傳感器數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集與處理

當前第1頁\共有29頁\編于星期四\19點1.1數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能1.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式1.5數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)第1章緒論當前第2頁\共有29頁\編于星期四\19點第1章概論1.1數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

1.數(shù)據(jù)采集的定義

指采集溫度、壓力、流量等模擬量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由計算機進行存儲、處理、打印的過程。相應(yīng)系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集——當前第3頁\共有29頁\編于星期四\19點1.1數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

2.數(shù)據(jù)采集的意義

①在生產(chǎn)過程中，對工藝參數(shù)進行采集、監(jiān)測，為提高質(zhì)量，降低成本，提供信息。②在科學研究中，用來獲取微觀、動靜態(tài)信息。解決靠人不能解決的問題。作用意義：當前第4頁\共有29頁\編于星期四\19點3.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)有①采集傳感器輸出的模擬信號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入計算機。②系統(tǒng)計算機對數(shù)字信號進行處理。1.1數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

例如，物體的運動數(shù)據(jù)記錄、處理。提高工作效率，取得較好的經(jīng)濟效益。結(jié)果：當前第5頁\共有29頁\編于星期四\19點1.1數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)5.構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的依據(jù)

保證系統(tǒng)具備采樣精度的條件下，有盡可能高的采樣速度，以滿足實時處理、控制的要求。4.評價數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能優(yōu)劣的標準

標準有系統(tǒng)的采樣精度。系統(tǒng)的采樣速度。當前第6頁\共有29頁\編于星期四\19點第1章概論1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般具有以下功能：1.采集數(shù)據(jù)按照采樣周期，對模擬、數(shù)字、開關(guān)信號采樣。2.模擬信號處理模擬信號—指信號幅值隨時間連續(xù)變化的信號。當前第7頁\共有29頁\編于星期四\19點特點：在規(guī)定的一段連續(xù)時間內(nèi)，其幅值為連續(xù)值。優(yōu)點：便于傳送。缺點：易受干擾。信號類型①由傳感器輸出的電壓信號②由儀表輸出的電流信號0～10mA4～20mA1.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

當前第8頁\共有29頁\編于星期四\19點信號處理①將采樣信號②將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號作標度變換3.數(shù)字信號處理

數(shù)字信號—指在有限離散瞬時上取值間斷的信號。特點：時間和幅值都不連續(xù)的信號。1.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

→數(shù)字信號當前第9頁\共有29頁\編于星期四\19點優(yōu)點：抗干擾能力強缺點：需要一套轉(zhuǎn)換電路，增加成本。傳送方式①并行傳送②串行傳送信號處理：將數(shù)字信號采入計算機后，進行碼制轉(zhuǎn)換。如BCD→ASCII，便于在屏幕上顯示。1.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

當前第10頁\共有29頁\編于星期四\19點4.開關(guān)信號的處理

開關(guān)信號—由按鈕、行程開關(guān)等器件觸點產(chǎn)生的信號。信號處理：根據(jù)開關(guān)的狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的操作。5.二次數(shù)據(jù)計算

概念一次數(shù)據(jù)

—二次數(shù)據(jù)

—從傳感器采集的數(shù)據(jù)。對一次數(shù)據(jù)作計算得到的數(shù)據(jù)。1.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

當前第11頁\共有29頁\編于星期四\19點1.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

二次數(shù)據(jù)平均、累計傅里葉變換、積分變換變化率、差值最大值、最小值6.屏幕顯示

將數(shù)字、圖形、圖表等顯示在屏幕上。7.數(shù)據(jù)存儲

按時間間隔，將數(shù)據(jù)存儲在外部存儲器。當前第12頁\共有29頁\編于星期四\19點8.打印輸出按時間間隔，打印輸出數(shù)字、圖形。9.人機聯(lián)系操作人員用鍵盤或鼠標與系統(tǒng)對話，完成運行方式的設(shè)置。1.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

當前第13頁\共有29頁\編于星期四\19點1.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

系統(tǒng)組成①硬件②軟件結(jié)構(gòu)形式①微型計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)②集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第1章概論當前第14頁\共有29頁\編于星期四\19點1.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

1.微型計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。當前第15頁\共有29頁\編于星期四\19點1.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

傳感器圖1.1微型計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放大器采樣/保持器傳感器傳感器傳感器…A/D轉(zhuǎn)換器計算機顯示器打印機繪圖機定時與邏輯控制傳感器傳感器接口被測物理量數(shù)字信號開關(guān)信號…多路開關(guān)當前第16頁\共有29頁\編于星期四\19點系統(tǒng)組成①傳感器—將非電量轉(zhuǎn)換為電信號。②多路開關(guān)—分時切換各路模擬量與采樣／保持器的通路。③程控放大器—對模擬信號進行放大。④采樣/保持器—保持模擬信號電壓。⑤A/D轉(zhuǎn)換器—將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。⑥接口電路—將數(shù)字信號進行整形電平調(diào)整。1.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

當前第17頁\共有29頁\編于星期四\19點時序圖如圖1.2所示。1.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

(1)(2)(3)(4)(5)一個工作周期多路開關(guān)放大器采樣／保持A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)總線圖1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作時序1.2s6stAD啟動脈沖當前第18頁\共有29頁\編于星期四\19點系統(tǒng)特點①結(jié)構(gòu)簡單，易實現(xiàn)②對環(huán)境要求不高③系統(tǒng)成本低④集散型的基本單元⑤模板齊全，易組成系統(tǒng)2.集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.3所示1.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

當前第19頁\共有29頁\編于星期四\19點1.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

圖1.3集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模擬量輸入模擬量輸入模擬量輸入數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入RS-485RS-485生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集站數(shù)據(jù)采集站數(shù)據(jù)采集站通信接口上位機當前第20頁\共有29頁\編于星期四\19點數(shù)據(jù)采集站一般是由單片機數(shù)據(jù)采集裝置組成，位于生產(chǎn)設(shè)備附近，可獨立完成數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理任務(wù)，還可將數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的形式傳送給上位機。數(shù)據(jù)采集站與上位機之間通常采用異步串行傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信通常采用主從方式，由上位機確定與哪一個數(shù)據(jù)采集站進行數(shù)據(jù)傳送。1.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

它由若干個“數(shù)據(jù)采集站”和一臺上位機及通信線路組成。當前第21頁\共有29頁\編于星期四\19點系統(tǒng)特點①適應(yīng)能力強②可靠性高③實時性好④對硬件要求不高1.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

當前第22頁\共有29頁\編于星期四\19點1.5數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)

處理類型①按處理方式實時（在線）處理事后（脫機）處理②按處理性質(zhì)預(yù)處理剔除誤差標度變換二次處理微分、積分傅里葉變換第1章概論當前第23頁\共有29頁\編于星期四\19點1.5

數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)

處理任務(wù)①對采集信號作標度變換②消除數(shù)據(jù)中的干擾③分析計算數(shù)據(jù)中的內(nèi)在特征對采集到的電信號作標度變換將沒有明確物理意義的電壓信號，轉(zhuǎn)換為原來對應(yīng)的物理量。當前第24頁\共有29頁\編于星期四\19點消除數(shù)據(jù)中的干擾信號消除在數(shù)據(jù)的采集、傳送和轉(zhuǎn)換過程中，由于系統(tǒng)內(nèi)部和外部干擾而在數(shù)據(jù)中混入干擾信號，以保證采樣精度。分析計算數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征對采集到的數(shù)據(jù)進行變換計算，以得到能表達采樣數(shù)據(jù)內(nèi)在特征的二次數(shù)據(jù)。1.5

數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)

當前第25頁\共有29頁\編于星期四\19點例如，在研究振動時，由于頻譜更能說明振動波形對機械結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生影響，因此，常對采集到的振動信號作傅里葉（FFT）變換，得出振動波形的頻譜。1.5

數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)

當前第26頁\共有29頁\編于星期四\19點1.6學習重點和方法1.學習重點:

①數(shù)據(jù)采集的基本理論、概念。②數(shù)據(jù)采集理論的運用。③數(shù)據(jù)采集程序的設(shè)計。第1章概論當前第27頁\共有29頁\編于星期四\19點1.6

學習重點和方法2.學習方法①認真聽課②注意記筆記③積極回答問題④勤于思考，注意