《基于matlab的数据采集系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于matlab的数据采集系统设计（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于MATLAB的数据采集系统设计摘要： MATLAB具备高性能的数值计算和可视化的科学工程计算功能，支持解释性语言输入，编程实现简单，具有丰富的数学函数功能支持，并拥有功能强大的数据采集工具箱，支持声卡。声卡作为MATLAB的数据采集卡相对于常规的数据采集卡，具有价钱低廉、开发简单和系统便捷等优势。本文研究了一种将两者结合进行数据采集的设计办法。在文章里具体介绍了该课题的背景,当今数据采集系统的结构和特点，介绍了MATLAB及其数据采集工具箱, 利用声卡的A/D、D/A转换技术和MATLAB的功能,提出了一种高性价比的基于声卡的数据采集与分析方案。并详细分析和阐述了利用MATLAB语言编程实
2、现该数据采集与分析系统的过程和办法。在文章的最后则提供了一些应用该系统采集数据的实例。关键词：基于MATLAB；基于声卡；数据采集The System Design Of Data Acquisition Based On The MATLABAbstract：MATLAB has the function of high-performance numerical computation and visual scientific engineering computing. It supports explanatory language input and the sound card,
3、 contains rich mathematical functions and has powerful data acquisition toolbox with simple programming. As the MATLAB data collection card, the sound card, compared to the conventional data collection card, endows with a low price, simple development and convenient system. This paper has discussed
4、a design that combines the two kinds to conduct data collection.This paper has specifically introduced the background of this topic, the structure and the characteristics of nowadays data collection system. It has also introduced MATLAB and its data collection toolbox. By using the A/D, D/A conversi
5、on technique of the sound card and the function of MATLAB, I have presented a cost-effective data collection and analysis design based on the sound card, and analyzed and described thoroughly the course and methods of data collection and analysis system by using MATLAB language programming. Finally,
6、 this paper has provided some examples which have applied this data collection system.Key words: Based on MATLAB; Based on sound card; DAQ 目 录1绪论11.1课题背景11.2数据采集系统的历史与发展11.3采集和采样方式22数据采集系统结构32.1系统结构32.2系统的特点和性能指标42.2.1系统分辨率52.2.2系统精度52.2.3采集速率52.2.4动态范围52.3系统常见的几种结构形式52.3.1多通道共享采样/保持器和 A/D 转换器数据采集系统
7、62.3.2多通道同步数据采集系统62.3.3多通道并行数据采集系统72.3.4分布式数据采集系统73 MATLAB及声卡83.1 MATLAB 简介83.2数据采集工具箱及声卡简介83.3 MATLAB在数据采集中的应用94系统设计方案104.1系统结构设计104.2系统功能设计114.3系统设计实现114.3.1声音信号采集的硬件配置114.3.2数据采集124.3.3数据分析134.4应用实例135结语16参考文献17附录18致谢201绪论1.1课题背景数据就是科学实验、检验、统计等所获得的和用于科学研究、技术设计、查证、决策等的数值，是实验、测量、等的结果，常以数量的形式给出，用于作为
8、结论的论据。数据采集（Data Acquisition）是将被测对象(外部世界、现场)的各种参量(可以是物理量，也可以是化学量、生物量等)通过各种传感元件作适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到控制器进行数据处理或存储记录的过程。数据采集系统就是将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换成数字量，并进行存储、处理、显或打印的系统。在当今社会各个领域，包括科研和实验研究，数据采集系统有着不可代替的作用，数据采集和处理进行得越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。MATLAB产品系列被广泛应用于包括信号与图像处理、控制系统设计、通信、系统仿真等诸多领域。它的一大特性
9、是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对信号图像进行处理。而MATLEB提供的数据采集工具箱汇集了MATLEB集成的M 文件和MEX文件动态连接库，可以实时显示通过计算机数据采集硬件采集的数据。利用该数据采集工具箱可以方便地建立数据采集系统。1.2数据采集系统的历史与发展数据采集系统起始于20世纪50年代，1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统，目标是测试中不依靠相关的测试文件，由非熟练人员进行操作，并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。20世纪70年代中后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良
10、，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因此获得了惊人的发展。20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已经在军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域被广泛应用。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠性的单片数据采集系统(DAS)。目前有的DAS产品精度已达16位，采集速度每秒达到几十万次以上。数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。该阶段数据采集系统采用更先进的模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可扩展或修改系统，迅速地组成一个新的系统。现在，数据采集领域正在发生着重要的变化。首先,分布式控制
11、应用场合中的智能数据采集系统正在发展。其次,总线兼容型数据采集插件的数量正在增大,与个人计算机兼容的数据采集系统的数量也在增加。本文评述了近期市场上的数据采集产品,并进一步指出了这些产品的发展趋势。 数据采集与控制 数据采集已长时间地被认为与数据记录及其它数据收集系统相等同。在工作时,一些要打印出硬拷贝,而另一些则把采集的数据馈送给主计算机处理。但是,随着分布式控制在各个领域里越来越普遍地应刷,数据采集设备开始同控制设备相结合。1.3采集和采样方式在数据采集领域，有许多采样方式，以下介绍几种常见的采样方式。（1）过采样（Over Sampling）。采样方式中最早是过采样，根据采样定理，采样频
12、率fs必须高于被采信号最高频率fch的两倍，才不致产生频率混叠现象。（2）欠采样（Under Sampling）。在通信和动态数据的采集中，发展了一种欠采样技术，即采样频率fs可以低于信号频率fch，但信号的频带宽度不得大于0.5fs，利用采样信号产生的高次谐波，将采样后的信号移至第二或者更高的奈奎斯特区。（3）等效时间采样（Equivalent Time Sampling ）。主要是对于重复的周期波形进行等效时间采样。（4）变速率变分辨率采样。而常见的采集方式则有以下几种。（1）扫描式采集（Scanning Acquisition）：时分制、多通道巡回采集。 （2）并行式采集（Paralle
13、l Acquisition)：多个通道同步并行采集，每个通道采用一个独立的A/D转换器，通道采集速率只取决于A/D的转换速率，与通道数无关。 （3）交替采集（Internative Acquisition）：一个通道由多个A/D转换器交替采集，使每个通道采样速率等于多个A/D的转换速率之和，可以高于单个A/D的转换速率。2数据采集系统结构2.1系统结构数据采集系统主要由两部分组成：采集子系统和计算机子系统，即下位机智能数据采集系统和上位机 HMI（Human Machine Interface）系统。采集子系统实现将客观世界被测对象信号采集和转换为能被计算机处理的数字信号的功能等；计算机子系统
14、实现对采集数据的控制、存储和处理等功能，计算机起着对采集数据的存储和处理、统计分析、提供人机接口与其他计算机的数据通信和交换的功能。一般的外置式数据采集系统结构如图1所示。模拟信号由传感器采得经过信号调理模块送入数据采集硬件设备。在数据采集设备中完成AD转换，包括采样、量化、编码，转化成数字信号后送入与之相连的PC机中。根据不同的要求，在PC机上利用MATLAB以及二次编程实现数据的实时分析与处理。用户可以通过人机交互界面修改、设定各项参数来控制数据采集硬件设备的工作状态，同时可以得到数据的采集与分析结果， 从而实现数据采集与分析的自动化。信号源传感器信号处理数据采集设备PCMATLAB软件环
15、境信号处理分析图1一般的外置式数据采集系统结构整个系统可分为数据采集和数据分析两大部分，以友好的图形界面与用户进行交互沟通。数据采集部分实现数据采集功能，根据用户选择的采样频率和预设的采样时间，从声卡获得用户需要的数据；数据分析部分对采集到的数据进行频谱分析。全部数据的时域和频域波形以图形方式直观地呈现于用户面前。此外，还提供保存数据以及回放数据的功能。 图2给出了基于MATLAB的数据采集系统的简图，主要部件数据采集工具箱提供了硬件驱动程序和MATLAB环境之间“对话”所需的硬件驱动程序适配器、数据采集引擎和M-文件函数。数据采集工具箱MATLAB硬件驱动程序硬件磁盘文件传感器执行器数据采集引擎硬件驱动程序适配器M文件函数图2基于MATLAB的数据采集系统简图硬件驱动程序适配器在硬件驱动程序和数据采集引擎之间交换属性数值、数据和事件；数据采集引擎用来存储各个设备对象，以及每个设备对象的属性值；对采集到的数据进行存储并且使不同事件同步；M-文件用来创建设备对象、采集或输出数据、配置属性值和检测数据采集状态和数据采集设备。2.2系统的特点和性能指标数据采集系统一般具有以下几个特点。（1）现代采集系统一般都由计算机控制，使得数据采集的质量和效率等大为提高，也节省了硬件投资。（2）软件在数据采集系统中的作用越来越大，增加了系统设计的
