數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)new

1、數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)參考書目：1 數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù) 馬明建 周長城 西安交通大學(xué)出版社2 數(shù)據(jù)采集技術(shù) 沈蘭蓀 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社3 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理與應(yīng)用 沈蘭蓀 人民郵電出版社第一章 緒 論數(shù)據(jù)采集技術(shù)(data acquisition)是信息科學(xué)的一個(gè)重要分支,它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存貯、處理以及控制等作業(yè)。在智能儀器、信號(hào)處理以及工業(yè)自動(dòng)控制等領(lǐng)域，都存在著數(shù)據(jù)的測量與控制問題。將外部世界存在的溫度、壓力、流量、位移以及角度等模擬量（analog signal）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)（digital signal）, 在收集到計(jì)算機(jī)并進(jìn)一步予以顯示、處理、傳輸與記錄這一過程，即稱為“

2、數(shù)據(jù)采集”。相應(yīng)的系統(tǒng)即為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（data acquisition system,簡稱das）數(shù)據(jù)采集技術(shù)以在雷達(dá)、通信、水聲、遙感、地質(zhì)勘探、震動(dòng)工程、無損檢測、語聲處理、智能儀器、工業(yè)自動(dòng)控制以及生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。11 數(shù)據(jù)采集的意義和任務(wù)數(shù)據(jù)采集是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量采集、轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示或打印的過程。相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)：采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)，根據(jù)不同的需要由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得出所需的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以

3、便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)視，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的好壞，主要取決于精度和速度。12 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能1. 數(shù)據(jù)采集：采樣周期2. 模擬信號(hào)處理3. 數(shù)字信號(hào)處理4. 開關(guān)信號(hào)處理：來自開關(guān)器件5. 二次數(shù)據(jù)計(jì)算：平均、累積、變化率、差值、最大值、最小值6. 屏幕顯示7. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)8. 打印輸出9. 人機(jī)聯(lián)系13 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式硬件和軟件組成。從硬件方面來看，有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、另一種是集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。1.3.1微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：由傳感器、模擬多路開關(guān)、程控放大器、采樣/保持器、a/d轉(zhuǎn)換器

4、、計(jì)算機(jī)及外設(shè)等部分組成。微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)。（2） 對(duì)環(huán)境的要求不高。（3） 成本低。（4） 微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個(gè)基本組成部分。（5） 微型計(jì)算機(jī)的各種i/o模塊及軟件都比較齊全，很容易構(gòu)成系統(tǒng)，便于使用和維護(hù)。1.3.2集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由若干個(gè)數(shù)據(jù)采集站和一臺(tái)上位機(jī)及通信線路組成。數(shù)據(jù)采集站：由單片機(jī)數(shù)據(jù)采集裝置構(gòu)成。上位機(jī)：為微型計(jì)算機(jī)，配置有打印機(jī)和繪圖機(jī)。集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。（1） 系統(tǒng)的適應(yīng)能力強(qiáng)。不同的規(guī)模都適用。（2） 系統(tǒng)的可靠性高。（3） 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)性好。（4） 對(duì)系統(tǒng)硬件的要求不高。（5

5、） 數(shù)字信號(hào)傳輸，可靠性高。1.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件一般包括： 模擬信號(hào)采集與處理程序、 數(shù)字信號(hào)采集與處理、 脈沖信號(hào)采集與處理、 開關(guān)信號(hào)采集與處理、 運(yùn)行參數(shù)設(shè)置程序：采樣通道號(hào)，采樣點(diǎn)數(shù)，采樣周期，信號(hào)量程范圍，放大器增益系數(shù)，工程單位等系統(tǒng)管理程序：主控程序通信程序 1.5 數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)1.5.1 數(shù)據(jù)處理的類型1. 按處理的方式劃分: 實(shí)時(shí)處理和事后處理.2. 按處理的性質(zhì)劃分: 預(yù)處理和二次處理1.5.2數(shù)據(jù)處理的任務(wù)1.對(duì)采集到的電信號(hào)做物理量解釋。2.消除數(shù)據(jù)中的干擾信號(hào)3.分析計(jì)算數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征第二章 模擬信號(hào)的數(shù)字化處理2.1 概 述連續(xù)的模擬

6、信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)歷了兩個(gè)斷續(xù)過程：1.時(shí)間斷續(xù)：采樣 x(t) à xs(nts)2.數(shù)值斷續(xù)：量化，即把采樣信號(hào)xs(nts)以最小數(shù)量單位的整倍數(shù)來度量. 信號(hào)轉(zhuǎn)換過程如圖所示2.2采樣過程 采樣過程可以看作脈沖調(diào)制過程.2.3 采樣定理采樣周期ts決定采樣信號(hào)的質(zhì)量和數(shù)量:ts太小, xs(nts)數(shù)量劇增,占用內(nèi)存;ts 太大, 模擬信號(hào)的某些信息被丟失.2.3.1采樣定理設(shè)有連續(xù)信號(hào)x(t),其頻譜為x(f),以采樣周期ts采得的離散信號(hào)為xs(nts) .如果頻譜x(f)和采樣周期滿足下列條件:(1).頻譜x(f)為有限頻譜,即當(dāng)f1的絕對(duì)值大于等于fc(截止

7、頻率)時(shí),x(f)=0;(2).則連續(xù)信號(hào) 唯一確定.fc稱為截止頻率，又稱為奈奎斯特頻率。采樣定理給出無失真地恢復(fù)原信號(hào)的條件。2.3.2采樣定理中兩個(gè)條件的物理意義1. 連續(xù)模擬信號(hào)x(t)的頻率范圍是有限的，即信號(hào)的頻率f在2.采樣周期ts不能大于信號(hào)周期tc的一半。 2.3.3 采樣定理不適用的情況 采樣定理在時(shí)是不適應(yīng)的。例如,設(shè)連續(xù)信號(hào)為: 其采樣值為:當(dāng) 有 則當(dāng)=0時(shí),采樣信號(hào)為零,無法恢復(fù)原模擬信號(hào). 當(dāng)時(shí),采樣信號(hào)幅值小于原模擬信號(hào) 當(dāng)時(shí), 采樣信號(hào)幅值等于原模擬信號(hào).2.4頻率混淆及消除措施2.4.1 頻率混淆如果ts取的過大,使ts>1/(2fc)時(shí),將會(huì)出現(xiàn)x(t)中的高頻成分被疊加到低頻成分上去的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為頻率混淆.例如:不產(chǎn)生頻率混淆現(xiàn)象的臨界條件是fs=1/ts=2fc?；蛘哒f，當(dāng)采樣間隔一定時(shí)，不發(fā)生頻率混淆的信號(hào)最高頻率為fc=1/（2ts）信號(hào)能相互混淆的頻率為：2.4.2 消除頻率混淆的措施：1 對(duì)于頻域衰減較快的信號(hào)，可用提高采樣頻率的方法來解決。2 對(duì)于頻域衰減較慢的信號(hào)，可用消除頻混濾波器來解決：低通濾波器。3 既采用消除頻混濾波器進(jìn)