干扰、硬件和软件的协调性以及设计和运用的可靠性问题上进行了探讨。
[关键词]仪器仪表 设计应用 干扰问题 可靠性 软硬件
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0244-01
前言：
在我国工业进程不断加快的过程中，仪器仪表在工业上的使用也越来越多，对于测量数据，促进生产发展有一定作用。在仪器仪表设计上，我们要结合市场需要，进行性价比较高的软件设计和硬件选择；在仪器仪表的应用上，我们要进行可靠性和抗干扰技术的运用，这些在仪器仪表的设计中有很深的体现。
1.干扰问题
在仪器仪表的设计中，很容易产生电路的干扰问题，电子线路中的电源、接地系统、输入通道、输出通道是最容易受到干扰的部位。形成干扰的因素通常有干扰元件、如开关、继电器等等，这些成为干扰源。另外，导线和空间辐射成为了主要传播干扰的路径，以导线和空气为媒介，将干扰传播到敏感的器件上，造成干扰。这里的敏感器件数字IC、信号放大器等，电路系统的干扰方式如图：
对于设计中的干扰问题，我们要进行分析和改进，目前我们通常运用的是软件抗干扰技术和印制电路板抗干扰技术，下面我们就进行逐一分析：
1.1 软件抗干扰
我们的仪器仪表需要进行数据采集，如果受到干扰，会影响数据的精度，影响最后的测量效果。因此我们需要随软件进行抗干扰，我们可以运用数字滤波进行信号干扰的处理，我们的信号源会被干扰源阻断，我们运用自适应滤波
器接收产生的误差，使信号中的干扰逐渐趋近于0，这对于数据采集系统的抗干扰是非常有效的，但对电路内部的信号干扰效果不明显。
对于抗干扰技术，我们还有一种利用对系统进行数据处理和传输增加一些冗余位的方法，这种技术叫软件冗余技术，它可以提高软件的检错能力。我们可以运用指令复执技术以及奇偶校验进行查错，如果数据错误，软件会立刻进行反应，并命令重新检查，这种方式可以很好的抗干扰，避免误动作的产生。
1.2 印制电路板抗干扰
印制电路板随着科技的不断发展精密度越来越高，它是电路元件和电路器件的支撑件，它的设计对抗干扰有很大的作用。印制电路板为电路元件和电路器件提供电路连接，在设计时，我们要缩短高频元件的连，例如输入和输出元件就需要调整距离，远距离更有利于抗干扰。其次，我们应该避免在布置线路的过程最其进行折线大于等于90度，且要注意晶振布线和单片机引脚的距离，它们应该尽量靠近，晶振布线外壳要接到地上并且固定。最后，我们对于低频电路要将其周围形成电流环路，这样可以降低噪声，在输入和输出端口用导线进行控制，加地线，并将两条线路保持平行，这样可有效避免反馈耦合的发生。
2.软硬件协调问题
在仪器仪表的设计过程中，很容易产生软件和硬件不协调现象，这容易对仪器仪表的测量精度产生阻碍，我们要对仪器仪表的软件和硬件作出合理安排，使其在设计过程中提高维修性和测量精度。将软硬件的资源合理配置，在准备好硬件设备时及时动手设计软件，这样有利于缩短设计周期，减少设计成本。
2.1 硬件
仪器仪表的硬件设施影响着其质量，我们要先进行总体硬件框题设计，根据仪器仪表的需求，设计单元电路，也就是输入输出通道、主机电路、通信接口、信号调理电路等，再将这些硬件组合起来。我们在其设计过程中，还要考虑设备维修性的问题，方便在使用过程中对仪器仪表进行修理、维护和精度的调整，我们在设计硬件过程中要理由一定的余地。另外，仪器仪表中的报警器也是设计中很关键的一步，报警器有利于及时发现故障并进行修理。我们在绘制电路板过程中，要将电路板和面板、机箱等进行配合，加入抗干扰设施提高测量精度，这有利于增强仪器仪表的准确性和安全性。
2.2 软件
仪器仪表的软件相当于人的思想，是仪器仪表的主干，硬件固然很重要，也不能忽视软件的设计。我们要在准备好硬件总体框图以后进行软件的程序编写，并对系统作出调试。我们要根据仪器仪表的特点和要求，设计总体软件功能框图，根据不同的硬件模块，加入相应的程序语，最终将其连成一个整体。另外，我们还要进行系统调试，这是必不可少的环节，系统调试有利于对软件和硬件的相互配合，将计算机与用户连接起来，对单片机运行状态、指令模拟和硬件模拟进行调试，保证其正常运转。利用模拟开发系统调试软件，将不合理的地方改进。
3.可靠性问题
3.1 系统可靠性设计
系统是否能优生，主要是依靠系统总体方案的设计决定的，系统整体安全方案设计中重要的组成部分是系统可靠性设计，也是保证可靠性水平的关键因素，根据相关的研究数据得出，在总体设计的过程中要简化，但是尽量简化的过程中要坚持一定的科学原则。首先，综合考虑和研究系统的性能和可靠性，要注重整体的性能，避免以点带面的追求高性能，否则就会出现忽视质量和可靠性的现象。其次，在简化的过程中要采用先进技术，同时使用成熟的工艺也是非常必要的。最后，简化的过程中不是盲目的删除，而是采用标准化、科学化等科学合理的设计方法。
3.3 嵌入式微处理器应用
嵌入式微处理器是很多中仪器仪表的重要组成部分，随着新技术的融入其在降低噪音、减小仪器仪表的频率方面发挥了较大作用。低噪声嵌入式的处理器在降低系统的噪音方面作用较为突出，由于处理器在进行驱动电路的集成时会出现各种噪音，因而需要在处理器中多安置几个小管子或安置一个在功效上与多个小管子等同的大管子，且根据管子的具体等效串联相应的电阻，从而消除电流在瞬间变大时生成的噪音。嵌入式微处理器在降低外时钟的频率方面也发挥了较为突出的作用，处理器中融入内部锁相环技术以使时钟处于较低位置时仍能生成较高的总线速度，这样内部锁相环技在外时钟中的融合不但可以保证速度，还在一定程度上降低了噪音。
总结：
综上所述，仪器仪表在设计中会出现很多问题，在设计中我们要注意的是设计的安全可靠性，这对仪器仪表的应用有着重要作用。我们还要注意设计的硬件和软件之间的配合问题，在硬件选择上要注意质量，软件要根据硬件设施进行调整，注意将仪器仪表的维修性保持在一个良好状态。在设计中和应用中我们要抗干扰，这有利于提高仪器仪表的精度。
参考文献：
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