基于自动巡回检测的数据采集系统的设计说明

基于自动巡回检测的数据采集系统的设计

摘要：数据采集系统是计算机与外部世界联系的桥梁，是获取信息的主要途径。数据采集技术是信息科学的重要组成部分，随着科技发展，尤其是计算机技术的发展与普及，数据采集技术将有广泛的发展前景。文章系统介绍了数据采集系统的结构及其主要部分的工作原理。本文基于自动巡回检测的设计，着重介绍了双向8通道多路开关，采样保持器LF398，A/D转换器AD574A及其与8051的接口。文章阐述了数据采集系统设计的基本原理和思想。

关键词：数据采集，自动巡回检测，模拟多路开关，采样保持，A/D转换，单片机，接口

The design of DAS based on The Automation Circular Monitor

Abstract: DAS (Date Acquisition system) is not only the bridge between computers but also the main way acquired information. DAS is the important part of the information science. With the technology developed, specifically the computer technology developed and widely used, Date Acquisition technology is being used widely in diverse fields. The article introduces the structure and principle of the main part of the DAS. In the basic of the automation circular monitor design, the article introduces emphasize double way eight opening switch CD4051, S/H LF398, Analog –Digital converter (ADC) AD574A and the interface between MC-8051

and AD574A. Also the article introduces the basic principle and theory of DAS design.

Keywords: Date Acquisition Automation Circular Monitor Analog-Digital converter Multilayer Switch S/H Single Chip Microcomputer interface

1、数据采集系统及其结构

1.1、数据采集基本概念

外部世界的大部分信息是以连续变化的物理形式出现的，例如温度，压力，位移，速度等。要将这些信息送入计算机进行处理，就必须先将这些连续的物理量离散化并进行量化编码，从而变成数字量，这个过程就是数据采集。它是计算机在监测，管理和控制一个系统过程中取得原始数据的主要手段。

数据采集就是将被测对象（外部世界，现场）的各种参量（物理量、化学量、生物量）通过各种传感器做适当转换后，再经过信号调理采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到控制器进行数据处理或存储记录的过程。用于数据采集的成套设备为数据采集系统（Data Acquisition System, DAS）。

现代数据采集系统具有如下主要特点：

（1）一般都由计算机控制，使得数据采集的质量和效率大为提高，也节省

设备。

（2）软件在数据采集系统中的作用越来越大，这增加了系统设计的灵活性。

（3）数据采集与数据处理相互结合得日益紧密，形成数据采集系统与处理系统，可实现从数据采集，处理到控制的全部工作。

（4）数据采集过程一般都有实时特性，实时的标准是能满足实际需要，对于通用数据采集系统一般希望有尽可能高的速度，以满足更多的应

用环境。

（5）随着微电子技术的发展和电路集成度的提高，数据采集系统的体积越来越小，可靠性越来越高，以至出现单片机数据采集系统。

（6）总线在数据采集系统中的广泛应用，总线技术对数据采集系统结构的发展起重要作用。

1.2、数据采集系统的基本结构

数据采集系统包括硬件和软件两部分。硬件部分又分为模拟部分和数字部分。图1是硬件基本组成示意图。

图1

1.2.1、传感器、放大器与滤波器

传感器的作用是把非电的物理量转变成模拟变量（如电压、电流或频率）。

例如：使用热电耦、热电阻可以获得随温度变化的电压。通常把传感器输出到A/D转换器输出的这段信号通道称为模拟通道。

放大器用来放大和缓冲输入信号。由传感器输出的信号较小，需要加以放大，以满足大多数A/D转换器的满量程输入5v～10v的要求。此外某些传感器的阻较大，输出功率较小，这样放大器还起到阻抗变换器的作用，可以缓冲输入信号。由于各类传感器的输出信号情况各不相同，所以放大器的种类也很繁杂。

传感器和电路中的器件常会产生噪声，人为的发射源也可通过各种耦合噪道使信号通道感染上噪声，这种噪声可用滤波器来衰减以提高模拟输入信号的信噪比。

1.2.2、模拟多路开关

在数据采集系统中，往往要对多个物理量进行采集，可通过多路模拟开关来实现。多路模拟开关的主要用途是把模拟信号分时地送入A/D转换器或者把经计算机处理后的数据由D/A转换器转化成模拟信号，按一定的顺序输出到不同的回路中去。前者称为多路开关，完成多到一的转换。后者称为反多路开关或多路分配器，完成一到多的转换。多路模拟开关可分时选通来自多路输入通道的某一路信号。因此多路开关的单元电路如采样保持电路、A\D及其处理器等只需一套即可。这样可节省成本和体积，但这只在物理量变化比较缓慢，变换周期在数十至数百毫秒之间的情况时较合适，因为这样可使用普通的数十微妙的A/D转换器从容的分时处理这些信号。但当分时通道较多时必须注意泄露及逻辑安排等问题。当信号频率较高时，使用多路分路开关，对A\D转换器的速率要求也随着上升。当信号频率较低时，须注意选择多路模拟开关的类型。多路模拟开关的导通电阻一般在100Ω左右，在要求导通电阻小的情况下应采用继电器。