数据采集系统基本组成
数据采集应用案例PPT课件
第四阶段
以虚拟仪器为核心的自动测试 系统阶段。
数据采集系统组成要素
传感器
一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将 感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其 他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处 理、存储、显示、记录和控制等要求。
数据采集设备
将经过信号调理器处理后的模拟信号转换为数字 信号，并进行相应的处理，如数字滤波、数据压 缩等。
采集性能问题
安全性和隐私问题
大规模数据采集可能面临性能瓶颈，如网 络带宽限制、存储资源不足等。
数据采集涉及敏感信息和隐私保护，需要 加强安全性和隐私保护措施。
发展趋势预测
自动化和智能化
未来数据采集将更加自动化 和智能化，通过机器学习和 人工智能技术实现自适应的 数据采集和清洗。
实时化和流式处理
随着实时数据需求的增加， 数据采集将更加注重实时性 和流式处理能力，以满足实 时分析和决策的需求。
数据采集应用案例 ppt课件
目录
• 数据采集概述 • 数据采集技术原理及方法 • 数据采集在各领域应用案例
目录
• 数据采集系统设计与实现 • 数据采集技术应用挑战及发展趋势 • 总结与展望
01
数据采集概述
数据采集定义与意义
数据采集定义
数据采集是指从传感器和其它待 测设备等模拟和数字被测单元中 自动采集非电量或者电量信号,送 到上位机中进行分析，处理。
远程医疗
通过数据采集技术，实现患者生 理参数的远程监测和诊断，提高
医疗服务的可及性和效率。
医疗大数据分析
对海量医疗数据进行分析和挖掘， 发现疾病规律和治疗方案，提高医 疗水平和治愈率。
个性化医疗
基于患者个体特征和历史数据，制 定个性化治疗方案和健康管理计划， 提高治疗效果和患者生活质量。
数据采集(DAQ)基础知识
数据采集(DAQ)基础知识本文介绍了数据采集系统的各个组成部分，并解释各个部分最重要的准则。
本文也定义了用于基于PC 的数据采集系统组成部分的许多通用术语。
简介现今，在实验室研究、测试和测量以及工业自动化领域中，绝大多数科研人员和工程师使用配有PCI、PXI/CompactPCI、PCMCIA、USB、IEEE1394、ISA、并行或串行接口的个人电脑（PC）采集数据。
许多应用使用插入式设备采集数据并把数据直接传送到计算机内存中，而在一些其它应用中数据采集硬件和PC 分离，通过并行或串行接口和PC相连。
从基于PC的数据采集系统中获取适当的结果取决于图示一中的各项组成部分：PC、传感器、信号调理、数据采集硬件和软件。
1. 个人电脑(PC)数据采集系统所使用的计算机会极大地影响连续采集数据的最大速度，而当今的技术已可以使用Pent ium和PowerPC级的处理器，它们能结合更高性能的PCI、PXI/CompactPCI和IEEE1394（火线）总线以及传统的ISA总线和USB总线。
PCI总线和USB接口是目前绝大多数台式计算机的标准设备，而ISA总线已不再经常使用。
随着PCMCIA、USB和IEEE 1394的出现，为基于桌面PC的数据采集系统提供了一种更为灵活的总线替代选择。
对于使用RS-232或RS-485串口通信的远程数据采集应用，串口通信的速率常常会使数据吞吐量受到限制。
在选择数据采集设备和总线方式时，请记住您所选择的设备和总线所能支持的数据传输方式。
计算机的数据传送能力会极大地影响数据采集系统的性能。
所有PC都具有可编程I/O和中断传送方式。
目前绝大多数个人电脑可以使用直接内存访问（Direct memory access，DMA）传送方式，它使用专门的硬件把数据直接传送到计算机内存，从而提高了系统的数据吞吐量。
采用这种方式后，处理器不需要控制数据的传送，因此它就可以用来处理更复杂的工作。
数据采集和监控(SCADA)系统
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)系统即数据采集和监控系统，它是电网调度自动化系统的基础和核心，负责采集和处理电力系统运行中的各种实时和非实时数据，是电网调度中心各种应用软件主要的数据来源。
SCADA 系统包括实时数据采集、数据通信、SCADA 系统支撑平台、前置子系统、后台子系统等。
数据采集包括反映物理过程特征的数据的产生，数据发送、接收和数据处理；监视控制不仅包括对物理过程的直接控制，还包括管理性控制，只下发调控指令，由厂站端或者下级调度人工调控。
通常数据采集装置和控制装置安放在厂站端，与主站端监控系统并不在一起，所以要实现数据采集和直接控制功能需要双向数据通信，普通认为数据采集是信号上行的通信，而直接控制是信号下行的通信。
一个 SCADA 系统通常由一个主站和多个子站(远方终端装置 RTU 或者变电站综合自动化系统) 组成。
主站通常在调度控制中心 (主站端) ，子站安装在变电站或者发电厂(厂站端) ，主站通过远动通道或者广域网实现与子站的通信，完成数据采集和监视控制。
国分为五级调度，主站除接收子站信息，还以数据通信方式接受从下级调度控制中心主站转发来的信息，又向上级调度控制中心主站转发本站的信息。
厂站端是 SCADA 系统的实时数据源，又是进行控制的目的地。
SCADA 所采集的数据包括摹拟量测量 (又称为“遥测”)，状态测点 (又称为“遥信”) 和脉冲累加量 (又称为“遥脉”)。
SCADA 系统的主站分为前置子系统和后台子系统，二者通过局域网相联相互进行通信。
前置子系统主要完成与厂站端及其它调度控制中心的通信，并将获得的数据发送给后台子系统。
后台子系统进行数据处理。
SCADA 把这些最近扫描的已经处理的反映被监视系统状态的数据存储在数据库中。
画面联结数据库，于是画面就直观地给出该系统状态的正确景象。
SCADA 为每一个量测量赋予一个状态和记录数值的变化趋势，当设备处于不正常状态或者运行限值已被超过时通知调度员。
第3章 数据采集与处理系统
3.1 微型计算机数据采集系统（2）
显 示 接 口 电 路 数字量输入通道 计 算 机 报 警 打 印
模拟量输入通道 生 产 过 程
图3―1 计算机数据采集与处理系统
3.1 微型计算机数据采集系统（3）
3.1.2 基本的数据采集与处理系统 1. 数据采集系统的基本功能 ①时钟。时钟除定时发出中断请求确 定数据采样周期以外，还能为显示和打 印时、分、秒提供数据，以便操作人员 根据打印时间判断读取测量结果。 ②采集、打印(或显示)及越限报警。 ③能实现召唤制表或定时制表，即根 据用户由键盘送入的指令开始或终止制 表，或根据时钟周期定时制表。
3.2 数字滤波技术（7）
3.2.3 算数平均值滤波
算术平均值滤波公式 取N次采样值的算术平均值 作为本次采样值，即
Y (k ) 1 N
i 1
X (i)
N
Y (k )
1 N X (i) N i 1
式中 Y (k ) -----为第k次采样N个采 样值的算术平均值 X(k) -----第i个采样值 N ----- 采样次数
7 16 13 14 15 12 CD4051 1 5 1# 2 4 多路开关 11 3 10 9 6 8 6
10kΩ +VC 0.1μF 0.1μF 0.1μF
CS RD WR
+VC
CD4051 2# 6 8
3kΩ 3kΩ
3 7 5 2 47 6
INT
接数据 总线
D7
片选
1kΩ -V C
CD4051 8# 6 8
3.2 数字滤波技术（4）
2、限速滤波
限速滤波 也是滤掉采样值变化过大的信号 限速滤波有时需要三次采样值来决定采样结果 1）限速滤波的方法 当|Y(k)- Y(k-1)| > ⊿Y 时，不是取Y(k-1)作为本次 的采样值，而是再采样一次，取的Y(k+1)，然后根据|Y(k+1)- Y(k)| 与⊿Y 的大小关系，来决定本次的采样值。 设顺序采样时刻k-1、k、k+1，所采集到的数据分别为Y(k-1)、Y(k)、 Y(k+1) 当|Y(k)- Y(k-1)|≤⊿Y 时，采用Y(k) 当|Y(k)- Y(k-1)| > ⊿Y 时，不采用Y(k-1) ，但保留，继续采样得Y(k+1) 当|Y(k+1)- Y(k)|≤⊿Y 时， 采用Y(k+1) 当|Y(k+1)- Y(k)| > ⊿Y 时，则取(Y(k+1)+Y(k))/2为采样值 2）限速滤波的特点 既照顾了采样的实时性，又顾及了采样值变化的连 续性。不足 一是不够灵活，二是不能反映采样点数大于3时各采样数值受 干扰情况。故应用受到限制。
1-2数据采集系统
(4)数/模转换器DAC的工作原理
数/模转换器的作用是将数字量D经过解码电 路变换成模拟电压输出。
－UR
R a R bR
c
I1 2R
I2 2R
I3
2R
2R
I4 2R
S1
S2
S3
S4
Rf
B1
B2
B3
－
B4
I∑
Usc
＋
四位数/模转换器原理图 （T形解码网络）
四个电子开关S1~S4，分别受输入的四位数字量B1~B4控 制。当该位为0时，电子开关与地接通；当该位为1时，对应的 电子开关与运算放大器的负端接通。流向运算放大器的总电流 反应了四位数字量的大小，它经过带负反馈电阻Rf运算放大器 变换成模拟电压Usc输出。
（1）ADC变换方式－－直接将模拟 量转换为数字量。
（2）VFC变换方式－－将模拟量变 换为等幅脉冲。通过脉冲记数变换为数 字量。
作业：
1、什么叫采样？ 什么是采样周期？什 么是采样频率？如何计算采样频率和 采样周期？
2、什么叫采样定理？ 3、模数变换有哪两种方式？
二、ADC式数据采集系统 图1-5 P10
（4）光电隔离器：用以完成电信号的耦合和传递， 并达到两侧电信号在电气上的隔离、绝缘目的。
（5）计数器（为或88225453计数器）对脉冲进行计数
2、VFC转换的基本原理（电荷平衡式V/F转换电路）
（1）V/F电路的结构 运算放大器A1和R、C组成积分器，A2为零电压比较
器，开关S受单稳定时器控制。单稳定时器的输出经三极管T 放大后，变为脉冲信号输出。
A/D芯片的转换速度 ：
即模数转换器完成一次将模拟量转换为数字
量所用的时间要短
第五章 数据采集与处理
二、数据采集系统基本功能
5、能够定时或随时以表格或图形形式 打印采集数据。 6、具有实时时钟 。 7、系统在运行过程中，可随时接受由 键盘输入的命令，以达到随时选择采集、 显示、打印的目的。
第一节
数据采集系统的 基本功能和一般结构
一、数据采集系统组成原理
二、数据采集系统基本功能 三、数据采集系统的一般结构 四、数据采集系统的三种工作方式
二、标度变换 三、非线性补偿 四、查表法 五、上下限检查
本科课程：
计算机控制系统
二、标度变换 在微型计算机控制系统中，检测的物理 参数都有着不同的量纲和数值 ，由A／D转 换后得到的都是只能表示其大小的二进制代 码。 为了便于显示、打印及报警，必须把这些数 字量转换成它所代表的实际值，即工程量， 这就是所谓的标度变换 。 标度变换的方法有：线性变换法、公式转换 法、多项式插值法和查表法等等。
一、数字滤波 2、算术平均滤波 压力、流量等周期变化的参数进行平滑 加工效果较好，而对消除脉冲干扰效果 不理想，所以它不适合脉冲干扰比较严 重的场合。对于n值的选择， 通常流量取12次， 压力取4次。
一、数字滤波 3、限幅滤波 考虑到被测参数在两次采样时间间隔内， 一般最大变化的增量 x 总在一定的范围内， 如果两次采样的实际增量 xn xn1 x 则认为是正常的，否则认为是干扰造成的， 则用上次的采样 xn1 代替本次采样值 xn
一、数字滤波 5、一阶滞后滤波 一阶滞后滤波又称为一阶惯性滤波，它相 当于RC低通滤波器。 假设滤波器的输入电压为 Ui(t) ， 输出为Uo(t) ，则们之间存在下列关系 ：
duo (t ) RC u o (t ) u i (t ) dt
一、数字滤波 5、一阶滞后滤波 采用两点式数值微分公式，可得：
数据采集的设计报告
目录摘要 (3)引言 (5)第一章数据采集系统的概述 (6)1.1 数据采集系统基本概述 (6)1.1.1 数据采集 (6)1.1.2 数据采集系统的分类 (6)1.1.3 数据采集系统的基本功能 (7)1.1.4 数据采集系统的结构形式 (7)第二章数据采集系统整体设计 (8)2.1 硬件设计原则 (8)2.2 软件设计原则 (8)第三章数据采集系统的硬件设计 (9)3.1 系统工作原理 (9)3.2 硬件工作原理 (9)3.2.1 CPU处理核心模块(STC89C52) (9)3.2.2 DS18B20温度传感器模块 (11)3.3 电路设计 (14)3.3.1 CPU处理模块 (14)3.3.2 显示电路 (15)3.3.3 通信电路 (15)3.3.4 复位电路 (15)3.3.5 温度采集电路 (16)3.3.6 晶振电路 (16)3.3.7 警报电路 (17)第四章数据采集系统的软件设计 (18)4.1 汇编语言和Keil C51 (18)4.2 主程序 (19)4.3 各程序 (19)4.3.1 显示子程序 (19)4.3.2 温度子程序 (20)第五章总结 (21)参考文献 (22)附录：程序 (23)摘要本次设计主要基于单片机STC89C52单片机的多点数据采集，该系统由硬件部分和软件部分组成。
硬件部分是由信号接收、信号采集、AD转换和信号发送四部分组成。
系统以单片机为核心，将被测信号转换为能够被单片机所识别的信号输入单片机实现数据采集。
被测信号一般为模拟数据和数字数据两大类。
主机发送的模拟信号经过AD0809的转换，模拟信号经量化后得到离散的值，即数字信号。
在方案的选择中，主机可以用单片机、ARM、电脑等，采用单片机做主机部分，通信距离会比较短，所以使用上拉电阻通过上拉的作用给信号线提供一个驱动电压，使之传输更稳定，传输距离更远，用来抵消线路中内阻对信号的损耗。
关键词：STC89C52；信号接收；信号采集；A/D转换AbstractThis design is mainly based on single-chip microcontroller STC89C52 multi-point data acquisition, this system is consists of hardware and software components. Hardware part is consists of four parts as signal receiving, signal acquisition, AD transform and signal sending. This System is based on single-chip microcontroller, which is being measured signals converted to what can be single-chip microcontroller identification of the signal input data acquisition.Measured signal is divided into two types of commonly simulation data and digital data.The analog signal sending by the mainframe is changed over through AD0809, then the analog signals via discrete values quantified, namely the digital signal.In the choice of case, mainframe can be MCU, ARM, computers and so on, using the monolithic as the mainframe will make a short communication distance, as the result, we use pull-up resistors to pull through the role of signal lines provide a driving voltage, make transmission more stable, the transmission distance is farther, and offset circuit impedance to signal loss.Key words：STC89C52, signal receiving, signal acquisition, A/D transform引言温度是一种最基本的环境参数，人们的生活与环境的温度息息相关，工业和农业生产中得许多场合对温度有严格的要求，如温室养殖场和冷冻室等，随着科学技术的进步，单片机及相关电子技术飞速发展，应用领域不断拓展，利用单片机和传感器实现对温度的精确测量，提高了生产的自动化程度，成本低廉，应用十分广泛，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。
第五讲微机保护的数据采集系统
usc
2、对采样保持电路的要求 a）截获时间（Tc）尽量短，以便采用很短采样脉冲。 b）保持时间长，在保持期间输出电压变化小。 c）模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流要小。 采样保持电路的典型芯片
usr
usc
usr
uHale Waihona Puke cS/H3、模拟低通滤波器
电力系统故障初期，电流、电压中可能含有相当高的频率分 量（如2 kHZ以上）。而目前大多数微机保护原理都是反映 50HZ工频分量的。因此，在采样保持前用一个模拟低通滤波器 把高频分量过滤掉，防止高频分量混叠到工频来。 最简单的模拟低通滤波器是RC低通滤波器。 其中 R = 4.3kΩ
当采样时间 Ts 很小时，且输入模拟信号中没有高频分量时， u也不变。则有： 可以认为在采样时间内输入模拟电压 sr (t )
D = KV ⋅ usr (t) ⋅ ∫
t
′ dτ = KV ⋅ usr (t) ⋅Ts = KV ⋅ usr (t)
所以最终输出的数字量D也正比于输入的模拟信号 usr (t)。
微机保护的硬件构成
数据采集系统（ 二、 数据采集系统（模拟量输入系统）
（一）电压形成回路
微机保护要从被保护电力线路的电流互感器、电压互感器取 得电流、电压信息，必须把这些电流互感器、电压互感器的 二次电流、电压（5A或1A、100V）进一步变换降低为±5V或 ±10V范围内的电压信号，供微机保护的模数转换芯片使用。
第五讲 微机保护数据采集系统
微机继电保护举例
微机保护 的结构
CPU板 板
一、 概述
微机保护的硬件构成由三部分组成
1、模拟量输入系统（数据采集系统）：电压形成、模拟 滤波、采样保持(S/H)、多路转换(MPX)以及模数转换(A/D)， 完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量 2、CPU主系统：微处理器(MPU)、只读存储器(ROM)或闪存 内存单元(FLASH)、随机存取存储器(RAM)、定时器、并行以 及串行接口等。MPU执行编制好的程序，以完成各种继电保 护测量、逻辑和控制功能 3、开关量（数字量）输入/输出系统：并行接口(PIA或 PIO)、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，完成保 护的出口跳闸、信号、外部接点输入及人机对话等功能
第8章 IOServer数据采集系统
第八章 IOServer数据采集系统8.1概述KingSCADA的采集系统是指负责和现场设备进行通讯，并采集现场数据和控制现场数据的模块，称之为采集器，也叫IOServer应用。
IOServer应用有设备、变量、链路、网络配置、采集模型、非线性表、存储配置七部分组成。
IOServer依赖于IOServer驱动，通过驱动与IO设备进行通讯。
通讯链路：通讯链路是指计算机通过什么途径和设备进行连接。
链路类别：串口、以太网、OPC。
设备：是通过串口、接口板等方式与KingSCADA的数据采集系统进行数据信息交换的外部数字设备，包括可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）、回路控制器、远程终端单元（RTU）、智能仪表、板卡、变频器等等。
IOServer运行的时候，可以与OPC服务器、DDE服务器通讯，采集服务器上的数据。
采集系统由服务器、组、数据项组成。
服务器：服务器对象（Server）拥有服务器的所有信息，同时也是组对象（Group）的容器。
组对象（Group）拥有本组的所有信息，同时包容并逻辑组织OPC数据项（Item）。
OPC组：OPC组对象（Group）提供了客户组织数据的一种方法。
客户可对之进行读写，还可设置客户端的数据更新速率。
当服务器缓冲区内数据发生改变时，OPC将向客户发出通知，客户得到通知后再进行必要的处理，而无需浪费大量的时间进行查询。
OPC规范定义了两种组对象：公共组和局部组（私有组）。
公共组由多个客户共有，局部组只隶属于一个OPC客户。
一般说来，客户和服务器的一对连接只需定义一个组对象。
数据项：在每个组对象中，客户可以加入多个OPC数据项（Item）。
8.2新建IOServer应用“新建”是为工程建立一个硬盘中不存在的“IOServer应用”。
在工程设计器的主界面，选择“文件”菜单的“新建工程”选项或工具栏的“新建”按钮，弹出如下图8-1所示的“新建应用”的界面，“新建应用”对话框的详细介绍请参考本手册第二章的2.2.1 新建工程/新建应用中的介绍。
智能仪器第7章 数据采集系统
20nA
20nA 20nA
40ns
40ns\ 40ns
40us
40us 40us
双向三路 单选一
双向单十 六选一 双向双八 选一
±7.5V
±7.5V ±7.5V
≤30mA
≤30mA ≤30mA
7.4 数据采集系统设计
1 系统设计考虑的因素 数据采集系统设计要根据测试对象及系统的技术指标，主要考虑下列因素。 1.1 输入信号的特征 在输入信号的特性方面主要考虑：信号的数量，信号的特点，是模拟量还是数字 量，信号的强弱及动态范围，信号的输入方式，信号的频带宽度，信号是周期信号还 是瞬态信号，信号中的噪声及其共模电压大小，信号源的阻抗等等。 1.2 对数据采集系统性能的要求 1.2.1 系统的通过速率 系统的通过速率通常又称为系统速度、传输速率、采样速率或吞吐率，是指单位 时间内系统对模拟信号的采集次数。 1.2.2 系统的分辨力 系统的分辨力是指数据采集系统可以分辨的输入信号最小变化量。 1.2.3 系统的准确度 系统准确度是指当系统工作在额定通过速率下，系统采集的数值和实际值之间的 接近程度，它表明系统误差的总和。 1.3 接口特性 接口特性包括采样数据的输出形式，数据的编码格式，与什么数据总线相接等。
2 模拟电路的误差
2.1 模拟开关导通电阻RON的误差 模拟开关存在一定的导通电阻，信号经过模拟开关会产生压降。模拟开关 的负载一般是采样/保持器或放大器。显然，开关的导通电阻越大，信号在开 关上的压降越大，产生的误差也越大。 2.2 多路模拟开关泄漏电流IS引起的误差 如果信号源的内阻小，泄漏电流影响不大，有时可以忽略。如果信号源内 阻很大，而且信号源输出的信号电平较低，就需要考虑模拟开关的泄漏电流的 影响。一般希望泄漏电流越小越好。 2.3 采样保持器衰减率引起的误差 如果衰减率大，在A/D转换期间保持电压减小，影响测量准确度。一般选 择漏电流小的聚四氟乙烯等优质电容，可以使衰减率引起的误差忽略不计。 2.4 放大器的误差 数据采集系统往往需要是用放大器对信号进行放大并规一化。放大器是 系统的主要误差来源之一。其中有放大器的非线性误差、增益误差，零位误差 等。在计算系统误差时必须把它们考虑进去。
数据采集与处理技术试卷
数据采集与处理技术试卷⼀、绪论（⼀）、1、“数据采集”是指什么？将温度、压⼒、流量、位移等模拟量经测量转换电路输出电量后再采集转换成数字量后,再由PC 机进⾏存储、处理、显⽰或打印的过程。
2、数据采集系统的组成?由数据输⼊通道，数据存储与管理，数据处理,数据输出及显⽰这五个部分组成。
3、数据采集系统性能的好坏的参数？取决于它的精度和速度。
4、数据采集系统具有的功能是什么?(１）、数据采集，(2）、信号调理,(３）、⼆次数据计算,（4）、屏幕显⽰,(５)、数据存储，（６）、打印输出，(7)、⼈机联系。
5、数据处理系统的分类？分为预处理和⼆次处理两种；即为实时（在线)处理和事后（脱机）处理。
6、集散式控制系统的典型的三级结构?⼀种是⼀般的微型计算机数据采集系统，⼀种是直接数字控制型计算机数据采集系统，还有⼀种是集散型数据采集系统。
７、控制⽹络与数据⽹络的结合的优点?实现信号的远程传送与异地远程⾃动控制。
（⼆)、问答题：1、数据采集的任务是什么?数据采集系统的任务:就是传感器输出信号转换为数字信号,送⼊⼯业控制机机处理,得出所需的数据。
同时显⽰、储存或打印，以便实现对某些物理量的监视，还将被⽣产过程中的PC机控制系统⽤来控制某些物理量。
2、微型计算机数据采集系统的特点是（1）、系统结构简单;（2）、微型计算机对环境要求不⾼;(3)、微型计算机的价格低廉，降低了数据采集系统的成本；(4)、微型计算机数据采集系统可作为集散型数据采集系统的⼀个基本组成部分；（5)、微型计算机的各种Ｉ／O模板及软件齐全，易构成系统,便于使⽤和维修;3、简述数据采集系统的基本结构形式,并⽐较其特点？（１）、⼀般微型计算机数据采集与处理系统是由传感器、模拟多路开关、程控放⼤器、采样／保持器、A／D转换器、计算机及外设等部分组成。
（2)、直接数字控制型数据采集与处理系统(DＤＣ）是既可对⽣产过程中的各个参数进⾏巡回检测，还可根据检测结果,按照⼀定的算法，计算出执⾏器应该的状态(继电器的通断、阀门的位置、电机的转速等)，完成⾃动控制的任务。
SCADA系统介绍
SCADA系统介绍SCADA系统是工控领域的一个重要应用形态，是一种基于现代信息处理技术及监测技术实现生产过程自动化控制和数据管理的系统，可以实现生产设备的远程监测和控制。
本文将对SCADA系统的定义、功能、组成部分、原理及应用领域等进行详细介绍。
一、 SCADA系统的定义SCADA是英文Supervisory Control And Data Acquisition系统的简称，也叫作监控与数据采集系统。
SCADA系统是一种应用于工业生产控制领域的现代化自动化系统。
SCADA系统通过远程数据采集和数据传输技术，实现了对生产设备的远程监测、控制和管理，其主要功能包括数据采集、数据处理、数据存储、报警和自动控制等。
二、 SCADA系统的功能SCADA系统在企业生产中的主要功能是实现生产设备的远程监测和控制，包括以下几个方面的功能：1、远程监测：通过远程传输数据技术，实时监测生产现场的各项参数数据，如温度、湿度、压力、流量、浓度、电流、电压等。
2、远程控制：通过远程控制技术，远程控制生产线上的各项设备，包括开关灯、开关机、调节温度、调节压力等。
3、数据记录：自动记录生产现场的各项参数数据，并进行存储，便于历史数据的查询和统计分析。
4、报警提示：根据预设的参数阈值，当生产现场某些参数出现异常时，及时发出报警提示，以保障生产设备的安全运行。
三、 SCADA系统的组成部分SCADA系统分为两个主要部分:前端和后端。
前端负责数据采集、数据处理、监视等工作，后端负责数据存储、统计分析、报警处理等工作。
下面将对SCADA系统的组成部分进行详细介绍。
1、前端前端包括数据采集设备、人机界面和通信模块等几个部分。
（1）数据采集设备数据采集设备通常由传感器、信号处理器、数据采集卡、数据采集仪器等组成。
传感器主要负责测量生产现场各项参数，信号处理器则负责对传感器采样的模拟信号进行处理，并将处理后的信号转化为数字量信号，数字量信号经过数据采集卡转化为计算机能够识别的信号，最后数据采集仪器将数据发送到计算机，供后续处理使用。
第三章数据采集系统基本原理
第三章数据采集系统基本原理第一节数据采集系统基本组成⒈传感器:将被测的物理量转换成电压信号送至仪器输入电路。
⒉仪器输入电路：传感器与仪器之间的匹配电路，它作为传感器的输出负载必须具有足够高的输入阻抗，同时它的输出信号作为仪器的输入信号，要求它具有非常小的输出阻抗。
仪器输入电路对共模干扰信号具有很强的抑制能力，即具有很高的共轭抑制比。
图3-1 数据采集系统的基本组成框图⒊低噪声前置放大器：对检测到的微弱电信号给以固定增益的放大，由于该放大器位于仪器一系列电路的前端，它的噪声是仪器整体系统噪声的主要提供者，因此任何电子仪器测量系统的前置放大器都必须是低噪声电路。
⒋电模拟滤波器①低切滤波器：用来去除低频干扰信号，在地震勘探工作中低频干扰信号主要是指面波信号。
②高切滤波器：它用来去除高频干扰，在数字信息采集系统中，一般都设置采样开关，这样高切滤波器主要用来去除信号中不满足采样定理的假频成分，假频信号的频率是信号中比折叠频率还高的高频成分。
③陷波器：它用来除去50Hz的工业频率干扰。
⒌多路采样开关：在一个采样周期之内，对全部各路信号按先后顺序分别采样一次，将多路系统转换为单路系统，实现多路合一；同时将连续的模拟信号转换为离散的模拟子样脉冲。
⒍模数转换器：则将每一个子样脉冲电压转换为二进制代码。
⒎数据记录系统：将二进制代码按照国际专业技术组织的规定，进行编排和编码，编排主要是将一定长度的二进制数据编排成便于计算机数据处理的字节形式；编码则是为了数据写读的方便，针对数码“1”和“0”对磁带剩余磁通的变化方式所作出的规定。
第二节 输入电路和低噪声前置放大器一、差动放大器输入电路A 1和A 2的输出分别为V 1和V 2，它们可表示为，2111i W FOi W FOV R R V RR V ⋅-⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=1221i W FOi W FO V R R V RR V ⋅-⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=放大器A 3具备输入平衡条件，它的输出V 0表示为()()2121021i i fFW FO f FV V R R R R V V R R V -⋅⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=-⋅-=闭环增益为： fF W FO i i F R R R R V V V K ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=-=21210由于该电路具有很高的输入阻抗和共模抑制比，许多数字地震仪的输入电路都采用了该形式的电路。
【初级】第5章 数据采集(5.1 数据采集简介)V1.2
Reduce任务：处理数据。
第29页
Sqoop Client
“云端”
Sqoop Server
MapReduce 作业
Hadoop集群
Sqoop Server端会响应客户端发出 的 RESTful 和 HTTP 请 求 。 Sqoop Server端包括：
Connectors：负责数据的解析 与加载。
……
--网上实际呈现的数据
通信记录
各种视频文件 图形图像 电子文档
内容数据
-网上实际呈现的数据
第12页
基本内容——数据来源
物联网是指在计算机互联网的基础上，利用传感器、射频识别、无线数据通信、红外线 感应等技术，实现物与物相连的互联网络。
物联网数据主要来源于物理信息系统。
物联网数据
数据可以是关于物理、化学、生物等性质和状态的测量值 关于行为和状态的语言、视频等多媒体数据
高效可控的利用资源，通过调整任务数来控制任务的并发度。 可读取数据源的元信息自动地完成数据映射和转换，用户也可以自定义类型映射关系。
支持多种数据库，如MySQL、Oracle等数据库。
第30页
常用工具——Sqoop的应用场景
目前大部分可视化工具与关系型数据库对接得比 较好，可使用Sqoop工具将Hadoop产生的分析结 果导入到关系型数据库中，以便进行可视化展示。
Connectors
元信息
企业型 数据库
文件系统
关系型 数据库
Map任务
元数据 仓库
HDFS/HBase/Hive
Hadoop集群
常用工具——Sqoop的架构
Sqoop Client组件定义了用 户使用Sqoop的方式：客户 命令行和浏览器。
二数据采集基础PPT课件
1）多路分时采集分时输入结构
特点：多路信号共同使用一个采样/保持器和A/D转换器，简 化电路结构，降低成本。
缺点：它对信号的采集是由模拟多路开关分时切换、轮流选 通的，相邻两路信号在时间上依次被采集，因此不能获得同 一时刻的数据，产生时间偏斜误差。
适用：不适用于要求多路信号严格同步采集测试的系统，对 于多数中速和低速测试系统，是一种应用广泛的结构。
9 2019/9/8
多路模拟输入通道 采 集 电 路
采集电路：模拟多路转换开关、采样/保持器、A/D转换器。 多路模拟输入通道：传感器、调理电路、采集电路。
10 2019/9/8
2）多路同步采集分时输入结构
特点：同步采样 在多路转换开关之前, 每个信号通道各加一个采样/保持器， 使多路信号在同一时刻采样，然后由各自的保持器保持采样 信号幅值。
5 2019/9/8
实际的数据采集系统通常需要同时测量多个物理量(或 多个测量点)，多路模拟输入通道可分为集中采集式和分散 采集式两大类型。
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1.集中采集式（集中式）
集中式多路模拟通道的典型结构 分时输入结构
多路同步采集 分时输入结构
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2.1 数据采集系统的概念及其结构
数据采集的概念：
将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成为数字量 后，由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程，相应 的系统称为数据采集系统。
数据采集系统的组成：
传感器、信号调理设备、数据采集设备、计算机
被 测 物 理 量
非电量
传 感 器
电信号
数据采集站一般由单片机 数据采集装置组成，可独 立完成数据采集和预处理 任务，并将数据传送给上 位机。
数据采集系统基本组成
2R 2R 2R 2R
2R// 2R=R R R R R+R=2R
所以流入节点A的电流
Iout1
A Iout2
Sn-2 S n-1
II
22
21
2R 2R
R
R A I VREF
I VREF R
所以流入相邻左侧节点的电流依次减半。
Uo
S n-1
I
21
I
21 2R VREF
2R A I
d0 d1 d2
H
A22 A32 ... 100%
A12 A22 A32 ...
A1为基波振幅，Ak为第k次谐波的振幅。
微弱信号检测方法
提高信号检测灵敏度或降低可检测下限的基本方法: 从传感器及放大器入手: 降低固有噪声水平、研制新的低噪声
传感器。 分析测量中的噪声规律和信号规律，通过各种手段从噪声中
信号中有高频噪声
负载需要交流开关 或大电流
低通滤波器
SPDT继电器 什么态继电器
倒T型电阻解码网络 D/A转换器
倒T型电阻网络是集成DA转换器中采用最多的一种。从节点A 向左看, 每个节点等效电阻均为2R。
d0 d1 d2
d n-2 d n-1
R
S0
S1
S2
II
II
2n 2n
2n-1 2 n-2
u O
2
R4 R3
uO1
(u O1
u) O2
(1
R1 R
R 2 )u Id
G
输出uO与共模信号uIc无关
放大器具有很高的抑制 共模信号的能力
R S
b1
+ _
u
Id
b2
中国石油大学--数据采集--考试习题答案
19、热电偶测温的充要条件? (1)只有当热电偶的两个电极材料不同,且两个接点的温度也不同时,才会产生电势, 热电偶才能进行温度测量。 (2)当热电偶的两 个不同的电极材料确定后,热电势便与两个接点温度 T、T0 有关。即回路的热电势是两个接点的温度函数之差。 20、极距变化型电容传感器适宜于测量微小位移量是因为（灵敏度与极距的平方成反比,间距变化大则产生非线形误差） 21、可用于实现非接触式测量的传感器有__电容式传感器_和_霍尔传感器__等。 22、常用的压电材料有_压电晶体__和_压电陶瓷__和 高分子材料压电薄膜。 23、当测量较小应变值时应选用_压阻__效应工作的应变片, 24、当测量大应变值时应选用_ 应变__效应工作的应变片。 25、光电元件中常用的有光敏电阻、光敏晶体管和_光电池__。 26、不同的光电元件对于不同波长的光源,其灵敏度是_不相同的__。 27、电阻应变片的电阻相对变化率是与__应变片的灵敏度_成正比的。 28、电容式传感器有_变间隙__、变面积和变介质三种类型。 29、在三种类型的电容式传感器中_变间隙__型的灵敏度最高。 30、霍尔元件是利用半导体元件的_霍尔效应__特性工作的。 31、按光纤的作用不同,光纤传感器可分为_传感型__和_传光型__两种类型。 第3章 1、根据 CD4051 的结构原理图分析说明 8 路模拟开关的工作原理。答： CD4051 由电平转换，译码驱动及开关电路三部分 组成。当禁止端为 1 时，前后级通道断开，即 SO-S7 端与 Sm 端不可能接通；当为 0 时，则通道可以被接通。通过改变控制 输入端 C,B,A 的数值，就可选择八个通道 S0-S7 中的一路。 2、采样定理?什么叫周期采样?采样时间?采样周期?一般情况下如何选择采样周期? 答：1)采样定理：在 进 行 模 拟 / 数 字 信 号 的 转 换 过 程 中 ， 当 采 样 频 率 fs.max 大 于 信 号 中 最 高 频 率 fmax 的 2 倍 时 (fs.max>=2fmax) ，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高 频率的 5 ～ 10 倍；采样定理又称奈奎斯特定理。2)周期采样：就是以相同的时间间隔进行采样，即把一个连续变化的模拟 信号 y(t)按一定的时间间隔 T 转变为瞬时 0T,2T,3T….的一连串的脉冲序列信号 y*(t) 3)采样时间：采样开关每次闭合的时间 4)采样周期：采样开关每次通断的时间间隔。5)如何选择采样周期:计算法，复杂不常 用;经验法:根据人们在工作实践中积累的经验以及被控对象的特点，参数，先粗选一个采样周期 t，送入计算机的控制系统进 行试验，根据对被控对象的实际控制效果，反复修改 T，直到满意。 3、什么叫量化?量化误差?简述量化过程? 答：量化：模拟信号经采样后得到的离散信号转为数字信号的过程。量化误差：由此引发的误差。过程采样以后，样值是连 续的，经过量化器将之离散化，然后才能进行进一步的处理。量化过程：把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整 数倍比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位来代替该幅值。 4、设被测温度的变化范围为 300°C-1000°C,如要求测量误差不超过±1°C,应选用分辨率为多少位的 A/D 转换器? 答：10 答： 取最大的温度变化范围 1000℃， 最小的温度分辨为 1℃， 这样只要不少于 1000 等份就可以。 因此可选 10 位 A/D 转换器， 若它的满量程是 1000℃，最小的温度分辨为：1000/(2 的 10 次方-1)=0.98 度
远程数据采集与监控系统的设计
远程数据采集与监控系统的设计随着科技的不断进步，远程数据采集与监控系统的需求越来越高。
这种系统可以将实时数据从远程设备采集到中心控制台，并通过互联网进行数据通信和传输。
远程数据采集与监控系统广泛运用于农业、石油、环保、水务等行业，在生产管理、资源配置、安全监控等领域发挥着重要作用。
一、系统组成远程数据采集与监控系统主要由客户端、服务器和远程设备三部分组成。
客户端是指用户通过界面操作进行数据处理、监控管理的计算机软件。
服务器是指系统中的主控制中心，负责采集、储存、处理和传输数据。
远程设备是指位于采集现场的各种测量、控制仪器和传感器。
二、设计要求在设计远程数据采集与监控系统时，需要考虑以下要求：1.实时性：在数据采集和传输过程中，需要保证实时性，确保采集到的数据及时送达到中心控制台。
2.稳定性：系统需要保证稳定的数据传输和存储，确保数据不丢失或被恶意攻击。
3.安全性：系统需要采取一系列安全措施，如身份验证、加密传输等，确保数据不被黑客窃取或篡改。
4.灵活性：系统需要灵活适应不同的应用场景，可以根据实际需求进行定制化设置。
三、系统架构远程数据采集与监控系统需要采用分层架构，将整个系统分成若干个层次，每个层次负责不同的功能，降低系统的耦合度，提高系统的可扩展性。
1.物理层：负责接入远程设备，采集设备信号，并将信号转换成数字信号。
2.传输层：负责将采集到的数据通过互联网传输到服务器，通常采用TCP/IP协议。
3.网络层：负责路由选择和地址转化，确保数据从源到达目的地。
4.传输协议层：负责数据的编码、解码和错误检测。
5.应用层：负责数据的处理、分析和管理，在客户端上进行实时监控和数据报表制作。
四、实现方案基于以上架构，我们可以采用以下实现方案：1.物理层：使用现场总线技术，如Modbus协议、Profibus等；或者采用现代化的传感器网络，如WiFi、ZigBee等。
2.传输层：通过建立VPN虚拟专用网络，确保数据传输过程中的安全性和稳定性。
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8
256
0.391%
39.1mV
12 4096
0.0244%
2.44 mV
16 65536
0.0015%
0.15 mV
20 1048576
0.000095%
9.53 uV
24 16777216
0.0000060%
0.60 uV
表1.1 系统的分辨率（满度值为10 V）
精选课件
5
数据采集系统的主要性能指标
DAQ设备
信号中有高频噪声
低通滤波器
负载需要交流开关 或大电流
SPDT继电器 什么态继电器
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12
倒T型电阻解码网络 D/A转换器
倒T型电阻网络是集成DA转换器中采用最多的一种。从节点A 向左看，每个节点等效电阻均为2R。
d0 d1 d2
dn-2 dn-1
R
S0 S1 S2
II
II
2n 2n
Ii
20lgVimax Vimin
➢ 瞬时动态范围：对大动态范围信号的高精度采集时，
某一时刻系统所能采集到的信号的不同频率分量幅
值之比的最大值，即幅值最大频率分量的幅值Afmax
与幅度最小频率分量的幅值Afmin之比的分贝数。瞬
时动态范围：
I 20lg Af max
A 精选课件 f min
7
数据采集系统的主要性能指标
13
d0 d1 d2
I
2n 2R
2R// 2R=R
S0 S1 S2
I
II
2n
2n-1 2n-2
2R 2R 2R
R
R
R
R+R=2R
dn-2 dn-1
R
Hale Waihona Puke Iout1AUo
Iout2
Sn-2 Sn-1
II
22
21
2R 2R
R
R
VREF
I
I
VREF R
可写出 I 的表达式
I 2 Id n 14 Id n 22 n I 1d 12 Ind 0
精选课件
4
数据采集系统的主要性能指标
1.系统分辨率：数据采集系统可以分辨的输入信号的 最小变化量。通常用最低有效位值（LSB）占系统 满刻度信号的百分比表示，或用系统可分辨的实际 电压数值来表示。有时也用信号满刻度值可以划分 的级数来表示。
位数 级数 1 LSB（满度值的百分数） 1 LSB（10V满度）
➢ “采集”包括对被测物理量进行采样、量化、编码、 传输、存储等过程。
➢ 采集速率的倒数是采样周期。
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6
数据采集系统的主要性能指标
4.动态范围：某个物理量的变化范围。信号的动态范围 是指信号的最大幅值和最小幅值之比的分贝数。采 集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最大幅 值Vimax与最小幅值Vimin之比的分贝数，动态范围：
2n-1 2n-2
2R 2R 2R 2R
2R// 2R=R
RRR
R+R=2R
所以流入节点A的电流
Iout1
A Iout2
Sn-2 Sn-1
II
22
21
2R 2R
R
R A I VREF
I VREF R
所以流入相邻左侧节点的电流依次减半。
精选课件
Uo
S n-1
I
21
I
21 2R V REF
2R A I
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2
多通道数据采集系统的几种结构形式
单通道共享A/D转换器
各通道有各自独立的采样保持器，但公用一个A/D 转换器。通过多路开关分，对各路信号分时进行 A/D转换。能够实现多路信号的同步采集，但采集 速度稍慢。
精选课件
3
多通道共享采样保持器与A/D转换器
各通道公用一个采样保持器和A/D转换器。工作时， 通过多路开关将各路信号分时切换，输入到公用的 采样保持器中，实现多路信号的分时采集，而非同 步采集。并且采集速度最慢。优点是节省硬件成本， 适于对采集速度要求不高的应用场合。
数据采集系统基本组成
数据采集系统包括硬件和软件两大部分，硬件部分又可分为 模拟部分和数字部分。
图1.1 数据采集精系选课统件 硬件基本组成
1
多通道数据采集系统的几种结构形式
多通道A/D转换
每个通道都有各自独自的采样保持器与A/D转换器， 这种结构形式可以对各通道输入信号进行同步、高速 数据采集。
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8
微弱信号检测方法
提高信号检测灵敏度或降低可检测下限的基本方法：
➢ 从传感器及放大器入手：降低固有噪声水平、研制新的低噪
声传感器。
➢ 分析测量中的噪声规律和信号规律，通过各种手段从噪声中
提取信号。
对传感器的基本要求是：测量范围宽，线性好，灵敏度高，
噪声低，谱段宽，响应快，寿命长，便于匹配，均衡稳定。
用于弱信号检测的传感器，首要要求是高灵敏度、低噪声。
• 填空：16*1=16 判断6*1=6 简答6*6=36 • 分析10+10+10+12=12分
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9
放大器
使用测量放大器的原因：弱信号、强干扰；动态范围宽，共 模干扰电压大。
✓ 目的：检测叠加在高共模电压上的微弱信号。 ✓ 要求：高输入阻抗、共模抑制能力强、失调及漂移小、噪声
采样频率fs是100HZ
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11
信号调理
信号调理能够在信号、传感器、DAQ板卡和PC机之间提供接 口。通常的信号调理类型包括：放大、隔离、滤波、激励、 线性化等。
热电偶
放大、线性化、冷端补偿
电阻温度检测
电流激励、线性化。3或4线设置
共模或高压 应变片
隔离放大器（光隔） 电流激励、线性化。3或4线设置
2.系统精度：当系统工作在额定采集速率下，每个离散 子样的转换精度。
➢ 模数转换器的精度是系统精度的极限值。 ➢ 系统精度是系统的实际输出值与理论输出值之差，它
是系统各种误差的总和。通常表示为满度值的百分数。 3.采集速率（系统通过速率、吞吐率）：在满足系统精
度指标的前提下，系统对输入模拟信号在单位时间内 所完成的采样次数，或者说是系统每个通道、每秒钟 可采集的子样数目。
低、闭环增益稳定性高。 分类： 技术指标： ✓ 放大倍数：AU、AUS、Ai、Ais ✓ 输入阻抗：Ri=U0/Ii ✓ 输出阻抗 ✓ 通频带
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10
混频偏差
采样率过低的结果是还原信号的频率看上去与原始信 号不同。这种信号畸变叫做混叠（alias）。出现的混 频偏差（alias frequency）是输入信号的频率和最靠 近的采样率整数倍的差的绝对值。
5.非线性失真（谐波失真）：给系统输入一个频率为f 的正弦波时，其输出中出现很多频率为kf（k为正整 数）的新的频率分量的现象，称为非线性失真。谐 波失真系数用来衡量系统产生非线性失真的程度， 它通常用下式表示：
H A22 A32 ... 10% 0 A12 A22 A32 ...
➢ A1为基波振幅，Ak为第k次谐波的振幅。