第4章 数据采集与处理技术PPT课件

定 时 中 断
三、模拟量数据采集的处理方法
和常规的模拟系统相比，计算机数据处理系统 具有如下优点： （1）可用各种程序代替硬件电路，甚至完全不需 要硬件。从而大大降低系统成本。 （2）能够自动修正各种误差，提高测量精度。对 于系统中的各类误差，如非线性误差、温度误差、 零点漂移误差、随即误差等，都可实现找出其规 律，采用软件的方法加以修正。 （3）能够对被测参数进行复杂的计算和处理。 （4）能够实现对传感器和测量装置的监控，提高 系统的可靠性。
1. 数据采集控制方式
（1）延时方式 （2）查询方式 （3）中断方式 （4）DMA方式
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延时方式时ADC0809与8051的接口电路
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查询方式时ADC0809与8051的接口电路
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中断方式时ADC0809与8051的接口电路
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DMA方式的接口电路
2. 数据采集软件流程图 主程序和键盘中断程序
❖ 计算查表法
计算查表法适用于数据按一定的规律排列，并 且搜索内容和表格数据地址之间的关系能用公式表 示的有序表格。
例如：设计一巡回检测报警装置，要求能对16 个通道输入值进行比较，当某一通道输入值超过该 路的报警值时，发出报警信号。
通道值和报警值的存放地址之间的关系可用下 面的公式表示：
报警值存放地址=数据表格起始地址+通道值×2
❖ 对分查表法
对分查表法是先取数据中的中间值(N/2 的值, N 为数据总数) 与要搜索的x值进行比较,若相等,则搜 到,若不相等,则根据查找值的大小继续进行,如果x 大于N/2 值,则下一次取N/ 2～N的中值与x 比较,若x 小于N/2 处的值,则取0～N/2 的中值进行比较, 如此 逐次逼近要搜索的关键字,直到找到为止。
1. 线性化处理程序设计
1）计算法
计算法就是在已测参数的基础上，利用各种 运算程序计算出需要的参数。用计算法处理数据 一般可按以下步骤进行： a. 根据物理和工程实际求出被测参数的数学表达 式； b. 根据要求的精度，确定A/D转换器的位数，并设 计出相应的硬件电路； c. 根据被测参数的数学表达式，进行相应的数据 处理。
二、数据采集系统的任务
微机数据采集系统的任务就是对生产现场的 过程参数定时进行检测、记录、存储、打印、 制表、显示及越线报警。
微机数据采集系统并不对生产过程实施自动 控制，不对生产过程产生直接影响。
三、设计数据采集系统应考虑的问题
1. 分辨率和精度 它决定了对A/D转换器的位数要求。
2. 采集的模拟量通道数 它决定了系统的结构。
若测量数据与转换的电信号有明确的数学表 达式，且该表达式又便于计算，则可利用计算机 强大的计算功能将该表达式转换为线性关系后再 进行计算。
如热电偶，其输出电势E与被测温度T之间为 非线性关系，可用一个多项式表示：
T a n E n a 2 E 2 a 1 E a 0
项数和系数取决于热电偶类型和测量范围，一 般n≤4。
来时，可采用查表法。即预先编制一张表格，把具 有非线性关系的参数按一定顺序置于表内，然后通 过查表程序根据被测参数的值最终查出所需的结果。 常用的查表法有：
❖顺序查表法 ❖计算查表法 ❖对分查表法
❖ 顺序查表法 顺序查表法的步骤如下： （1）设定表格的起始地址。 （2）设定表格的长度。 （3）设定要搜索的关键字。 （4）从表格的第一项开始，比较表格数据和关 键字，进行数据搜索。
对
T a 4 E 4 a 3 E 3 a 2 E 2 a 1 E a 0
可作如下变换
T { a 4 E [ a ( 3 ) E a 2 ] E a 1 } E a 0
这时，只要由里向外逐次计算，就可把一个高 次非线性方程的运算简化了。
又如孔板流量计测出的差压△P和流量Q之间关
系为：
Q K P
K为系数
对于这种开平方的非线性关系常用牛顿迭代 公式进行线性化处理。其迭代公式为：
yn1 2(yn 1yn x 1)yn 11 2(yn x 1yn 1 )
常用的牛顿迭代初值是y0=（1+x）/2，当yn和 x 之间的误差随着迭代次数减小到规定值时，就停止 运算。
2） 查表法 有些非线性参数不能用一般算术运算计算出
插值基点取得越多，替代直线越逼近实际的曲线， 插值计算的误差就越小。因此，只要插值基点足够 多，就可以获得足够的精度。
图为某热电偶温度T－热电势E的关系曲线。
若将曲线分成若干段，把相邻分段点用折线连接
起来，用折线代替曲线，则为直线方程关系。
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TxTn1E Tn n T E nn 11(ExEn1)T 5
对分查表法的最高搜索次数Log2N-1。和顺序 查表法相比，对分法可以大大减少查表次数，提高 检索效率。
3） 折线法（线性插值法）
在实际工作中，有许多非线性关系只能通过一 条曲线来表示，对于这种场合可用折线法及非线性 插值逼近法来解决。
曲线斜率变化越小，替代直线越逼近特性曲线， 则折线法带来的误差就越小。因此，折线法适用于 斜率变化不大的特性曲线的线性化。
3. 采样周期 选取采样周期时要考虑信号处理中采样周期
和闭环控制系统的采样周期。
4.2 模拟数据采集技术
一、模拟数据采集电路
多路采样开关、采样保持器、A/D转换器等 构成了DAS的数据输入通道。
如图所示为8路模拟电压自动巡回数据采集 系统。
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8路模拟电压自动巡回数据采集系统
二、模拟数据采集软件的流程图
T4
EX － ห้องสมุดไป่ตู้量热电势；
T3
TX － 待求的温度；
T2
En-1、En —折线段两端热电势； T 1
第二章 数据采集与处理技术
4.1 数据采集系统概述 4.2 模拟数据采集技术 4.3 数字数据采集技术
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总体概述
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4.1 数据采集系统概述
一、数据采集系统的概念
在现代生产过程中，需要对大量的过程参数 进行观测、记录与分析，这就要求对过程参数 进行检测，然后根据获得的数据作出相应的处 理，以便人们对系统运行情况进行了解和决策， 这就是数据采集与处理，所构成的系统也就是 数据采集系统（DAS）。