崔小英 劉萍

（1.江西昌河汽車有限責(zé)任公司北京分公司 北京市 101300 2.北京衛(wèi)星制造廠有限公司 北京市 100094）

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)和各學(xué)科產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)科內(nèi)容被應(yīng)用到實(shí)際生活中。但是各學(xué)科的實(shí)際應(yīng)用，基本上都離不開測(cè)控技術(shù)，其中尤其以測(cè)控技術(shù)在電子技術(shù)中的應(yīng)用尤為突出。簡(jiǎn)單地說(shuō)測(cè)控技術(shù)可以分為測(cè)量和控制，結(jié)合電子技術(shù)的高速發(fā)展，特別是集成電路的廣泛應(yīng)用，為測(cè)控技術(shù)提供了極為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用前景。

1 測(cè)控技術(shù)和電子技術(shù)的簡(jiǎn)單概述

測(cè)控技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是測(cè)量和控制，測(cè)量既包括宏觀量的測(cè)量，也包括微觀量的測(cè)量。比如物體的長(zhǎng)度、寬度、高度等信息，都可以通過測(cè)量來(lái)得到，以往通過測(cè)量得到的信息要經(jīng)過人再進(jìn)行二次計(jì)算或者多次計(jì)算后得到我們想要的數(shù)據(jù)信息（比如通過長(zhǎng)寬高計(jì)算體積等），這都可以理解為測(cè)量技術(shù)在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用。而在較小尺度內(nèi)的或者不那么直觀的測(cè)量操作，一般通過一些測(cè)量傳感器等來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如測(cè)量風(fēng)速等等。

控制指的是通過操作人員自身或者機(jī)械自動(dòng)化的干預(yù)操作，從而使得事物的發(fā)展向一個(gè)趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)作，或是在一個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)重復(fù)動(dòng)作[1]。而在測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用中，一般干預(yù)操作是通過電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過程控制，通過測(cè)量結(jié)果和自動(dòng)化的干預(yù)控制，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的反饋調(diào)節(jié)。

電子技術(shù)又分為模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)，依靠集成電路的高速發(fā)展和元器件制作工藝的進(jìn)步，發(fā)展迅速，得以在很小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)極高的集成度。由于這種特性，使電子技術(shù)在廣泛領(lǐng)域內(nèi)得以應(yīng)用，在能源、醫(yī)療、建筑、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮著極為重要的作用。

測(cè)控技術(shù)和電子技術(shù)的結(jié)合，可以充分結(jié)合發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，測(cè)控技術(shù)的測(cè)量和控制系統(tǒng)，借助電子技術(shù)的集成化，可以將測(cè)量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)做到高度集成化、自動(dòng)化，從而實(shí)現(xiàn)更高效的應(yīng)用。

現(xiàn)代控制系統(tǒng)主要由五個(gè)部分組成，包括控制器，測(cè)控應(yīng)用軟件，控程設(shè)備，總線與接口及被測(cè)對(duì)象構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)。測(cè)控結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 控制器

對(duì)于控制器是整個(gè)系統(tǒng)的中心，起著協(xié)調(diào)與指揮的作用，通過單片機(jī)計(jì)算機(jī)等進(jìn)行整體的控制。

1.2 測(cè)控應(yīng)用軟件

通過測(cè)控應(yīng)用軟件，主要判斷測(cè)試系統(tǒng)的正確性，可以執(zhí)行應(yīng)用程序儀器驅(qū)動(dòng)組成等。

1.3 程控設(shè)備

程控設(shè)備，它的功能主要包括存儲(chǔ)顯示等程控設(shè)備，主要是由執(zhí)行器存儲(chǔ)器顯示器等元件組成。

1.4 總線與接口部分

總線與接口部分，通過usb 電纜連接器等將控制器與程控設(shè)備進(jìn)行連接，形成一個(gè)完整的通路，使系統(tǒng)可以進(jìn)行順暢良好的運(yùn)行。

1.5 被測(cè)對(duì)象

被測(cè)對(duì)象通過被測(cè)設(shè)備與接口連接，可以將對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控。

2 監(jiān)控技術(shù)在電子技術(shù)方面的應(yīng)用

圖1：測(cè)控結(jié)構(gòu)圖

新型的傳感技術(shù)是在測(cè)控技術(shù)中非常重要的一個(gè)部分，目前對(duì)于新型傳感技術(shù)的開發(fā)包含了以下幾個(gè)方面，智能化傳感器集成傳感器微型氣體傳感器新型網(wǎng)絡(luò)傳感器等，針對(duì)智能的傳感器主要是利用新內(nèi)壓監(jiān)測(cè)和火車的狀態(tài)監(jiān)控等，集成化傳感器主要利用溫度壓力進(jìn)行測(cè)量，數(shù)字化傳感器對(duì)目前來(lái)說(shuō)是非常常見的一種，主要用于監(jiān)控環(huán)境測(cè)量等，而對(duì)于社會(huì)安全來(lái)說(shuō)，通常用于國(guó)防交通化工醫(yī)學(xué)等方面利用的傳感系統(tǒng)為微型氣體傳感器，在所有的類型中，最為重要的則是目前新型的網(wǎng)絡(luò)傳感器，它應(yīng)用于生活的各個(gè)層面，包括軍事農(nóng)業(yè)城市管理等，對(duì)社會(huì)的建設(shè)與和諧也做出了很大的貢獻(xiàn)。

在測(cè)控技術(shù)中，另一項(xiàng)非常重要的就是遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用，這也是目前工業(yè)領(lǐng)域中，著力發(fā)展的一個(gè)主要方向，對(duì)于專線的遠(yuǎn)程技術(shù)控制，也有核心的監(jiān)測(cè)站進(jìn)行選擇遠(yuǎn)程監(jiān)控，這樣也可以極大地方便大型工程的監(jiān)測(cè)工作，無(wú)線通信遠(yuǎn)程監(jiān)控可以對(duì)煤氣水電等自動(dòng)抄表進(jìn)行控制，網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)控的融合，極大地方便了日常生活中的操作，同時(shí)對(duì)人類的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。

現(xiàn)代的測(cè)控總線技術(shù)是將處理器上連接的各個(gè)部件進(jìn)行大幅度的處理，增加系統(tǒng)的可靠性開放性和兼容性，使整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單化，方便更換各種的零件，同時(shí)也降低系統(tǒng)的成本，通過使用usb 應(yīng)用可以在低速的設(shè)備上進(jìn)行總線技術(shù)的運(yùn)行，GPIB 總線技術(shù)也可以使整個(gè)測(cè)控技術(shù)向大規(guī)模的方向發(fā)展，這些都有利于對(duì)于監(jiān)控總線技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)，也使總線技術(shù)向電子方向發(fā)展奠定了很好的基礎(chǔ)，自動(dòng)化正在逐漸融入總線結(jié)構(gòu)當(dāng)中，這樣大大的提高了企業(yè)的自動(dòng)化管理和網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的發(fā)展，從而節(jié)約更多的成本。

虛擬儀器技術(shù)是當(dāng)前工業(yè)行業(yè)衍生出來(lái)的新型產(chǎn)物，通過與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合是測(cè)控技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了功能強(qiáng)大技術(shù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)也是在測(cè)試領(lǐng)域中的一項(xiàng)重大突破，虛擬儀器技術(shù)，它不僅僅擁有著超強(qiáng)的靈活性，并且交互性更強(qiáng)，特點(diǎn)的突出使它更趨近于系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化，對(duì)于虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用，主要是用于蠶種催青過程的無(wú)損質(zhì)量檢測(cè)，二是通過利用視覺性軟件進(jìn)行秧苗分析，預(yù)測(cè)發(fā)芽期和秧苗數(shù)量，監(jiān)測(cè)秧苗質(zhì)量，第三，也可以應(yīng)用于現(xiàn)代的農(nóng)機(jī)化教育管理，第四，通過進(jìn)行可測(cè)量液體變矩器不同壓力級(jí)轉(zhuǎn)數(shù)下的性能參數(shù)，這些都可以表明虛擬儀器技術(shù)在當(dāng)代的應(yīng)用廣泛，并且它廣泛地在農(nóng)業(yè)和電子方面有著很突出的作用。

3 測(cè)控技術(shù)在工農(nóng)業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)中，測(cè)控技術(shù)與電子技術(shù)結(jié)合的實(shí)際應(yīng)用簡(jiǎn)單范例就是蔬菜大棚的溫濕度控制系統(tǒng)，通過溫濕度傳感器對(duì)大棚內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，并且實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)環(huán)境的溫濕度超出程序設(shè)定閥值時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行溫濕度控制。如當(dāng)溫濕度高于設(shè)定范圍時(shí)，觸發(fā)通風(fēng)降溫除濕系統(tǒng)自動(dòng)開機(jī)運(yùn)行進(jìn)行工作，當(dāng)溫濕度值降到合適范圍之后控制系統(tǒng)關(guān)機(jī)等待下次被喚醒，檢測(cè)系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)。

在這個(gè)簡(jiǎn)單的農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中，體現(xiàn)出了測(cè)控技術(shù)的幾個(gè)特點(diǎn)：智能化、自動(dòng)化、高精度、高效節(jié)能。

根據(jù)程序設(shè)定判斷溫濕度量是否在設(shè)定范圍內(nèi)，根據(jù)溫濕度量的不同判斷是否開啟或關(guān)閉控制系統(tǒng)，利用高精度的傳感器進(jìn)行測(cè)量量的判斷，分別體現(xiàn)出系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化和高精度的特點(diǎn)。而整個(gè)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，使得部分系統(tǒng)在不需要工作的時(shí)候關(guān)閉或者進(jìn)行休眠部分，只保持關(guān)鍵系統(tǒng)的運(yùn)行，并且整個(gè)過程中不需要人力的介入，所以系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能、節(jié)省人力的目的。

3.2 在工業(yè)中的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)中，常見的應(yīng)用案例往往體現(xiàn)在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，不同的產(chǎn)線根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同、工種的不同，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求也不同，將產(chǎn)線作為一個(gè)整體來(lái)看，整個(gè)應(yīng)用可以體現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、系統(tǒng)化?；谝陨咸攸c(diǎn)測(cè)控系統(tǒng)可以將復(fù)雜的系統(tǒng)功能進(jìn)行拆解、模塊化，以線性網(wǎng)絡(luò)的形式將各個(gè)模塊進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)化的功能。這樣做的好處是能將復(fù)雜的系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，降低系統(tǒng)的開發(fā)難度，更加易于使用和維護(hù)，降低使用門檻，容易定位故障和便于維修，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)也更加的經(jīng)濟(jì)，當(dāng)某一模塊故障或替換的時(shí)候，只需要更換該模塊的零部件，不需要進(jìn)行整條產(chǎn)線的調(diào)整。

4 測(cè)控技術(shù)所帶來(lái)的實(shí)際意義

測(cè)控技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及其它各行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，能為企業(yè)或者個(gè)人生活帶來(lái)哪些具體的意義和效果呢？

4.1 更加高效可靠

測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用使得系統(tǒng)運(yùn)行的更加高效、更加可靠，自動(dòng)化的控制可以根據(jù)預(yù)設(shè)的程序直接動(dòng)作，控制更加精準(zhǔn)和高效，而且在高度集成的電子技術(shù)下，可以將整個(gè)控制系統(tǒng)做的更加的小和精準(zhǔn)，避免外界環(huán)境對(duì)控制系統(tǒng)過多的干擾，也避免了人為控制所帶來(lái)的不可控的隨機(jī)的后果，尤其是在數(shù)字電路的以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)越來(lái)越完善的今天，也更加的容易對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和控制，避免模擬信號(hào)在一系列的傳輸過程中的衰減和干擾等問題，從而保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

4.2 靈活度更高

測(cè)控技術(shù)結(jié)合電子技術(shù)的應(yīng)用，可以很方便的實(shí)現(xiàn)功能的模塊化，進(jìn)一步進(jìn)行組網(wǎng)，根據(jù)不同的需求、不同的功能、不同的應(yīng)用場(chǎng)景特點(diǎn)，選擇不同的部署方式和功能要求。模塊化的部署和實(shí)施，相較于集成化的產(chǎn)品，其可移植性很高?？梢院芊奖愕倪M(jìn)行移動(dòng)的部署和實(shí)施。在保持核心功能不變的情況下，只需要根據(jù)部署環(huán)境的變化進(jìn)行調(diào)整。其靈活性不止體現(xiàn)在部署上的靈活性，更在于軟件移植的靈活性，相同的硬件設(shè)備，可以通過更改部分參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能的調(diào)整。而且軟件代碼在不同型號(hào)的平臺(tái)上可移植性比較高，可以根據(jù)處理業(yè)務(wù)量的大小選擇不同性能版本的處理器，在保證業(yè)務(wù)處理需求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)核心代碼的移植。

4.3 安全性好

現(xiàn)在許多工程都在一個(gè)比較危險(xiǎn)的環(huán)境下，如高溫、高濕、高大氣壓。又或者許多工程項(xiàng)目要操控的內(nèi)容危險(xiǎn)系數(shù)比較高，比如對(duì)高壓電的控制，有些高壓電網(wǎng)的開合啟停并不適合人去進(jìn)行操作，很容易被其產(chǎn)生的高壓電電弧所傷。在這種情況下可以經(jīng)由測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行控制，即通過對(duì)人體無(wú)害的弱電來(lái)控制強(qiáng)電。或者通過控制系統(tǒng)來(lái)提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率，降低能量損耗等等。

5 測(cè)控技術(shù)應(yīng)用的未來(lái)展望

5.1 與AI系統(tǒng)進(jìn)行智能化結(jié)合

測(cè)控技術(shù)的智能化主要表現(xiàn)在現(xiàn)代電子測(cè)控的應(yīng)用技術(shù)中[2]?，F(xiàn)在電子技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)到達(dá)了一定的水平，測(cè)控技術(shù)也依托于高度集成化的電子電路得以長(zhǎng)足的發(fā)展。目前人工智能技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)的測(cè)控系統(tǒng)，一般是依托人編寫的軟件程序進(jìn)行控制和執(zhí)行，當(dāng)遇到不在系統(tǒng)內(nèi)的情況或者較為復(fù)雜的情況時(shí)，仍然需要依托人來(lái)進(jìn)行判斷和控制，這個(gè)時(shí)候就要重新編寫修改代碼。而結(jié)合人工智能技術(shù)，測(cè)控系統(tǒng)將擁有自主學(xué)習(xí)和判斷的能力，在遇到復(fù)雜和未知情況時(shí)可以自主判斷并做出最優(yōu)的響應(yīng)和動(dòng)作，在反復(fù)的學(xué)習(xí)中，其響應(yīng)的準(zhǔn)確度和靈敏度會(huì)持續(xù)上升，對(duì)于環(huán)境中細(xì)微的關(guān)鍵的情況判斷也將更準(zhǔn)確。

5.2 綠色化、高效節(jié)能化

雖然目前測(cè)控系統(tǒng)的執(zhí)行效率已經(jīng)很高，但是仍然有部分系統(tǒng)存在著能源利用率低、轉(zhuǎn)換效率低等問題。例如在能源領(lǐng)域，無(wú)線輸電技術(shù)仍然還不成熟，主要存在兩個(gè)問題，一是傳輸距離短，二是能源轉(zhuǎn)換效率低。要想解決這個(gè)問題，除了電子電路技術(shù)的改進(jìn)之外，測(cè)控算法的優(yōu)化也很重要。未來(lái)，綠色化的發(fā)展理念是大勢(shì)所趨，在做好能源轉(zhuǎn)化和能源利用率之上，測(cè)控系統(tǒng)使用的能源將更加的持久，對(duì)環(huán)境的影響將會(huì)更小。

6 干擾因素

6.1 電磁干擾

在生產(chǎn)流程過程中對(duì)流程進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，外部因素對(duì)其影響較大，如果沒有很好地進(jìn)行干擾源的控制，則會(huì)降低整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，在電氣設(shè)備運(yùn)行過程中，由于電流和電壓時(shí)刻發(fā)生變化，則周圍產(chǎn)生的電磁場(chǎng)也具有間接性的特點(diǎn)，當(dāng)電壓與電流變化較快時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，通過與電路作用，會(huì)使整個(gè)磁場(chǎng)范圍擴(kuò)大，進(jìn)而影響測(cè)控電路的運(yùn)行效率，對(duì)此需要對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，確定干擾源后進(jìn)行接地導(dǎo)體來(lái)保護(hù)整個(gè)電路不受影響。

6.2 地線干擾

電流沿著地線流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的阻抗性，從而會(huì)導(dǎo)致電壓的相對(duì)增加，使整個(gè)電線的承受負(fù)載加大，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，這樣會(huì)造成電流的穩(wěn)定性較差，電纜之間的電差較大，形成差模電壓，導(dǎo)致電路無(wú)法正常運(yùn)行，這樣就需要對(duì)接地技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，防止此項(xiàng)干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過程中，測(cè)控技術(shù)從高端的應(yīng)用領(lǐng)域到日常生產(chǎn)生活中的實(shí)際應(yīng)用從簡(jiǎn)單的測(cè)量、控制，到結(jié)合電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)集成化的大發(fā)展，測(cè)控技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的步伐已經(jīng)邁出一大步，現(xiàn)在隨著數(shù)據(jù)價(jià)值的提高，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是依托于大數(shù)據(jù)的人工智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用提供了契機(jī)，這個(gè)契機(jī)在于測(cè)控技術(shù)應(yīng)用的智能化，擁有自主判斷和學(xué)習(xí)的能力，而不僅僅只限于按照既定的程序執(zhí)行，這將對(duì)輔助人類進(jìn)行更進(jìn)一步的生產(chǎn)作業(yè)帶來(lái)更大的意義。