二、设计目标及技术要求

在喂食婴儿奶粉时，目前大多是由大人用手或者舌头去感觉奶粉的温度,而手的皮肤粗糙度和外界环境温度都会影响感温的准确性，容易发生烫伤小孩的事故；若大人患病时，用舌头去感知则会将病菌传给婴儿，导致严重后果。因工作等原因许多妈妈成为背奶一族，母乳质量受存储时间和存储方式的影响,若存储时间过长或方式不对，都将导致母乳酸变而不能食用。因此，婴儿喝奶时，温度是否合适，质量是否安全，是每一位家长重点关心的问题。

为避免上述各种情况的发生，针对婴儿奶的温度和PH值，设计一种多功能智能奶瓶，能够快速智能地检测出瓶中婴儿奶的冷热度和新鲜度。选取合适的传感器和微处理器实现参数实时采集，采用LED显示器实时显示出检测结果，告知使用者瓶中婴儿奶的具体温度值和PH值，并对测量结果进行分析，利用指示灯提示是否适宜食用，不适宜时，同时给出原因。

根据多功能智能奶瓶的需求，撰写设计总体方案。

深入分析婴儿奶温度和PH值的检测范围、精度等，选取合适的硬件，如传感器、单片机、显示模块、指示灯等。

根据系统总体方案，确定软件架构，进而详细设计。

搭建系统硬件，运行软件，测试是否满足系统需求。

1、对该智能奶瓶的基本输入输出系统、测试、控制、显示及提示等环节能

工欲善其事必先利其器，选择合适的开发工具对于设备的开发具有事半功倍的效果。自动化测试设备主要包含机械、电控及软件三大部分的开发设计工作，这一篇文章以这三块内容为主线进行分类讨论。

目前市面上充斥着名目繁多的开发工具，这对于初入自动化设备设计行业的人来说带来了一定的困扰，特别是缺乏师傅带领指点的情况下，纯粹靠自己摸索自学很容易剑走偏锋，误入歧途。结合本人多年的自动化测试设备研发经验以及跟行业内专业人士的讨论交流，对于机械、电控以及软件的主要开发工作进行了简单整理。

自动化测试设备一般会涉及到电控柜钣金件和机械台架系统的开发设计，对于有些简单的钣金件，画一个简单的草图交给供应商都可以，但遵从严谨的设计思想要求，最好是通过标准的图纸表达设计需求。常用的机械设计工具有两个：AutoCAD和SolidWorks，一个用于2D图纸的绘制，一个用于3D图纸的绘制。

AUTOCAD不必过多赘述，对于大多数工科生来说CAD是一门必修科目，在机械、电气、建筑、化工等行业都有着非常广泛的应用，实际上精通AUTOCAD这一门软件就足以应付所有的绘图设计任务。例如AUTOCAD既可以用来绘制电气原理图，也可以用于绘制2D/3D机械图纸，还可以绘制各种各样复杂漂亮的图纸，书本中各种美观的插图也都可以用CAD来绘制，但这些功能对于大部分人来说都显得有些复杂，没有一定经验的人是无法快速上手做项目的。在电气行业随着Eplan的兴起，AUTOCAD在电气行业的占有率日渐式微，在3D绘图领域，CAD的操作易用性更是无法与SolidWorks/CATIA等软件相比。用专业的工具做专业的事，这是大势所趋，现在已经无法使用一款软件包打天下。

在自动化测试控制设备行业里，AUTOCAD主要用来绘制二维图、平面图、原理图等。例如19寸机柜的前后面板、非标准测试盒、电气控制柜、简单机械零件等大部分就是使用AUTOCAD绘制。

三维绘图工具众多，市面上常用的用CATIA，UG，PROE，SolidWorks等，这还不算许多细分领域的小众化三维绘图工具。这里尤其推荐SolidWorks，因为这款软件非常容易上手，界面极为适合中国人的使用习惯，稍微有点制图基础的工程师第一次使用SolidWorks就可以在非常短的时间内绘制出非常漂亮的三维效果图。SolidWorks在易用性上可以说是完爆CATIA、UG等众多软件，当然并不是说SolidWorks就没有缺点，比如在绘制复杂曲面这一块，SolidWorks用起来就非常的佶屈聱牙了。没有最好用的工具，唯有熟能生巧，因此从一开始就选好一门软件，然后持之以恒的使用，时间长了以后其实都差不多，各有优点缺点，各有各自擅长的领域。

在自动化测试控制设备领域，SolidWorks主要用来绘制机械工装、台架、夹具等机械类部件的图纸，这类机械类部件主要特点就是标准件多、表面规则、零件相对简单，因此用SolidWorks是非常适合的，可以快速成型。

除此之外，Solidworks还集成了运动分析Motion、有限元分析、电气制图功能。对于做设备动画和运动干涉检查，Motion功能是一个非常实用的工具；对于承受负载的核心部件可以做一个简单的有限元分析，分析结构件的应力分布情况；对于电气制图功能，绘制简易的电气图和控制柜也非常好用，但需要购买专门的电气工具包，在专业性上还是无法与Eplan相媲美。

在电气行业，AUTOCAD曾经占据着主流地位，但随着时间流逝使用AUTOCAD绘图暴露出了越来越多的问题。首先，AUTOCAD的电气符号仅仅只是一个代表实际电器件的符号而已，既没有连接属性更没有电气属性，因此无法做电气自动检查；第二，AUTOCAD没有包含庞大的电气元件库，所有的电气符号都需要自己制作或添加，对于新手来说这一点尤其不友好；第三，AUTOCAD无法同时绘制电器柜里面的全部二维三维图纸，大部分AUTOCAD绘制的图纸只有电气原理图、电气安装图以及电气布局图，对于端子、器件报表等许多细节图纸是无法自动生成的。

因此，越来越多的研究所和企业开始转变使用Eplan，使用Eplan的优势是非常明显的，对于一个电气新手可以在非常短的时间内通过调用元件库绘制简单的电气图纸。在中国市场，年轻一代的工程师基本都在使用Eplan，当然老一辈的工程师因为使用惯性和本身就积攒有丰富的元件库依旧在使用者AUTOCAD绘制电气图纸。

无论是Eplan或者AUTOCAD，重在表达清楚自己的电气设计意图，很多老一辈工程师使用AUTOCAD照样可以绘制出非常漂亮专业的电气图纸，照样可以把项目做的非常好。因此，电气设计最核心的还是在于熟练掌握电子电气基础原理知识，在基础之上搭配先进的设计工具方可事半功倍。

在自动化行业，所有的电气设备里面都包含着一块或多块PCB电路板，可以说PCB电路板是电器件的主心骨。虽然绝大部分时候，并不需要电气工程师自己设计PCB电路板，但是在一些譬如体积要小巧、接线太复杂、需要定制特殊功能板等需求的场合，自己绘制电路板有极大的优势。

掌握PCB电路板的制作，对于广大电气工程师来说是非常有必要的。尽管复杂的PCB电路板设计需要非常丰富的经验，但是在自动化测试控制台架设备中需要设计的PCB电路板多半都是非常简单的控制电路，掌握一些基本的PCB电路板绘制就足以满足大部分的设计要求。

Eplan用于宏观层面的电气设计，Altium Designer用于微观层面的电气设计，两者良好的结合，在电气设计领域方可无往不利。

软件开发工具主要是指具有通用性、普适性的上位机开发软件，至于PLC、组态软件等专用软件不在此篇讨论范围内。

常见的上位机开发软件有C/C++，C#，VB，Dephi以及LabVIEW等，这些软件在不同的行业领域内由各自的优势，无法说孰优孰劣。在自动化测试控制设备领域，较为常用的是NI公司推出的LabVIEW图形化编程语言，在行业的市场占有率超过三分之一，该语言最大的特点就是功能强大，入门较快，普遍适用于缺乏扎实编程基础的非计算机专业的工程师。图形化的编程方式使得编程就像玩乐高玩具一样，给枯燥的编程带来了丰富的乐趣。

作者本人从研一开始接触LabVIEW编程，至今已有8年的LabVIEW编程使用经验，犹不敢说熟练掌握了LabVIEW编程语言，深感一门编程语言的熟练掌握需要多少的辛勤努力。会编程与精通编程是两回事，也许做一两个项目就可以上手编程，但离精通编程还是差个十万八千里。许多接触过LabVIEW编程的人都说这语言太简单了，殊不知一门编程语言的背后积攒着多少计算机专业知识，编程架构、计算原理、信号处理、控制算法等等，绝不是会写几个小程序就可以深刻理解的。

不怕千招会，只怕一招绝。对于上位机编程软件只需根据自己的实际情况，精通掌握一门即可，足够满足绝大多数项目开发需求。如果您缺乏足够的计算机专业知识或非计算机科班出身，作者强烈建议您从LabVIEW开始您的编程之旅。

使用LabVIEW一样可以编写出非常漂亮的操作界面，无论是汽车行业、航空行业、军事工业以及科研院所都有着非常广泛的使用。LabVIEW的出现使得上位机编程不再是少数计算机科班出身的工程师特权，其他领域内的工程师也可以快速上手编程，写出符合自身需求的控制程序。

人的精力总归是有限的，对于一个工程师而言，熟练掌握上述的几个开发工具实属不易，这也是自动化行业普通比较辛苦的主要原因。每个人可以根据自身情况，选择一到两个工具作为入门开始，通过不断的做项目累计经验，不断的学习新知识新工具，时间长了自然而然就掌握了。

从业早期，夯实基础知识和原理是重中之重，所有的开发工具归根到底只是一个工具而已，只有熟练掌握背后原理的人才有可能真正的精通开发工具，否则永远都是止于皮毛，无法分析和解决复杂的技术问题。

学问之道无穷，而总以有恒为主。------曾国藩

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《ATE自动化测控设备开发实用技术指南》系列文章提纲如下：

• ATE自动化测控设备开发实用技术指南（一），主要讲解测控设备开发的重要性，以及试验设备开发的工作特点；
• ATE自动化测控设备开发实用技术指南（二），主要讲解测控设备开发所必备的开发工具，以及这些工具的使用特点；
• ATE自动化测控设备开发实用技术指南（三），主要讲解测控设备开发常用的设计架构，以及各种设计架构的适用场合；
• ATE自动化测控设备开发实用技术指南（四），主要讲解继电器自动化控制系统架构，讨论该系统架构的技术特性和应用场合，以及基本设计原则；
• ATE自动化测控设备开发实用技术指南（五），主要讲解PLC+触摸屏/PC自动化测试控制系统架构，以西门子S-1200 PLC为例讲解如何实现与LabVIEW通讯，讨论该系统架构的技术特性和应用场合，以及基本设计原则；
• ATE自动化测控设备开发实用技术指南（六），主要讲解智能仪器+PC LabVIEW自动化测试控制系统架构，以Keithley 6517B微电流测量仪为例讲解上位机LabVIEW如何控制，讨论该系统架构的技术特性和应用场合，以及基本设计原则；
• ATE自动化测控设备开发实用技术指南（七），主要讲解多功能数据采集卡+PC
  LabVIEW自动化测试控制系统架构，以NI PCIE-6321板卡为例讲解如何使用该板卡，讨论该系统架构的技术特性和应用场合，以及基本设计原则；
• ATE自动化测控设备开发实用技术指南（八），主要讲解总线+PC LabVIEW自动化测试控制系统架构，以ProfiNET总线为例，讨论该系统架构的技术特性和应用场合，以及基本设计原则；
• ATE自动化测控设备开发实用技术指南（九），主要讲解机器视觉+PC LabVIEW自动化测试控制系统架构，以零件尺寸测量项目为例进行讲解，讨论该系统架构的技术特性和应用场合，以及基本设计原则
• ATE自动化测控设备开发实用技术指南（十），主要讲解机器人/运动控制器+PC LabVIEW自动化测试控制系统架构，以YAMAHA机器人为例讲解如何通过上位机LabVIEW实现控制机器人的操作控制，讨论该系统架构的技术特性和应用场合，以及基本设计原则；
• ATE自动化测控设备开发实用技术指南（十一），主要讲解基于PC LabVIEW的综合性自动化测试控制系统架构，在该架构中包含数据采集卡、PLC、智能仪器、机器视觉、总线、伺服控制器等多种设备，讨论该系统架构的技术特性和应用场合，以及基本设计原则。