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1、数据采集技术,电子工程学院 胡仕兵,教材: 马明建 西安交通大学出版社,实验使用软件:Labview,考核: (出勤 作业 实验 平时)30% (考试)70%,学 习 内 容,第2章 数据采集的理论基础,第4章 数模转换器,1,3,第3章 模拟通道电路,2,4,第1章 绪论,5,第5章 信号调理与模数 转换电路,6,第6章 数据记录,7,第7章 数据采集系统设计,8,第8章 LabView简介,1. 学习重点:, 数据采集的基本理论、概念。 数据采集理论的运用。 数据采集程序的设计。,学习重点和方法,学习重点和方法,2. 学习方法,认真听课 注意记笔记 积极回答问题 勤于思考，注意灵活应用基本
2、理论解决实际问题 独立完成布置作业,1.1 数据采集的意义与任务,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,1.4 数据处理的类型和任务,第1章 绪 论,1.5 常见采集芯片和系统,1.1 数据采集的意义与任务,1. 数据采集的定义 DAQ,指采集温度、压力、流 量等模拟量，转换成数 字量，由计算机进行存 储、处理、打印的过程。,相应系统称为数据采集系统。,数据采集 ,数据采集功能,模拟输入/输出,数字输入/输出,时钟输入/输出,ADC,DAC,cntr/ timer,digital,DAQ Board,1.1 数据采集的意义与任务,2. 数据采集的意义,在生产过程中，对
3、工艺参数进行采集、监测，为提高质量，降低成本，提供信息。,在科学研究中，用来获取微观、动静态信息。,解决靠人比较难解决的问题。,作用,意义：,3. 数据采集系统的任务,有,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。,系统计算机对数字信号进行处理。,1.1 数据采集的意义与任务,例如，物体的运动数据记录、处理。,提高工作效率，取得较好的经济 效益。,结果：,1.1 数据采集的意义与任务,系统分辨率：系统可以分辨的最小变化量,4.主要性能指标,系统精度：|实际输出值-理论输出值|,采集速度：单位时间内采集次数,动态范围：物理量的变换范围,1.1 数据采集的意义与任务,5. 构成数
4、据采集系统的依据,保证系统具备采样精度的条件下，又 尽可能高的采样速度，以满足实时处理、 控制的要求。,非线性失真：谐波失真,1.1 数据采集的意义与任务,指纹采集系统实例（拓扑结构图）,1.1 数据采集的意义与任务,指纹特征提取框图,原始图像 脊线方向图 滤波后的图像,二值化图像,细化图像,特征提取图像,1.2 数据采集系统的基本功能,数据采集系统一般具有以下功能：,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。,特点：,在规定的一段连续时间内，其幅值 为连续值。,优点：,便于传送。,缺点：,易受干扰。,信号 类
5、型,由传感器输出的电压信号,由仪表输出的电流信号,1.2 数据采集系统的基本功能,信号 处理,将采样信号,将转换的数字信号作标度变换,3. 数字信号处理,数字信号,指在有限离散瞬时上取值间 断的信号。,特点：,时间和幅值都不连续的信号。,1.2 数据采集系统的基本功能,数字信号,优点：,抗干扰能力强,缺点：,需要一套转换电路，增加成本。,传送方式,并行传送,串行传送,信号处理：,将数字信号采入计算机后，进 行码制转换。,1.2 数据采集系统的基本功能,4. 开关信号的处理,开关信号,由按钮、行程开关等器件触 点产生的信号。,“信号”处理：,根据开关的状态执行相应的操作。,5. 二次数据计算,概
6、念,一次数据 ,二次数据 ,从传感器采集的数据。,对一次数据作计算得到 的数据。,1.2 数据采集系统的基本功能,1.2 数据采集系统的基本功能,二次数据,平均、累计 傅里叶变换、积分变换 变化率、差值 最大值、最小值,6. 屏幕显示,将数字、图形、图表等显示在屏幕上。,7. 数据存储,按时间间隔，将数据存储在外部存储器。,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，完成运行方式的设置。,1.2 数据采集系统的基本功能,系统组成,硬件软件,结构形式,微型计算机数据采集系统集散型数据采集系统,1.3 数据采集系统的结构形式,1.3 数据采集系
7、统的结构形式,1. 微型计算机数据采集系统,系统的结构如图1.1所示。,1.3 数据采集系统的结构形式,图1.1 微型计算机数据采集系统,被 测 物理量,数字信号,开关信号,系统 组成,传感器 将非电量转换为电信号。,多路开关 分时切换各路模拟量与采样保持器的通路。,程控放大器 对模拟信号进行放大。,采样/保持器 保持模拟信号电压。,A/D转换器 将模拟信号转换为数字信号。,接口电路 将数字信号进行整型电平调整。,1.3 数据采集系统的结构形式,时序图如图1.2所示。,1.3 数据采集系统的结构形式,(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
8、据总线,图1.2 数据采集系统工作时序,1.2s,6s,tAD,启动脉冲,系统特点,结构简单，易实现 对环境要求不高 系统成本低 集散型的基本单元 模板齐全，易组成系统,2. 集散型数据采集系统,系统结构如图1.3所示,1.3 数据采集系统的结构形式,1.3 数据采集系统的结构形式,图1.3 集散型数据采集系统,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-485,RS-485,数据 采集站,数据 采集站,数据 采集站,通信接口,上位机,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
9、传送给上位机。,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。,1.3 数据采集系统的结构形式,它由若干个“数据采集站”和一台上位机 及通信线路组成。,系统特点,适应能力强 可靠性高 实时性好 对硬件要求不高,1.3 数据采集系统的结构形式,处理 类型,按处理方式,实时（在线）处理,事后（脱机）处理,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,1.4 数据处理的类型和任务,1.4 数据处理的类型和任务,处理任务,对采集信号作标度变换 消除数据中的干扰 分析计算数据中的内在特征,对采集到
10、的电信号作标度变换,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。,消除数据中的干扰信号,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。,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。,1.4 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。,1.4 数据处理的类型和任务,1.5 常见采集芯片或系统,采样率100MSPs分辨率8bit的高速数据采集卡,1.5 常见采集
11、芯片或系统,即插即用数据采集系统,传感器 USB USB接口的数据采集卡 LabVIEW,1.5 常见采集芯片或系统,自动化 软件,PLC,串行口,数据采集,过程,现场总线,个人计算机或 工作站,图象,公司 Intranet or Internet,分布式 I/O,基于虚拟仪器的新型工业采集监控系统,软件开发平台,Graphical Programming,Visual C+,LabWindows/CVI,Visual Basic,Measurement Hardware,LabWindows/CVI,1.5 常见采集芯片或系统,什么是LabVIEWLabVIEW是美国国家仪器（NI,Nati
12、onal Instruments）公司开发的、优秀的商用图形化编程开发平台，即实验室虚拟仪器集成环境。LabVIEW使用“所见及所得”的可视化技术建立人机界面，提供了大量控制面板中的控制对象，如按钮，表头。用户可以通过控制编辑器把控制对象改成适合自己工作领域的控制对象。使用图标作为功能模块，图表间的连线作为功能模块间的数据传递。,1.5 常见采集芯片或系统,LabVIEW应用程序的构成前面版、流程图和图标/连接器1、前面版： 图形用户界面 虚拟仪器面板,1.5 常见采集芯片或系统,流程图流程图提供VI的图形化源程序。在流程图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。流程图中包括
13、了前面板上的控件的连线端子，也包括前面板中没有的而流程图中必须有的东西例如函数、结构和连线等。,1.5 常见采集芯片或系统,图标/连接器 VI具有层次化和结构化的特征。一个VI可以作为子程序，这里称为子VI（subVI），被其他VI调用。图标与连接器在这里相当于图形化的参数。,1.5 常见采集芯片或系统,虚拟仪器的软面板示例,1.5 常见采集芯片或系统,虚拟数字示波器的软面板,1.5 常见采集芯片或系统,虚拟调制解调器,1.5 常见采集芯片或系统,作业1：1、完成一个采集芯片或采集系统的资料收集,必须包括 芯片出处和公司介绍。 2、交电子版和打印版各一份。 Email: 课件密码：88888888,
