数据采集技术

Measurement Studio Tools for Visual Basic
Measurement and automation ActiveX controls
Analysis UI GPIB Serial
DAQ
Network
LabWindows/CVI
Standard ANSI C Language • Open, powerful • Multithreaded Built-in Instrumentation Libraries Productivity Tools for faster development ™
在板卡之间连接时钟和触发信号 完成数据采集的同步操作 在DSP卡串行传输数据
触发
• 软件触发
TTL Signal START TRIG* Input of MIO Board
• 数字触发
Edge Initiates Acquisition
• 模拟触发
Level and Slope of Analog Signal Initiates Acquisition
RTDs
• 精度比热电偶高 • 不需要冷端补偿 • 比热电偶昂贵
• 需要电流源
• 非线性输出，需要线性化 • 2路RTDs接线，简单，但要考虑接线电阻误差 • 3路和4路 RTD 接线，消除了接线电阻误差
ຫໍສະໝຸດ Baidu
热敏电阻
• 需要电流源或电压源激励
• 非线性化强烈，需要线性化
• 敏感度高 • 电阻高
应变片
驱动程序的功能 通道数 分辨率 时钟频率
数字信号调理
Loads Requiring AC Switching or Large Current Flow Heaters Solenoids Lamps Valves Pumps Motors Electromechanical Relays or Solid-State Relays
f
频率
数字信号
on off t 10t
开关信号 Input: Sense a switch closure Output: Close a valve
连续脉冲信号
Input: Read an optical encoder
Output: Generate a square wave
DAQ卡需要考虑的指标
• 灵活 • 费用较低 • 性能选择范围大 • 大量的软件工具可用利用PC技术
数字化技术
信号分类
信号根据其所传递的有用信息进行分类
信息
on
On-Off Digital
1-
off t
状态
Pulse Train
0t
速率
Signals DC
0.985
幅值
t
Analog
Time Domain
t
形状
Frequency Domain
信号调理 多路复用 放大 隔离
滤波
传感器激励
冷端补偿
SCXI的其它特性
可扩展，最多到3,072通道
紧凑，在7英寸空间可达384个通道
灵活，可以和最新的采集卡，软件，和计算机 配合工作 高速，和E系列的采集卡配合扫描速度达33KHz 设置方便
结构开放
Demo
A/D 分辨率
Amplitude 10.00 9.75 7.50 6.25 5.00 3.75 2.50 111 110 100 011 010 001 000 0 20 40 60 80 100 120 140 Time code width
UI Data Controls Object –Intellisense Utility –ClassWizard Classes
Application Wizard
Measurement classes
• Acquisition • Analysis
User interface through ActiveX Utility classes Data objects
数据采集系统的设计
数据采集系统的设计
数据采集系统的设计
数据采集系统的设计
浮点放大数据采集系统设计
数据采集系统的设计
数据采集系统的设计
数据采集系统的设计
数据采集系统的设计
数据采集系统的设计
设计一个四路数据采集系统
• 各路输入信号性能要求
• 第一路：单次阻尼振荡波形，持续时间为0.4-1s，阻尼振荡频率 f0=500Hz，输出振荡峰峰值VP-P<=0.5V • 第二路：来自某一热电偶输出，温度范围0-400度，相应输出025mV，温度最小区分度为0.2度；工作环境下有0.2V共模噪声； • 第三和第四路为一个0-5V的可调的直流输出。
3-bit ADC
1.25
0
16-bit ADC
Code width = smallest detectable change in voltage = AD的输入范围 增益 * 2 n n = # of ADC bits
A/D 采样率
Adequately sampled
Aliased due to undersampling

Intuitive and easy to learn Ideal for code reusability
• Modularity and hierarchy
Demo
What is Measurement Studio?
Measurement Components
Acquisition
Analysis Visualization
Production Monitoring or Process Control Proximity Switches Limit Switches Thermostats Manual Switches
Electromechanical Relays or Solid-State Relays
数字I/O
Measurement Studio
Internet
Visual Basic Visual C++ Windows Measurement Hardware
Measurement Studio Tools for Visual C++
Compiler integration
Visa GPIB Analysis
• 运行方式（选择示波器/计算机显示器显示结果）
• 单次信号瞬时采集后连续显示 • 其他各路信号可以选择采集和显示或循环采集和显示
• 扩展要求
• 采集通道数扩展 • 采集速度和精度的提高 • 单次信号采集功能的扩充
何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，433-453
Common-Mode Voltages or High Voltages
Optical Isolation
模拟信号
0.985 t t f
直流信号
时域信号
频域信号
Temperature Pressure Flow Strain
ECG Blood pressure Single-shot events Chromatograph
数据采集技术 （DAQ）
Data Acquisition Techniques
林 君
jlin@jlu.edu.cn Tel:8502473
数据采集功能
Analog I/O
Digital I/O
On Off
Clock I/O
ADC DAC
digital cntr/ timer
10
DAQ Board
插入式数据采集卡的优越性
LabVIEW

Empowering technology
• Natural flowchart notation • Eliminates syntactical details

Reduces development time
• Rapid prototyping • Self-documenting
TCP
数据采集的基本原理
(3.1)
数据采集的基本原理
数据采集的基本原理
采样定理的推导
采样定理的推导
采样定理的推导
采样定理的推导
采样率的确定
数据采集系统的设计
数据采集系统的设计
1. MUX切换 2. PGA切换 3. S/H 4. A/D开始工作 5. A/D转换完成 6. 读取数据 7. 存储数据 8. 循环至结束
Vibration Speech Sonar
DAQ卡需要考虑的指标参数
DC 精度 分辨率 采样率 AC 和 DC 精度 触发 分辨率 采样率 AC 精度 触发 滤波器
模拟信号调理
低电压信号
隔离 放大 噪声滤波 电流与电压的转换; 隔离，放大，噪声滤波
激励电源 隔离，放大，噪声滤波 隔离，放大，噪声滤波 冷端补偿 激励电压 全桥和半桥设置 隔离，放大，噪声滤波
电流输入/输出
RTDs 和热敏电阻
多功能I/O
热电偶
应变仪
Demo
变送器/传感器
物理现象 传感器
温度
热电偶 RTD IC 传感器 热敏电阻
真空管光电传感器 麦克风 应变仪 压电传感器
光 声 力和压力
热电偶
• 价格较低，坚固 • 可承受高温 • 可迅速感知温度的快速变化
• 需要作冷端补偿
• 电压量很小 –需要放大 • 输出非线性 需要冷端补偿
Virtual Instruments Scope Dynamic signal analyzer Arbitrary waveform generator Function generator DMM Data logger
Demo
软件开发平台
Graphical Programming
Graphical Programming
Nyquist 原理
采样率
>
2倍的最高频率
多通道采集
采集模式
通道设置
Battery 1 Battery 2
连续扫描 同步采样 间隔扫描
•
Strain gauge 1 Strain gauge 2
扫描顺序 增益 范围 单端/差分输入 单极/双极
• • • •
Temp Pressure
Demo
实时系统集成总线 RTSI Real-Time Systems Integration Bus RTSI
• 条件获取 (软件) – 由 AI Buffer Read 设定 – AI Read 调用 AI Buffer Read
Level and Slope of Analog Signal Retrieves Acquisition
Demo
软件
应用软件
•LabVIEW •LabWindows/CVI •Component Works •Visual Basic •C/C++... •NI-DAQ
• 需要电压源
• 需要桥式电路设置
• 非线性化输出，需要线性化
Signal Conditioning Extensions for Instrumentation （SCXI)
DAQ卡的前端信号调理模块
SCXI 选择
传感器和信号 • 热电偶 • RTDs • 热敏电阻 • 应变仪 • 电压信号 微伏，毫伏，伏 • 电流信号 4 — 20 mA, 0 —20 mA • 数字信号
Standard Language IMAQ, etc) Compiler Editor DataSocket Interactive Debugger ActiveX GUI Open System Execution
I/O Code (GPIB, VXI, Generation Tools ANSI C Analysis DAQ, Serial,
接口软件
•PCI-MIO-16E-1
DAQ 卡
DAQ的软件接口
Application Software
要求:
可以所有采集卡的功能 向下兼容 通用的 API 功能齐全的设置工具 方便易用
NI-DAQ
Demo
软件开发平台选择
VirtualBench
Ready-to-Run Virtual Instruments