传感器数据采集

一个工作周期
启动脉冲
(1)
多路开关
(2)
放大器 采样／保持 A／D转换
数据总线
1.2
(3)
s
6s
(4)
tAD
(5)
图1.2 数据采集系统工作时序
系统特点
1.3 数据采集系统的结构形式
①结构简单，易实现 ②对环境要求不高 ③系统成本低 ④集散型的基本单元 ⑤模板齐全，易组成系统
2. 集散型数据采集系统
第1章 概 论
1.2 数据采集系统的基本功能
数据采集系统一般具有以下功能：
1. 采集数据
按照采样周期，对模拟、数字、开关信号采样。
2. 模拟信号处理
模拟信号—
指信号幅值随时间连续变化 的信号。
特点：
1.2 数据采集系统的基本功能
在规定的一段连续时间内，其幅值 为连续值。
优点：
便于传送。
缺点： 易受干扰。
相应系统称为数据采集系统。
1.1 数据采集的意义与任务
2. 数据采集的意义
作用
①在生产过程中，对工艺参数进 行采集、监测，为提高质量， 降低成本，提供信息。
②在科学研究中，用来获取微观、 动静态信息。
意义： 解决靠人不能解决的问题。
1.1 数据采集的意义与任务
例如，物体的运动数据记录、处理。
结果：
1.2 数据采集系统的基本功能
8. 打印输出
按时间间隔，打印输出数字、图形。
9. 人机联系 操作人员用键盘或鼠标与系统对话，
完成运行方式的设置。
第1章 概 论
1.3 数据采集系统的结构形式
系统组成
①硬件 ②软件
结构形式
①微型计算机数据采集系统 ②集散型数据采集系统
1.3 数据采集系统的结构形式
数据采集站一般是由单片机数据采集装 置组成，位于生产设备附近，可独立完 成数据采集和预处理任务，还可将数据 以数字信号的形式传送给上位机。
数据采集站与上位机之间通常采用异步 串行传送数据。数据通信通常采用主从 方式，由上位机确定与哪一个数据采集 站进行数据传送。
1.3 数据采集系统的结构形式
系统特点
对采集到的电信号作标度变换
将没有明确物理意义的电压信号，转 换为原来对应的物理量。
1.5 数据处理的类型和任务
消除数据中的干扰信号
消除在数据的采集、传送和转换过程 中，由于系统内部和外部干扰而在数据中 混入干扰信号，以保证采样精度。
分析计算数据的内在特征
对采集到的数据进行变换计算，以得 到能表达采样数据内在特征的二次数据。
系统结构如图1.3所示
1.3 数据采集系统的结构形式
上位机
数据 采集
站
模拟量 输入
生 产 现 场
通信接口
RS-485
RS-485
数据
数据
采集
采集
站
站
数字量 输入
模拟量 输入
数字量 输入
模拟量 输入
生
生
产
产
现
现
图1.3 集场 散型数据采集系统 场
数字量 输入
1.3 数据采集系统的结构形式
它由若干个“数据采集站”和一台上位机 及通信线路组成。
5. 二次数据计算
概念
一次数据 — 从传感器采集的数据。
二次数据 —
对一次数据作计算得到
的数据。
二次数据
1.2 数据采集系统的基本功能
平均、累计 傅里叶变换、积分变换 变化率、差值 最大值、最小值
6. 屏幕显示 将数字、图形、图表等显示在屏幕上。
7. 数据存储 按时间间隔，将数据存储在外部存储器。
①适应能力强 ②可靠性高 ③实时性好 ④对硬件要求不高
第1章 概 论
1.5 数据处理的类型和任务
处理 类型
①按处理方式 ②按处理性质
实时（在线）处理
事后（脱机）处理 剔除误差
预处理 标度变换 二次 微分、积分 处理 傅里叶变换
处理任务
1.5 数据处理的类型和任务
①对采集信号作标度变换 ②消除数据中的干扰 ③分析计算数据中的内在特征
①传感器 — 将非电量转换为电信号。
②多路开关 — 分时切换各路模拟量与 采样／保持器的通路。
系统
③程控放大器— 对模拟信号进行放大。
组成
④采样/保持器— 保持模拟信号电压。
⑤A/D转换器— 将模拟信号转换为数字 信号。
⑥接口电路 — 将数字信号进行整形电 平调整。
1.3 数据采集系统的结构形式
时序图如图1.2所示。
抗干扰能力强 需要一套转换电路，增加成本。
传送方式
①并行传送 ②串行传送
信号处理：
将数字信号采入计算机后，进 行码制转换。如 BCD→ASCII， 便于在屏幕上显示。
1.2 数据采集系统的基本功能
4. 开关信号的处理
开关信号—
由按钮、行程开关等器件触 点产生的信号。
信号处理：根据开关的状态执行相应的操作。
信号 类型
①由传感器输出的电压信号 ②由仪表输出的电流信号
0～10mA 4～20mA
1.2 数据采集系统的基本功能
信号 处理
①将采样信号
→ 数字信号
②将转换的数字信号作标度变换
3. 数字信号处理 数字信号—
指在有限离散瞬时上取值间 断的信号。
特点：
时间和幅值都不连续的信号。
优点： 缺点：
1.2 数据采集系统的基本功能
1.5 数据处理的类型和任务
例如，在研究振动时，由于频谱更能 说明振动波形对机械结构所产生影响，因 此，常对采集到的振动信号作傅里叶 （FFT）变换，得出振动波形的频谱。
第1章 概 论
1.6 学习重点和方法
1. 学习重点:
① 数据采集的基本理论、概念。 ② 数据采集理论的运用。 ③ 数据采集程序的设计。
提高工作效率，取得较好的经济 效益。
3. 数据采集系统的任务
①采集传感器输出的模拟信号，并转 换成数字信号，然后送入计算机。
有
②系统计算机对数字信号进行处理。
1.1 数据采集的意义与任务
4. 评价数据采集系统性能优劣的标准
标准有
系统的采样精度。 系统的采样速度。
5. 构成数据采集系统的依据
保证系统具备采样精度的条件下，有 尽可能高的采样速度，以满足实时处理、 控制的要求。
数据采集与处理
第1章 绪 论
1.1 数据采集的意义与任务
1.2 数据采集系统的基本功能 1.3 数据采集系统的结构形式 1.5 数据处理的类型和任务
第1章 概 论
1.1 数据采集的意义与任务
1. 数据采集的定义 数据采集 ——
指采集温度、压力、流 量等模拟量，转换成数 字量，由计算机进行存 储、处理、打印的过程。
1. 微型计算机数据采集系统 系统的结构如图1.1所示。
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1.3 数据采集系统的结构形式
多路开关
传感器
传感器
传感器
被
测 物
传感器
… …
放大
器
采
A
样
/
/
D
保
转
持
换
计
器
器
算
理
量
定时与逻辑控制
机
传感器
数字信号
传感器
开关信号
接 口
图1.1 微型计算机数据采集系统
显示器 打印机 绘图机
1.3 数据采集系统的结构形式