第一章数据采集与处理.ppt

1、数据采集与处理数据采集与处理班级：机研15 课时：24 教材：教材：数据采集与处理技术数据采集与处理技术作者：马明建作者：马明建参考：数据采集与分析技术参考：数据采集与分析技术作者：周林、殷侠等作者：周林、殷侠等主讲教师：主讲教师：Dr.Dr.吴晓明吴晓明 第一章绪论第一章绪论 第二章模拟信号的数字化处理第二章模拟信号的数字化处理 第三章模拟多路开关第三章模拟多路开关 第四章测量放大器第四章测量放大器 第五章采样保持器第五章采样保持器 第六章模数转换器第六章模数转换器 第七章数模转换器第七章数模转换器 第八章数据的接口板卡采集第八章数据的接口板卡采集 第九章数字信号的采集第九章数字信号的采集

2、第十章数据的串行端口采集第十章数据的串行端口采集 第十一章数据采集系统的抗干扰技术第十一章数据采集系统的抗干扰技术 第十二章采样数据的预处理第十二章采样数据的预处理 第十三章数据采集系统设计第十三章数据采集系统设计 第十四章数据采集系统实例）第十四章数据采集系统实例）前言前言各章主要内容各章主要内容第章：第章：绪论绪论主要介绍数据采集的意义和任务，数据采集系统的基本功能、主要介绍数据采集的意义和任务，数据采集系统的基本功能、结构形式、数据采集软件的功能，还介绍了数据处理的类型和结构形式、数据采集软件的功能，还介绍了数据处理的类型和 任务。任务。第章：第章：模拟信号的数字化处理模拟信号的数字化处

3、理重点介绍模拟信号数字化处理中的基本理论、方法，包括采样重点介绍模拟信号数字化处理中的基本理论、方法，包括采样 过程、采样定理、量化与量化误差、编码，还讨论了几种采样过程、采样定理、量化与量化误差、编码，还讨论了几种采样 技术的应用、频率混淆的原因及消除频率混淆的措施。技术的应用、频率混淆的原因及消除频率混淆的措施。第章：第章：模拟多路开关模拟多路开关介绍模拟多路开关的工作原理和主要技术指标，常用集成多路介绍模拟多路开关的工作原理和主要技术指标，常用集成多路 开关芯片、多路开关的电路特性和多路开关的使用。开关芯片、多路开关的电路特性和多路开关的使用。第章：第章：测量放大器测量放大器介绍测量放大

4、器的电路原理、主要技术指标，集成芯片和测量介绍测量放大器的电路原理、主要技术指标，集成芯片和测量 放大器的使用，还介绍了隔离放大器的结构和应用。放大器的使用，还介绍了隔离放大器的结构和应用。第章：第章：采样保持器采样保持器介绍采样保持器的工作原理、类型、主要性能参数和集成芯介绍采样保持器的工作原理、类型、主要性能参数和集成芯 片，还讨论了系统采集速率与采样保持器的关系，以及采样片，还讨论了系统采集速率与采样保持器的关系，以及采样/保持器使用中应注意的问题。保持器使用中应注意的问题。返回返回第、章：第、章：模数、数模转换器模数、数模转换器介绍介绍 和和 转换器的分类，主要技术指标、工转换器的分类

5、，主要技术指标、工 作原理。在详细介绍几种位、位和作原理。在详细介绍几种位、位和 转换器的基础上，给出了与单片机、机的硬件接口电转换器的基础上，给出了与单片机、机的硬件接口电 路及调试方法和步骤路及调试方法和步骤#并介绍了在实际工作中如何选用并介绍了在实际工作中如何选用 转换器芯片的方法。转换器芯片的方法。第第11章：章：数据采集系统的抗干扰技术数据采集系统的抗干扰技术介绍数据采集系统常见的干扰，并讨论了抑制干扰的措施，还介绍数据采集系统常见的干扰，并讨论了抑制干扰的措施，还讨论了在编程中容易忽视的软件干扰问题及软件抗干扰措施。讨论了在编程中容易忽视的软件干扰问题及软件抗干扰措施。第第12章：

6、章：采样数据的预处理采样数据的预处理介绍采样数据由无工程单位数字量变换为有工程单位数字量时介绍采样数据由无工程单位数字量变换为有工程单位数字量时 的标度变换，还介绍采样数据的数字滤波的标度变换，还介绍采样数据的数字滤波!采样数据中奇异项采样数据中奇异项 的剔除及采样数据的平滑处理。的剔除及采样数据的平滑处理。第第13章：章：数据采集系统设计数据采集系统设计介绍数据采集系统的设计原则、设计步骤、系统介绍数据采集系统的设计原则、设计步骤、系统 A/D通道的确通道的确 定及微型计算机的选择，还介绍系统误差的分配及估算。定及微型计算机的选择，还介绍系统误差的分配及估算。返回返回第一章第一章 绪论绪论主

7、要章节主要章节:1.1 数据采集的意义、任务及基本概念1.2数据采集系统的基本功能1.3数据采集系统的结构形式1.3.1 微型计算机数据采集系统 1.3.2 集散型数据采集系统1.4 数据采集系统的软件1.5 数据处理的类型和任务1.5.1 数据处理的类型 1.5.2数据处理的任务1.1 数据采集的意义、任务及基本概念数据采集的意义、任务及基本概念数据采集数据采集：指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统称为数据采集系统。数据采集的意义：数据采集的意义：在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提

8、高产品质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具。总之，不论在哪个应用领域中，数据的采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。数据采集的任务：数据采集的任务：数据采集系统的任务，具体地说，就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。与此同时，将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。数据采集（Data Acquistion）:将要获取的信息通过传感器转换为信号，并

9、经过信号调理、采样、量化、编码和传输等步骤，最后送到计算机系统中进行处理、分析、存储和显示。数据采集系统追求的2个目标:精度和速度现现代数据采集系代数据采集系统统一般都内含有一般都内含有计计算机系算机系统统。软软件在数据采集系件在数据采集系统统中的作用越来越大。中的作用越来越大。数据采集与数据数据采集与数据处处理相互理相互结结合日益合日益紧紧密。密。速度快，数据采集速度快，数据采集过过程一般都具有程一般都具有“实时实时性性”。数据采集系数据采集系统统的体的体积积越来越小。越来越小。总线总线技技术术的的应应用推用推动动了数据采集系了数据采集系统统的的发发展。展。现代数据采集系统的特点：1.2 数

10、据采集系统的基本功能数据采集系统的基本功能数据采集数据采集数据采集数据采集（基本理（基本理论论采采样样、量化等）、量化等）模模模模拟拟信号信号信号信号处处理理理理数字信号数字信号数字信号数字信号处处理理理理开关信号开关信号开关信号开关信号处处理理理理二次数据二次数据二次数据二次数据计计算算算算 通常把直接由通常把直接由传传感器采集到的数据称感器采集到的数据称为为一次数据，把通一次数据，把通过过对对一次数据一次数据进进行某种数学运算而行某种数学运算而获获得的数据称得的数据称为为二次数据。二次数据。二次数据二次数据计计算主要有：平均算主要有：平均值值、累、累计值计值、变变化率、差化率、差值值、最大

11、最大值值和最小和最小值值等。等。屏幕屏幕屏幕屏幕显显示示示示数据存数据存数据存数据存储储打印打印打印打印输输出出出出人机人机人机人机联联系系系系1.3数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式1.3.1 微型微型计算机数据采集系算机数据采集系统微型微型计算机数据采集系算机数据采集系统是由是由传感器、模感器、模拟多路开关、程控放多路开关、程控放大器、采大器、采样保持器、保持器、转换器、器、计算机及外算机及外设等部分等部分组成成1.3.2 集散型数据采集系集散型数据采集系统集散型数据采集系集散型数据采集系统是是计算机网算机网络技技术的的产物，它由若干个物，它由若干个“数据采集站数据采集站”和一台

12、上位机及通信接口、通信和一台上位机及通信接口、通信线路路组成。成。1.3.1 微型计算机数据采集系统微型计算机数据采集系统系统：若干个相互作用和相互依赖的事物组合而成的具体特定功能的整体。系统系统输入信号：激励输入信号：激励输出信号：响应输出信号：响应系统组成简易图：计算机数据采集系统的组成计算机数据采集系统的组成计算机数据采集系统硬件软件模拟部分数字部分传感器传感器前置前置放大器放大器滤波器滤波器多多路路模模拟拟开开关关S/HA/D计算机计算机系统系统传感器传感器前置前置放大器放大器滤波器滤波器传感器传感器前置前置放大器放大器滤波器滤波器123计算机数据采集系统的硬件基本框图计算机数据采集系

13、统的硬件基本框图微型计算机数据采集系统的特点系系统结统结构构简单简单，技，技术术上容易上容易实现实现，能，能够满够满足中、足中、小小规规模数据采集的要求。模数据采集的要求。微型微型计计算机算机对环对环境的要求不是很高，能境的要求不是很高，能够够在比在比较较恶恶劣的劣的环环境下工作。境下工作。微型微型计计算机的价格低廉，降低了数据采集系算机的价格低廉，降低了数据采集系统统的的成本。成本。微型微型计计算机数据采集系算机数据采集系统统可作可作为为集散型数据采集集散型数据采集系系统统的一个基本的一个基本组组成部分。成部分。微型微型计计算机的各种算机的各种I/OI/O模板及模板及软软件都比件都比较齐较齐

14、全，很全，很容易构成系容易构成系统统，便于使用和，便于使用和维维修。修。1.3.2 集散型数据采集系统集散型数据采集系统数据采集站一般是由单片机数据采集装置组成，位于生产设数据采集站一般是由单片机数据采集装置组成，位于生产设备附近，独立完成数据采集和预处理任务，并将数据以数字备附近，独立完成数据采集和预处理任务，并将数据以数字信号的形式传送给上位机。信号的形式传送给上位机。上位机一般为计算机，配置有打印机和绘图机。上位机上位机一般为计算机，配置有打印机和绘图机。上位机用来将各个数据采集站传送来的数据，集中显示在显示器上用来将各个数据采集站传送来的数据，集中显示在显示器上或用打印机打印成各种报表

15、，或以文件形式储存在磁盘上。或用打印机打印成各种报表，或以文件形式储存在磁盘上。此外，还可以将系统的控制参数发送给各个数据采集站，以此外，还可以将系统的控制参数发送给各个数据采集站，以调整数据采集站的工作状态。调整数据采集站的工作状态。数据采集站与上位机之间通常采用异步串行传送数据。数据数据采集站与上位机之间通常采用异步串行传送数据。数据通信通常采用主从方式，由上位机确定与哪一个数据采集站通信通常采用主从方式，由上位机确定与哪一个数据采集站进行数据传送。进行数据传送。集散型数据采集系统特点 系系统统的适的适应应能力能力强强。无。无论论是大是大规规模的系模的系统统，还还是中小是中小规规模的系模的

16、系统统，集散型系，集散型系统统都能都能够够适适应应，因，因为为可以通可以通过选过选用适当数量的数用适当数量的数据采集站来构成系据采集站来构成系统统。系系统统的可靠性高。由于采用了多个以的可靠性高。由于采用了多个以单单片机片机为为核心的数据采集核心的数据采集站，若某个数据采集站出站，若某个数据采集站出现现故障，只会影响某故障，只会影响某项项数据的采集数据的采集$而不会而不会对对系系统统的其它部分造成任何影响。的其它部分造成任何影响。系系统统的的实时实时响响应应性好。由于系性好。由于系统统中各个数据采集站之中各个数据采集站之间间是真正是真正“并行并行”工作的，所以系工作的，所以系统统的的实时实时响响应应性性较较好。好。这这一点一点对对于大于大型、高速、型、高速、动态动态数据采集系数据采集系统统来来说说，则则是一个很突出的是一个很突出的优优点。点。对对系系统统硬件的要求不高。由于集散型数据采集系硬件的要求不高。由于集散型数据采集系统统采用了多机采用了多机并行并行处处理方式，所以每一个理方式，所以每一个单单片机片机仅仅完成数量十分有限的数据完成数量十分有限的数据采集和采集和处处理任理任务务。因