数据采集与处理技术_绪论

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1、数据采集与处理技术数据采集与处理技术姚 鹏Tel：18655192192Email：数据采集与处理技术数据采集与处理技术教材：数据采集与处理技术西安交通大学出版社编著：马明建、周长城数据采集与处理技术数据采集与处理技术 FTP: 202.38.78.197 用户：abang 密码：abang资料下载：数据采集与处理技术数据采集与处理技术1.1 1.1 数据采集的意义与任务数据采集的意义与任务 1.2 1.2 数据采集系统的基本功能数据采集系统的基本功能1.3 1.3 数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式1.4 1.4 数据采集系统的软件数据采集系统的软件第第1 1章章 绪绪 论论 绪论

2、绪论1.51.5 数据处理的类型和任务数据处理的类型和任务数据采集与处理技术数据采集与处理技术1.1 1.1 数据采集的意义与任务数据采集的意义与任务 1. 数据采集的定义 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。 相应系统称为数据采集系统。数据采集 绪论绪论数据采集与处理技术数据采集与处理技术2. 数据采集的意义 u 在生产过程中，对工艺参数进行 采集、监测，为提高质量，降低 成本，提供信息和手段。 u 在科学研究中，用来获取微观、 动静态信息。解决靠人不能解决或不好解决的问题。作用：意义：绪论绪论1.1 1.1 数据采集的意

3、义与任务数据采集的意义与任务 无论在哪个应用领域，数据采集与处理越及时， 工作效率就越高，取得的经济效益就越大。数据采集与处理技术数据采集与处理技术例如：运动数据记录 、处理。提高工作精确性、 效率，完成了靠人 很难完成的工作。结果：绪论绪论2. 数据采集的意义 1.1 1.1 数据采集的意义与任务数据采集的意义与任务 数据采集与处理技术数据采集与处理技术3. 数据采集系统的任务u 采集传感器输出的模拟信号，并转换成数字 信号，然后送入计算机。u 系统计算机对数字信号进行处理，得到所需 的数据。绪论绪论1.1 1.1 数据采集的意义与任务数据采集的意义与任务 数据采集与处理技术数据采集与处理技

4、术5. 构成数据采集系统的依据 保证系统具备采样精度的条件下，有尽可能 高的采样速度，以满足实时处理、控制的要求。4. 评价数据采集系统性能优劣的标准 u 采样精度: 精度越高，系统性能越好 u 采样速度: 速度越快，系统性能越好绪论绪论1.1 1.1 数据采集的意义与任务数据采集的意义与任务 成本也是一个必须考虑的因素数据采集与处理技术数据采集与处理技术1.21.2 数据采集系统的基本功能数据采集系统的基本功能 数据采集系统具有的功能： 1. 采集数据按照采样周期，对模拟、数字、开关信号采样。 2. 模拟信号处理模拟信号：指信号幅值随时间连续变化的信号。 绪论绪论例子：正弦信号数据采集与处理

5、技术数据采集与处理技术1.21.2 数据采集系统的基本功能数据采集系统的基本功能 数据采集系统具有的功能： 2. 模拟信号处理绪论绪论优点：便于传送。缺点：易受干扰。特点：在规定的一段连续时间内，其幅值为连续 值，即从一个量变到下一个量时中间没有 间断。数据采集与处理技术数据采集与处理技术1.21.2 数据采集系统的基本功能数据采集系统的基本功能 数据采集系统具有的功能： 2. 模拟信号处理绪论绪论信号处理：信号类型：u 由传感器输出的电压信号 u 由仪表、变送器输出的电流信号u 经由采样、A/D转换，变成数字 信号； u 将转换的数字信号作标度变换、 线性化处理数据采集与处理技术数据采集与处

6、理技术3. 数字信号处理 数字信号：在有限的离散瞬时上取值间断的信号特点：时间和幅值都不连续的信号。 绪论绪论1.21.2 数据采集系统的基本功能数据采集系统的基本功能 数据采集系统具有的功能： 优点：抗干扰能力强。 数字信号对传送线路上的不完善性（畸变、噪声） 不敏感，只需检测脉冲的有无来获取信息。缺点：需要一套转换电路，增加成本。数据采集与处理技术数据采集与处理技术传送方式：u 并行方式传送 u 串行方式传送绪论绪论3. 数字信号处理 1.21.2 数据采集系统的基本功能数据采集系统的基本功能 数据采集系统具有的功能： 信号处理：将数字信号采入计算机后，进行码 制转换。如BCD转换为ASC

7、II，便 于在屏幕上显示。数据采集与处理技术数据采集与处理技术4. 开关信号的处理 信号处理：根据开关的状态执行相应的操作。 绪论绪论1.21.2 数据采集系统的基本功能数据采集系统的基本功能 数据采集系统具有的功能： 开关信号：由按钮、行程开关等器件触点产生 的信号。数据采集与处理技术数据采集与处理技术5. 二次数据计算 绪论绪论1.21.2 数据采集系统的基本功能数据采集系统的基本功能 数据采集系统具有的功能： 一次数据：从传感器采集的数据。二次数据：对一次数据作计算得到的数据。二次数据 计算包括:u 平均、累计u 傅里叶变换、积分变换u 变化率、差值u 最大值、最小值数据采集与处理技术数

8、据采集与处理技术6. 屏幕显示 将数字、图形、图表等显示在屏幕上。 绪论绪论1.21.2 数据采集系统的基本功能数据采集系统的基本功能 数据采集系统具有的功能： 数据采集与处理技术数据采集与处理技术7. 数据存储 按时间间隔，将数据存储在外部存储器。绪论绪论1.21.2 数据采集系统的基本功能数据采集系统的基本功能 数据采集系统具有的功能： 8. 打印输出按时间间隔，打印输出数字、图形。 9. 人机联系操作人员用键盘或鼠标与系统对话，完成 运行方式、采样周期等参数的设置。 数据采集与处理技术数据采集与处理技术1.3 1.3 数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式 系统组成：结构形式：u

9、微型计算机数据采集系统u 集散型数据采集系统绪论绪论u 硬件u 软件数据采集与处理技术数据采集与处理技术1. 微型计算机数据采集系统绪论绪论1.3 1.3 数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式 传感器微型计算机数据 采集系统框图放大 器采 样 / 保 持 器传感器传感器传感器A / D 转 换 器计算机显示器打印机绘图机 定时与逻辑控制传感器传感器接 口被 测 物 理 量数字信号开关信号多路开关数据采集与处理技术数据采集与处理技术系统组成:u传感器：将非电量转换为电信号。 u多路开关：分时切换各路模拟量与采样保持器的通路。 u程控放大器：对模拟信号进行放大。 u采样/保持器：保持模拟信

10、号电压。uA/D转换器：将模拟信号转换为数字信号。 u接口电路：将数字信号进行整形或电平调整。绪论绪论1. 微型计算机数据采集系统1.3 1.3 数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式 u微机及外部设备：管理和控制数据采集系统。u定时与逻辑控制电路：产生逻辑控制信号，控制时序。数据采集与处理技术数据采集与处理技术绪论绪论1. 微型计算机数据采集系统1.3 1.3 数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式 器件的执行顺序：1. 模拟多路开关开始切换；2. 程控放大器放大倍数开始切换；3. 采样/保持器开始保持；4. A/D转换器开始转换；5. A/D转换完成。数据采集与处理技术数据采集

11、与处理技术一个具体的数据采集系统的工作时序图(1)(2)(3)(4)(5)一个工作周期多路开关放大器采样保持AD转换数据总线1.2s6stAD启动脉冲绪论绪论1. 微型计算机数据采集系统1.3 1.3 数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式 数据采集与处理技术数据采集与处理技术系统特点u 结构简单，易实现u 对环境要求不高u 系统成本低u 集散型的基本单元u 模板齐全，易组成系统 绪论绪论1. 微型计算机数据采集系统1.3 1.3 数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式 数据采集与处理技术数据采集与处理技术模拟量 输入模拟量 输入模拟量 输入数字量 输入数字量 输入数字量 输入RS

12、-485RS-485生 产 现 场生 产 现 场生 产 现 场数据 采集站数据 采集站数据 采集站通信接口上位机绪论绪论2. 集散型数 据采集系统 系统结构图:1.3 1.3 数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式 数据采集与处理技术数据采集与处理技术u 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，可独立完成数据采集和 预处理任务，还可将数据以数字信号的形式传 送给上位机。 u 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进行数据传送。 u 它由若干个“数据采集站”和一台上位机及通信 线路组成。 绪论绪论2

13、. 集散型数据采集系统 1.3 1.3 数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式 系统组成:数据采集与处理技术数据采集与处理技术绪论绪论2. 集散型数据采集系统 1.3 1.3 数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式 RS-232：属于单端信号传输，存在共地噪声和不能抑 制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的 通信，传输速率一般也小于20k。 RS-485：采用差分方式接受，对共模干扰抑制能力强 ，传输距离可以达到千米以上，传输速度可 以达到几百k。 微机要实现RS-485协议通讯，可采用：1. 采用RS-232与RS-485转接口；2. 采用RS-485通讯卡，接在微机扩展槽上

14、 。数据采集与处理技术数据采集与处理技术系统特点u 适应能力强u 可靠性高u 实时性好u 对硬件要求不高绪论绪论2. 集散型数据采集系统 1.3 1.3 数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式 数据采集与处理技术数据采集与处理技术u 模拟信号采集与处理程序u 数字信号采集与处理程序u 脉冲信号处理程序u 开关信号处理程序u 运行参数设置程序u 系统管理（主控）程序u 通讯程序绪论绪论数据采集系统软件的组成 1.4 1.4 数据采集系统的软件数据采集系统的软件 数据采集与处理技术数据采集与处理技术1.5 1.5 数据处理的类型和任务数据处理的类型和任务 数据处理类型u 按处理方式： 实时（

15、在线）处理 事后（脱机）处理u 按处理性质： 预处理剔除误差 标度变换 二次处理微分、积分 傅里叶变换绪论绪论数据采集与处理技术数据采集与处理技术数据处理任务1. 对采集信号作标度变换2. 消除数据中的干扰将没有明确物理意义的电压信号，转换为原 来对应的物理量。绪论绪论1.5 1.5 数据处理的类型和任务数据处理的类型和任务 消除在数据的采集、传送和转换过程中，由 于系统内部和外部干扰而在数据中混入干扰 信号，以保证采样精度。 数据采集与处理技术数据采集与处理技术3. 分析计算数据的内在特征 对采集到的数据进行变换计算，以得到能 表达采样数据内在特征的二次数据。 绪论绪论数据处理任务1.5 1.5 数据处理的类型和任务数据处理的类型和任务 例如，在研究振动时，由于频谱更能说明振 动波形对机械结构所产生的影响，因此，常对采 集到的振动信号作傅里叶（FFT）变换，得出振动 波形的频谱。 数据采集与处理技术数据采集与处理技术1.61.6 学习重点和方法学习重点和方法学习重点: u 数据采集的基本理论、概念。u 数据采集理论的运用。 u 数据采集程序的设计。绪论绪论数据采集与处理技术数据采集与处理技术学习方法：u认真听课u注意记笔记u积极回答问题u勤于思考，注意灵活应用基本 理论解决实际问题u独立完成各章作业u提高编程能力绪论绪论1.61.6 学习重点和方法学习重点和方