傳感器數(shù)據(jù)采集

傳感器數(shù)據(jù)采集第一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日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章緒論第二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日第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(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、打印的過(guò)程。相應(yīng)系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集——

第三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日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(guò)程中，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)測(cè)，為提高質(zhì)量，降低成本，提供信息。②在科學(xué)研究中，用來(lái)獲取微觀、動(dòng)靜態(tài)信息。解決靠人不能解決的問(wèn)題。作用意義：第四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日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(hào)，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)。②系統(tǒng)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。1.1數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

例如，物體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)記錄、處理。提高工作效率，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)果：第五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日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(shí)時(shí)處理、控制的要求。4.評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)有系統(tǒng)的采樣精度。系統(tǒng)的采樣速度。第六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日第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(duì)模擬、數(shù)字、開關(guān)信號(hào)采樣。2.模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)—

指信號(hào)幅值隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)。第七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日特點(diǎn)：在規(guī)定的一段連續(xù)時(shí)間內(nèi)，其幅值為連續(xù)值。優(yōu)點(diǎn)：便于傳送。缺點(diǎn)：易受干擾。信號(hào)類型①由傳感器輸出的電壓信號(hào)②由儀表輸出的電流信號(hào)0～10mA4～20mA1.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

第八頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日信號(hào)處理①將采樣信號(hào)②將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)作標(biāo)度變換3.數(shù)字信號(hào)處理

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

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

→數(shù)字信號(hào)第九頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)缺點(diǎn)：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(hào)處理：將數(shù)字信號(hào)采入計(jì)算機(jī)后，進(jìn)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

第十頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.開關(guān)信號(hào)的處理

開關(guān)信號(hào)—由按鈕、行程開關(guān)等器件觸點(diǎn)產(chǎn)生的信號(hào)。信號(hào)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(jì)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(duì)一次數(shù)據(jù)作計(jì)算得到的數(shù)據(jù)。1.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

第十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日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(jì)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(chǔ)

按時(shí)間間隔，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器。第十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日8.打印輸出按時(shí)間間隔，打印輸出數(shù)字、圖形。9.人機(jī)聯(lián)系

操作人員用鍵盤或鼠標(biāo)與系統(tǒng)對(duì)話，完成運(yùn)行方式的設(shè)置。1.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

第十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日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(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)②集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第1章概論第十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日1.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

1.微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。第十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)顯示器打印機(jī)繪圖機(jī)定時(shí)與邏輯控制傳感器傳感器接口被測(cè)物理量數(shù)字信號(hào)開關(guān)信號(hào)…多路開關(guān)第十六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日系統(tǒng)組成①傳感器—

將非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。②多路開關(guān)—

分時(shí)切換各路模擬量與采樣／保持器的通路。③程控放大器—

對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大。④采樣/保持器—

保持模擬信號(hào)電壓。⑤A/D轉(zhuǎn)換器—

將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。⑥接口電路—

將數(shù)字信號(hào)進(jìn)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

第十七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日時(shí)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(gè)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(shí)序1.2s6stAD啟動(dòng)脈沖第十八頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日系統(tǒng)特點(diǎn)①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)②對(duì)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

第十九頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日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(chǎng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)第二十頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)據(jù)采集站一般是由單片機(jī)數(shù)據(jù)采集裝置組成，位于生產(chǎn)設(shè)備附近，可獨(dú)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(hào)的形式傳送給上位機(jī)。數(shù)據(jù)采集站與上位機(jī)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(jī)確定與哪一個(gè)數(shù)據(jù)采集站進(jìn)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(gè)“數(shù)據(jù)采集站”和一臺(tái)上位機(jī)及通信線路組成。第二十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日系統(tǒng)特點(diǎn)①適應(yīng)能力強(qiáng)②可靠性高③實(shí)時(shí)性好④對(duì)硬件要求不高1.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

第二十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日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(shí)時(shí)（在線）處理事后（脫機(jī)）處理②按處理性質(zhì)預(yù)處理剔除誤差標(biāo)度變換二次處理微分、積分傅里葉變換第1章概論第二十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日1.5

數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)

處理任務(wù)①對(duì)采集信號(hào)作標(biāo)度變換②消除數(shù)據(jù)中的干擾③分析計(jì)算數(shù)據(jù)中的內(nèi)在特征對(duì)采集到的電信號(hào)作標(biāo)度變換

將沒有明確物理意義的電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換為原來(lái)對(duì)應(yīng)的物理量。第二十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日消除數(shù)據(jù)中的干擾信號(hào)

消除在數(shù)據(jù)的采集、傳送和轉(zhuǎn)換過(guò)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(hào)，以保證采樣精度。分析計(jì)算數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征

對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換計(jì)算，以得到能表達(dá)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)

第二十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日

例如，在研究振動(dòng)時(shí)，由于頻譜更能說(shuō)明振動(dòng)波形對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生影響，因此，常對(duì)采集到的振動(dòng)信號(hào)作傅里葉（FFT）變換，得出振動(dòng)波形的頻譜。1.5

數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)

第二十六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日1.6學(xué)習(xí)重點(diǎn)和方法1.學(xué)習(xí)重點(diǎn):

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(yùn)用。③數(shù)據(jù)采集程序的設(shè)計(jì)。第1章概論第二十七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日1.6

學(xué)習(xí)重點(diǎn)和方法2.學(xué)習(xí)方法①認(rèn)真聽課②注意記筆記③積極回答問(wèn)題④勤于思考，注意靈活應(yīng)用基本理論解決