多通道数据采集和分析系统研究文献综述

文献综述

课题名称：多通道数据采集和分析系统研究(下位机)课题类型：

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2011年3月12日

多通道数据采集和分析系统研究（下位机）

中文摘要

由于数据采集系统的应用范围越来越宽，所涉及到的测量信号和信号源的类型越来越多，对测量的要求也越来越高，国内现在已有不少数据测量和采集的系统，但很多系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂，并且对测试环境要求较高等问题。目前针对多通道数据采集体统的研究主要集中在数据传输的同步性、系统容量及低能耗等特点。人们需要一种应用范围广、性价比高的数据采集系统。

本文主要对目前国内外多通道数据采集系统的研究及发展方向进行分析，并对几种较常用到的多通道数据采集系统的基本情况做了简单的介绍。常用的多通道数据采集系统有运用单片机、DSP、CPLD、FPGA以及基于LabVIEW平台的虚拟仪器。针对目前多通道数据采集体统的研究主要集中在数据传输的同步性、系统容量及低能耗等特点。有些研究虽然在同步性上有所突破，但在系统容量或者能耗方面仍需改进，或者在能耗方面取得一定的成就，但系统的精度或分辨率等均达不到要求。总之，多通道数据采集系统不仅在应用上是多种多样的，它的实现方式也是纷繁复杂的。

关键词：多通道数据采集系统实现方式虚拟仪器

Multi-Channel Data Acquisition and Analysis System

(Lower Computer)

Abstract

As the application of data acquisition system is become more and more wide，it means that there is more measuring signal and more kinds of signal source need to be measured, and the requirement of these measurements is also in-creasingly high. There are quite a few system of data collecting and measuring，but lots of these systems are neither poor in functions，nor lack of acquisition channels, or low in gathering rate, complex to operate， and the most serious problem is that the requirement of test environment is absolutely higher. Nowadays, the research of multichannel data acquisition systems focus on the synchrony of data transmission 、the capacity of system and low consumption of energy. We also need a wide application and high ratio of data acquisition system. This paper focuses on the research of multi-channel data acquisition system and developing direction, and introduced the situation of several frequently used systems briefly. As a matter of fact, all of these systems are using DSP microcontroller, or based on FPGA， CPLD，virtual instrument at LabVIEW platform. Aiming at the research of multi-channel data acquisition systems are focuses on the synchrony of data transmission and the capacity of system and low energy consumption，etc. Some research， while in synchronicity has breakthrough， but on the capacity of system is still need to be improved， or made some achievements on energy saving， but are short in the accuracy and resolution of system. Anyhow， multi-channel data acquisition system is not only varied in application，but also its realization way is complicated.

Key words: Multi-channel data acquisition system Realization way Virtual instrument

一、课题国内外现状

数据采集与处理一直是生产实践研究与应用领域的一个热点和难点。随着微电子制造工艺水平的飞速提高及数据分析理论的进一步完善与成熟目前国内外对数据采集系统的高性能方面的研究上取得了很大的成就。就A/D转换的精度、速度和通道数来说，采样通道由单通道发展到双通道、多通道、采样频率、分辨率、精度逐步提高为分析功能的加强提供了前提条件。而在数据分析的微处理器上，最初的数据采集系统以8位单片机为核心。随着微电子技术的不断发展，新兴单片机的不断问世，十六位、三十二位单片机也为数据采集系统研制厂家所采用。近来采用具有DSP功能的数据采集系统也已投入市场。同时，通用PC机的CPU用于数据处理也较为常见。总之，伴随着高性能微处理器的采用和用户技术要求的不断提高，数据采集系统也越来越完善。

在绝大多数利用计算机进行的控制和数据分析场合中，都离不开对模拟信号的采集。工业现场的复杂性决定模拟信号性质的多样化。因此，根据具体工程要求的不同，对测量的技术要求也不尽相同，就采样速度来说有的是变化缓慢的信号。比如炉温的温度，对其进行采样时可以选用普通采样速率的模数转换器，有的又是瞬间变化的模拟信号，比如机械振动过程中的压力或电路系统开关瞬间对线路上的电流的影响。采样时，就必需采用采样速率较高的模数转换电路；其次，对采样的精度的要求有区别，大部分的普通仪表只需8位精度即可满足测量要求。而在一些精密控制和数据分析的场合中，又必需采用14位16位18位甚至更高位数分辨率来进行采样。另外，很多情况下需要采样的信号有多路，比如设计一个异步电动机的软启动器，就需要考虑采样定子电压，定子电流及电机机壳温度等几路信号。不仅如此，在大多数测量对象比较复杂或进行高精度控制的情况下，一般都会对采样的精度、速度、通道数等技术指标同时提出很高的要求，比如在一些电气设备的故障诊断中，除了要求采样具有很高的速度和精度外，还需要能对多个通道的输入信号采集并且是同步进行采集。

二、国内外研究主要成果

目前针对多通道数据采集体统的研究主要集中在数据传输的同步性、系统容量及低能耗等特点。有些研究虽然在同步性上有所突破，但在系统容量或者能耗方面仍需改进，或者在能耗方面取得一定的成就，但系统的精度或分辨率等均达不到要求。可见本课题在一定的程度上还是有很大发展空间的。

下面针对几种常见的数据采集系统的优缺点进行简单介绍：

1、多类型多通道的数据采集系统设计