1 智能儀表的概念
微型計算機技術和嵌入式系統的迅速發展，引起了儀器儀表結構的根本性變革，即以微型計算機為主體，代替傳統儀表的常規電子線路，成為新一代具有某種智能的靈巧儀表。這類儀表的設計重點，己經從模擬和邏輯電路的設計轉向的微機模板或微機功能部件、接口電路和輸入輸出通道的設計，以及應用軟件的開發。傳統模擬式儀表的各種功能是由單元電路實現的，而在以單片機或嵌入式系統為主體的儀表中，則由編程軟件、各種特殊而復雜的功能模塊、簡化的用戶組態編程功能以及各種典型應用的控制策略包等模塊組成的軟件，來完成眾多的數據處理和控制任務。
智能儀表將計算機技術，自動控制技術和測量技術等綜合應用于儀器儀表的設計中，從而使儀器儀表體積更小，功能增強，它所具有的軟件功能更意味著可以將人工智能嵌入其中。與一般的儀器儀表相比，智能儀表所具有的功能特點主要體現在：
(1)在測量過程中可實現軟件控制。將計算機技術應用于儀器儀表，一方面可簡化硬件的結構，提高儀器儀表的自動化程度；另一方面可以通過軟件的編程，來實現儀器儀表的多種不同功能。
(2)可對測量數據進行相應的處理。智能儀表突出的特點就是能夠對測量數據進行存儲和運算，主要表現在改進測量結果的度以及對結果的后續加工兩個方面。
(3)能夠實現多種功能。單片機的介入使智能儀表一機多用的多功能化得以實現，通過測量過程的的軟件控制以及數據處理能力，能夠實現諸如故障自動診斷，量程自動切換，圖形顯示以及輸出打印等之前的儀器儀表*的多種功能，而且各種新的功能還在不斷的進行開發。
(4)通信能力增強。智能儀表根據需求一般都配有通信接口，或者更為*的無線網絡技術，這使智能儀表具有遠程操作的能力，能夠與計算機或其他相關儀器儀表配合工作，完成更加復雜的任務。
目前智能儀表的發展現狀可以從對傳統儀表的改進和新型儀表的出現兩方面來歸納。傳統的儀表引入MCU及各類半導體新器件后，不但工作速度有了跨越式提高，在測量精度、運行可靠性、穩定性、存儲容量等方面也有了質的改變。除此，新的技術還使傳統儀表具有了目標準、自適應、自學習等功能，使精度和可靠性進一步得到提高。
智能儀表除了在傳統儀表的改進方面取得了巨大的成就以外，還開辟了許多新的應用領域，出現了許多新型的儀表。20世紀80年代以來，制造業(汽車制造、各種電子設備如電子計算機、電視機的制造等)的高速發展使CAM(Computer Aided Manufacturing計算機輔助制造)達到很高水平，它對人類生產力的提高起著巨大的推動作用。為了對CAM的工作質量進行實時監督，使成品或半成品的質量得到保證，要求實現對整個加工工藝過程中各重要環節或工位的在線檢測。因此在生產線上或檢驗室內大量應用各種CAT(Computer Aided Test計算機輔助測試)技術的儀表。
2 智能儀表的發展歷程
歷經以模擬技術為特征的電動單元組合儀表、以數模混合技術為特征的DDZ-S系列儀表的開發后，1983年，美國霍尼韋爾公司向制造工業推出了新一代智能型壓力變送器，這標志著模擬儀表向數字化智能儀表的轉變。當時的這種智能變送器已具有高精度、遠距離校驗和靈活組態的特點，并告知用戶：盡管初期購置費用較高，但會被較低的運行和維護費用所補償。緊隨其后的十年里，國外其他公司的智能壓力變送器也陸續在一些生產線上被采用，它們包括：Rosemount、Foxboro、YOKOGAWA、Siemens、E&H、Bailey、Fuji和ABB等。但由于缺少高速的智能通訊標準、用戶對于高精度監控要求并不突出、培訓等服務機制相對薄弱，當時的智能應用并不樂觀，只占到了約20%的市場。
隨著微電子、計算機、網絡和通訊技術的飛速發展以及綜合自動化程度的不斷提高，目前廣泛應用于工業自動化領域的智能儀表，其技術也同樣在過去的幾十年里得到了迅猛的發展。目前國外智能儀表占據了應用市場的絕大比重，如何結合目前智能儀表的工業應用經驗并快速跟蹤智能前沿技術應用于我國智能儀表的開發研究成為振興民族智能儀器儀表的一大突出問題。
3 智能儀表的組成
通常，智能儀表由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分包括MCU、過程輸入輸出通道(模擬量輸入輸出通道和開關量輸入輸出通道)、人機交互部分和接口電路以及USB、Internek、GPRS、短消息數據通信接口等。
主機電路用來存儲數據、程序，并進行一系列運算處理，它通常由微處理器、ROM、RAM、Flash、FRAM、I/O接口和定時計數電路等芯片組成，或者它本身就是一個單片機或嵌入式系統。模擬量輸入輸出通道用來輸入輸出模擬信號；數字量輸入輸出通道用于輸入輸出數字信號。人機交互部分是操作者與儀表之間的橋梁，通信接口則用來實現儀表與外界的數據交換功能，進而實現網絡化互聯的需求。外部時序邏輯擴展部分常用CPLD/FPGA等器件來擴展CPU的功能。顯示打印模塊用于外接打印機和LCD/LED。
智能儀表的軟件通常包括監控程序、中斷處理(或服務)程序以及實現各種算法的功能模塊。監控程序是儀表軟件的中心環節，它接收和分析各種命令，管理和協調全部程序的執行；中斷處理程序是在人機交互部分或其它外圍設備提出中斷申請并為主機響應后直接轉去執行的程序，以便及時完成實時處理任務；功能模塊用來實現儀表的數據處理和控制功能，包括各種測量算法(例如數字濾波、標度變換、非線性校正等)和控制算法(P}控制、前饋控制、純滯后控制、模糊控制等)。
4 智能儀表的優勢和特點
智能儀表在工業自動化領域的廣泛應用得益于其突出的技術優勢和特點，諸如其高穩定性、高可靠性、高精度、易維護性。以智能變送器為例，智能儀表具備如下優點：
（1）精度高
智能變送器具有較高的精度。利用內裝的微處理器，能夠實時測量出靜壓、溫度變化對檢測元件的影響，通過數據處理，對非線性進行校正，對滯后及復現性進行補償，使得輸出信號更。一般情況，精度為大量程的±0.1%，數字信號可達±0.075%。
（2）功能強
智能變送器具有多種復雜的運算功能，依賴內部微處理器和存儲器，可以執行開方、溫度壓力補償及各種復雜的運算。
（3）測量范圍寬
普通變送器的量程比大為10:1，而智能變送器可達40:1或100:1，遷移量可達1900%和-200%，減少變送器的規格，增強通用性和互換性，給用戶帶來諸多方便。
（4）通信功能強
智能變送器均可實現手操器進行操作，既可在現場將手操器插到變送器的相應插孔，也可以在控制室將手操器連接到變送器的信號線上，進行零點及量程的調校及變更。有的變送器具有模擬量和數字量兩種輸出方式（如HART協議），為實現現場總線通訊奠定了基礎。
（5）完善的自診斷功能
通過通信器可以查出變送器自診斷的故障結果信息。智能儀表建立在微電子技術發展的基礎上，超大規模集成電路的嵌入，將CPU、存儲器、A/D轉換、輸入/輸出等功能集成在一塊芯片上，甚至將PID控制組件也置入其中。加之現場總線的應用，智能儀表與控制系統之間的數字通訊將替代以往的模擬傳遞，大大提高了精度和可靠性，避免了模擬信號在傳輸過程中的衰減，長期難以解決的干擾問題得到解決。此外，由于數字通訊，節省了大量電纜、安裝材料和安裝費用。
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