第25講數(shù)據(jù)采集1ppt課件

1、Email:主講教師：畢宏彥嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥2第第 25 25 講講 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 傳感器傳感器嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥3本講內(nèi)容本講內(nèi)容 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 傳感器傳感器嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥4 計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡稱計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡稱DASDASData Data Acquisition SystemAcquisition System），是指將溫度、壓力、），是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量進行采集、量化轉(zhuǎn)換成流量、位移等模擬量進行采集、量化轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，以便由計

2、算機進行存儲、處置、數(shù)字量后，以便由計算機進行存儲、處置、顯示或打印的裝置。顯示或打印的裝置。嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥5數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成傳感器傳感器模擬信號調(diào)理模擬信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集電路數(shù)據(jù)采集電路微機系統(tǒng)微機系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥6 實際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往需要同時測量實際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往需要同時測量多種物理量或同一種物理量的多個測量點。多種物理量或同一種物理量的多個測量點。因此，多路模擬輸入通道更具有普遍性。按因此，多路模擬輸入通道更具有普遍性。按照系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集電路是各路共用一個還是照系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集電路是各路共用一個還是每路

3、各用一個，可分為集中采集和分布式采每路各用一個，可分為集中采集和分布式采集兩大類型。集兩大類型。 嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥7分布式采集分布式采集數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)采采集集系系統(tǒng)統(tǒng)集中采集集中采集多路分時采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)多路分時采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)多路同步采集分時轉(zhuǎn)換系統(tǒng)多路同步采集分時轉(zhuǎn)換系統(tǒng)各路獨立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各路獨立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 網(wǎng)絡式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)網(wǎng)絡式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥8集中采集式：集中采集式： 多路分時采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)多路分時采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥9集中采集式：集中采集式： 多路同步采集分時轉(zhuǎn)換系統(tǒng)多路同步采集分時轉(zhuǎn)

4、換系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥10(a) (a) 各路獨立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各路獨立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 分布式數(shù)據(jù)分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥11通信接口通信接口上位機上位機數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站采集站1 1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站采集站2 2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站采集站3 3數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站采集站N N模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號(b) (b) 網(wǎng)絡式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布式數(shù)據(jù)分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥12模擬信號調(diào)理模擬信號調(diào)理 在一般測量系統(tǒng)中信號調(diào)理的任務較復在一般測量系統(tǒng)中信號調(diào)理的任

5、務較復雜，除了實現(xiàn)物理信號向電信號的轉(zhuǎn)換、小雜，除了實現(xiàn)物理信號向電信號的轉(zhuǎn)換、小信號放大、濾波外，還有諸如零點校正、線信號放大、濾波外，還有諸如零點校正、線性化處理、溫度補償、誤差修正和量程切換性化處理、溫度補償、誤差修正和量程切換等，這些操作統(tǒng)稱為信號調(diào)理等，這些操作統(tǒng)稱為信號調(diào)理Signal Signal ConditioningConditioning），相應的執(zhí)行電路統(tǒng)稱為信），相應的執(zhí)行電路統(tǒng)稱為信號調(diào)理電路。號調(diào)理電路。 嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥13模擬信號調(diào)理的目標模擬信號調(diào)理的目標 就是將要送給就是將要送給A/DA/D轉(zhuǎn)換器的信號電壓調(diào)整到在規(guī)轉(zhuǎn)換器的信號

6、電壓調(diào)整到在規(guī)定的測量范圍內(nèi)，其輸出信號的變化范圍滿足所采定的測量范圍內(nèi)，其輸出信號的變化范圍滿足所采用的用的A/DA/D轉(zhuǎn)換器的信號輸入范圍。例如：轉(zhuǎn)換器的信號輸入范圍。例如： 要求測量范圍要求測量范圍0150采用的溫度傳采用的溫度傳感器測量范圍感器測量范圍-50200對應于對應于0 0150150信號調(diào)理信號調(diào)理電路輸出電路輸出必須是必須是0-5V0-5VA/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器要求輸器要求輸入信號滿入信號滿刻度為刻度為0-5V0-5V計算機計算機嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥14傳感傳感器器前置前置放大放大低通低通濾波濾波陷波陷波高通高通濾波濾波至采集至采集電路電路典型調(diào)理電

7、路的組成框圖典型調(diào)理電路的組成框圖 陷波：消除某些無用信號以減陷波：消除某些無用信號以減小對有用信號的干擾稱之為陷小對有用信號的干擾稱之為陷波。能實現(xiàn)陷波功能的電路稱波。能實現(xiàn)陷波功能的電路稱為陷波器。為陷波器。 嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥15本講內(nèi)容本講內(nèi)容 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概念數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概念 傳感器傳感器嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥16一、傳感器的選用一、傳感器的選用傳感器是信號輸入通道的第一道傳感器是信號輸入通道的第一道環(huán)節(jié)，也是決定整個測試系統(tǒng)性環(huán)節(jié)，也是決定整個測試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。要正確選用傳感器，首先要明確要正確選用傳感器，

8、首先要明確所設計的測試系統(tǒng)需要什么樣的所設計的測試系統(tǒng)需要什么樣的傳感器傳感器系統(tǒng)對傳感器的技術(shù)系統(tǒng)對傳感器的技術(shù)要求；要求；其次是要了解現(xiàn)有傳感器廠家有其次是要了解現(xiàn)有傳感器廠家有哪些可供選擇的傳感器，把同類哪些可供選擇的傳感器，把同類產(chǎn)品的指標和價格進行對比，從產(chǎn)品的指標和價格進行對比，從中挑選合乎要求的性能價格比最中挑選合乎要求的性能價格比最高的傳感器。高的傳感器。嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥17( (一一) ) 對傳感器的主要技術(shù)要求對傳感器的主要技術(shù)要求1. 1. 具有將被測量轉(zhuǎn)換為后續(xù)電路可用電量的功能，具有將被測量轉(zhuǎn)換為后續(xù)電路可用電量的功能，轉(zhuǎn)換范圍與被測量實際

9、變化范圍相一致。轉(zhuǎn)換范圍與被測量實際變化范圍相一致。2. 2. 轉(zhuǎn)換精度符合整個測試系統(tǒng)根據(jù)總精度要求而分轉(zhuǎn)換精度符合整個測試系統(tǒng)根據(jù)總精度要求而分配給傳感器的精度指標，轉(zhuǎn)換速度應符合整機要求。配給傳感器的精度指標，轉(zhuǎn)換速度應符合整機要求。3. 3. 能滿足被測介質(zhì)和使用環(huán)境的特殊要求，如耐高能滿足被測介質(zhì)和使用環(huán)境的特殊要求，如耐高溫、耐高壓、防腐、抗振、防爆、抗電磁干擾、體積小、溫、耐高壓、防腐、抗振、防爆、抗電磁干擾、體積小、質(zhì)量輕和不耗電或耗電少等。質(zhì)量輕和不耗電或耗電少等。4. 4. 能滿足用戶對可靠性和可維護性的要求。能滿足用戶對可靠性和可維護性的要求。嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計

10、主講教師：畢宏彥18( (二二) ) 可供選用的傳感器類型可供選用的傳感器類型 對于一種被測量，常常有多種傳感器可以測量，例對于一種被測量，常常有多種傳感器可以測量，例如測量溫度的傳感器就有：熱電偶、熱電阻、熱敏電如測量溫度的傳感器就有：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導體阻、半導體PNPN結(jié)、結(jié)、ICIC溫度傳感器、光纖溫度傳感器等溫度傳感器、光纖溫度傳感器等好多種。好多種。在都能滿足測量范圍、精度、速度、使用條件等情況在都能滿足測量范圍、精度、速度、使用條件等情況下，應側(cè)重考慮成本低、相配電路是否簡單等因素進下，應側(cè)重考慮成本低、相配電路是否簡單等因素進行取舍，盡可能選擇性能價格比高的傳感器。

11、行取舍，盡可能選擇性能價格比高的傳感器。 嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥191. 1. 大信號輸出傳感器大信號輸出傳感器 : :為了與為了與A/DA/D輸入要求相適應，輸入要求相適應，傳感器廠家開始設計、制造一些專門與傳感器廠家開始設計、制造一些專門與A/DA/D相配套相配套的大信號輸出傳感器。的大信號輸出傳感器。 傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器小信號放大小信號放大信號修正信號修正與變換與變換濾波濾波A/DA/D微機微機微機微機I/VI/V轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換V/FV/F光電耦合光電耦合小電流小電流小電壓小電壓大電壓大電壓大電流大電流大信號輸出傳感器的使用大信號輸出傳感器的使用 嵌入式

12、系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥202. 2. 數(shù)字式傳感器：數(shù)字式傳感器一般是數(shù)字式傳感器：數(shù)字式傳感器一般是采用頻率敏感效應器件構(gòu)成，也可以是采用頻率敏感效應器件構(gòu)成，也可以是由敏感參數(shù)由敏感參數(shù)R R、L L、C C構(gòu)成的振蕩器，或模構(gòu)成的振蕩器，或模擬電壓輸入經(jīng)擬電壓輸入經(jīng) V/F V/F轉(zhuǎn)換等，因此，數(shù)字轉(zhuǎn)換等，因此，數(shù)字量傳感器一般都是輸出頻率參量，具有量傳感器一般都是輸出頻率參量，具有測量精度高、抗干擾能力強、便于遠距測量精度高、抗干擾能力強、便于遠距離傳送等優(yōu)點。離傳送等優(yōu)點。 嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥21傳感器傳感器放大整形放大整形光電隔離光電隔離計

13、算機計算機傳感器傳感器整形整形光電隔離光電隔離計算機計算機頻率量頻率量輸出輸出開關(guān)量開關(guān)量輸出輸出頻率量及開關(guān)量輸出傳感器的使用頻率量及開關(guān)量輸出傳感器的使用 嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥223. 3. 集成傳感器：集成傳感器是將傳感集成傳感器：集成傳感器是將傳感器與信號調(diào)理電路做成一體。例如，將器與信號調(diào)理電路做成一體。例如，將應變片、應變電橋、線性化處理、電橋應變片、應變電橋、線性化處理、電橋放大等做成一體，構(gòu)成集成壓力傳感器。放大等做成一體，構(gòu)成集成壓力傳感器。采用集成傳感器可以減輕輸人通道的信采用集成傳感器可以減輕輸人通道的信號調(diào)理任務，簡化通道結(jié)構(gòu)。號調(diào)理任務，簡化通道結(jié)構(gòu)。 嵌入式系統(tǒng)設計嵌入式系統(tǒng)設計主講教師：畢宏彥234. 4. 光纖傳感器：這種傳感器其信號