多路数据采集系统设计

第一章绪论

1.1课题研究背景和意义

数据采集是指将位移、流量、温度、压力等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印。数据采集技术是信息科学的一个重要组成部分，信号处理技术、计算机技术，传感器技术是现代检测技术的基础。数据采集技术则正是这些技术的先导，也是信息进行可靠传输，正确处理的基础。在工业生产中，对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，这样能提高产品的质量、降低成本。在科学实验中，对应用数据进行实时采集，这样获得大量的动态信息，是研究物理过程动态变化的有效手段，也是获取科学奥秘的重要手段之一。

设计数据采集系统目的，就是把传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的数字信号，并把数字信号送入计算机，计算机将计算得到的数据加以利用观察，这样就实现对某些物理量的监视，

数据采集系统性能的好坏，取决于它的精度和速度，在精度保证的条件下提高采样速度，满足实时采集、实时处理和实时控制的要求[1]。

数据采集常用的方式有在PC机，也可以在工控机内安装数据采集卡，如RS-422卡、RS-485卡及A/D卡；或专门的采集设备，包括PCI、PXI、PCMCIA、USB，无线以及火线(FireWire)接口等，可用于台式PC机、便携式电脑以及联网的应用系统中[2]。

数据采集系统起始于20世纪50年代，1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统，目标是测试中不依靠相关的测试文件，由非成熟人员进行操作，并且测试任务是测试设备高速自动完成的。近年来，数据采集及应用受到了人们越来越广泛的关注，数据采集系统也有了迅速的发展，数据采集系统也朝着微型化、小型化、便携式，低电压、低功耗发展。当前市场出售的小型数据采集器相当于一个功能齐全计算机。这些数据采集器功能强大，能够实现实时数据采集、处理的自动化设备。具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能[；不仅能保证现场数据的实时性、真实性、有效性、可用性，而且能很方便输入计算机，

应用在各个领域。所以根据当前数据采集发展的实际需求，研制开发符合生产需要的多功能智能化的数据采集器意义重大。

1.2 国内外数据采集研究现状与问题

1.2.1 国外信号采集系统研究的现状与问题

数据采集系统它起始于20世纪中期，在过去的几十年里，随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。数据采集系统应用于工业、农业等各个领域，并广泛应用于工业生产的控制，国内外许多技术公司和科研单位都在积极研制，国外的数据采集器的研制已经相当成熟，而且种类不断增多，性能越来越好，功能越来越强大。目前国外许多科研单位和技术公司都在积极研制便携式数据采集系统。市场上较早出现的具有代表性的万次/S。主要有:美国PASCO公司生产的"科学工作室”是将数据采集应用于物理实验的崭新系统，它由3个部分组成：（1）传感器：利用先进的传感技术和实时采集技术可实时采集物理实验中各物理量的数据；（2）计算机接口：将来自传感器的数据信号输入计算机，采样速率最高为25万次/S;（3）软件：中文及英文的应用软件。还有美国Fluke公司生产的Hydra系列便携式数据采集器：Hydra系列有三种型号，可满足不同的应用需要。2620A Hydra数据采集器是和PC 配合使用的紧凑式前端；便携式的2625A Hydra数据记录器内置有非易失存储器，可以保存多达2000次的扫描数据，用于独立式的应用；2635A Hydra数据采集器具有可插拔的存储卡，可以保存数据和设置，是最为通用的型号－非常适宜于远程监控等应用。又如TEMPRO天正通大气环境部开发的CR23X微数据采集器，美国QUATRONIX公司生产的WA VEBOOK高速便携数据采集系统等。这些采集系统有一个共同点，和PC机的通信时几乎都采用RS-232口，虽然它们自身带有存储器，但存储容量都不大。近年来，国外市场上又出现了美国CASIO公司的CASIODT-30O、Ocean Optics公司的ADCIO00-USB等采用USB接口的便携式数据采集器。国外产品虽然进入我国市场较早，但就当前市场而言，并没有占据市场的主要份额，主要原因是高昂的价格和非汉化的操作界面使其推广受到限制[5]。

1.2.2 国内信号采集系统研究的现状与存在的问题

由于信号采集系统在现代科技发展中的重要地位逐渐被人们所认识，国内研究单位和公司也逐渐开始信号采集系统的研究和发展。

如我国数字地震观测系统主要采用TDE-124C型TDE-224C型地震数据采集系统近年来，又成功研制了动态范围更大、线性度更高、兼容性更强、低功耗可靠性的TDE-324C型地震数据采集系统。又如北京优采公司的UA5OO系列、郑州科诚自动识别设备公司的NLS-P、T-90O系列便携式数据采集器等。国内这些产品价格优势占据市场主导，但是与国外同类产品相比，国内便携式数据采集器性能指标还有较大的差距，这主要表现在以下几个方面:

（1）我国部分产品仍采用的是USB1.1协议，而国外产品则早已采用USB2.O规范; （2）存储容量小，软件功能不够完善，使用不够方便。

（3）数据采集频率低，精度和分辨率低，数据处理能力差;

为此，国内各科研单位及厂家正积极追赶国外最新技术，不断提高数据采集器的产品的性能，并力争使成本比国外同类产品低，为国内测控事业的用户提供高品质的选择[5]。

如九纯健科技公司的JCJ708数据采集器采用先进的微电脑技术及芯片，性能可靠，抗干扰能力强，与各类传感器、变送器配合使用，可对多路温度、湿度、压力、液位、流量、重量、烟感报警、红外探测器报警、等工业过程参数进行多路检测、数据采集及通讯。JCJ708B数据采集器通过标准ＲＳ２３２或ＲＳ４２２、４８５通讯口，可直接连接计算机通讯，通讯波特率及地址出厂时根据用户要求定好（默认波特率为９６００，通讯协议为ＭＯＤＢＵＳ－ＲＴＵ），用户无需对数据采集器进行复杂设定，接上线就可用，使用方便。技术参数：

误差：测量精度：0.2％FS±1个字变送精度：0.2％FS±1个字

输入信号：电流 0-10mA 4-20mA 电压 0-5V 1-5V 无源开关量信号

通讯输出： 1、隔离串行双向通讯接口RS485 2、隔离串行双向通讯接口RS232

通讯协议：标准MODBUS-RTU 九纯健科技定制通讯协议