第章數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)緒論

數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)

黃慶東Email：huangqingdong@教材：《數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)》西安交通大學(xué)出版社編著：馬明建課程地位

數(shù)據(jù)采集（Dataacquisition）是信息科學(xué)的一個重要分支，是以傳感器、信號的測量與處理、微型計算機等先進技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)，其實用型很強。作為獲取信息的工具，數(shù)據(jù)采集在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，如核電、石化、冶金、航空航天、機械制造等方面有著非常重要的地位。人們可以通過對信號的測量（數(shù)據(jù)獲?。⑻幚?、控制及管理，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的測、控、管自動化與一體化。因此，本課程是電子信息類專業(yè)的學(xué)生必須學(xué)習(xí)的一門專業(yè)課程。

教學(xué)基本要求或建議：

1．連續(xù)信號的采樣問題、采樣定理的定義、采樣定理的實際應(yīng)用、頻率混淆原因及解決措施。2．了解模/數(shù)和數(shù)/模的轉(zhuǎn)換過程、典型模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的工作原理；量化過程、誤差、編碼。3．了解數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)的抗干擾措施。4．了解典型A/D、D/A的功能及使用。1.2數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

1.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能1.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式1.6數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)1.1

數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史和應(yīng)用第1章緒論緒論1.5數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件1.1數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史和應(yīng)用

第1章緒論緒論本節(jié)教學(xué)目標

了解數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史

理解數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用1.1數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史和應(yīng)用

緒論1.1數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史和應(yīng)用

1.

數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史

機械式蒸汽機轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)

1788年，英國機械師

J.瓦特(Watt)在改進蒸汽機的同時，發(fā)明了離心式調(diào)速器，如左圖。

這是機械式蒸汽機轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)。

當蒸汽機輸出軸轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，離心調(diào)速器自動調(diào)節(jié)進汽閥門的開度，從而控制蒸汽機的轉(zhuǎn)速。數(shù)據(jù)采集緒論離心式調(diào)節(jié)器形成的蒸汽機調(diào)速系統(tǒng)，見下圖。

瓦特的這項發(fā)明對第一次工業(yè)革命的發(fā)展有重要影響。數(shù)據(jù)采集進汽閥轉(zhuǎn)速+-

離心式調(diào)節(jié)器形成的調(diào)速系統(tǒng)蒸汽源蒸汽機負載離心式調(diào)速器反饋

瓦特蒸汽機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)問題也引發(fā)了自動化科學(xué)的發(fā)展。1.1數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史和應(yīng)用

緒論水溫的手動控制

圖中，水溫操作員要用手（通過感覺）來測試水的溫度，并將此溫度與他要求的值（給定值）相比較（通過大腦）。

同時，他要決定（通過大腦）：其手應(yīng)該朝哪個方向旋轉(zhuǎn)閥門（打開或關(guān)閉）；旋轉(zhuǎn)多大的角度）。2.

數(shù)據(jù)采集在自動控制中的位置

1.1數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史和應(yīng)用

緒論水溫的自動控制

采用自動控制時，水溫的手動控制的功能，由各種傳感器、儀表、執(zhí)行器來代替。傳感器—

測溫計：感測水的溫度；執(zhí)行器—

調(diào)節(jié)閥：打開或關(guān)閉蒸汽閥；控制器—

調(diào)節(jié)記錄儀：采集、比較、判斷水溫，驅(qū)動調(diào)節(jié)閥。1.1數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史和應(yīng)用

緒論3.

數(shù)據(jù)采集的工程應(yīng)用實例

生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)控制量輸出信號擾動……生產(chǎn)過程傳感器數(shù)據(jù)采集控制信號1.1數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史和應(yīng)用

緒論鋼鐵熱連軋數(shù)據(jù)采集與自動控制1.1數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史和應(yīng)用

緒論數(shù)控車床控制面板

防護罩排屑機冷卻液箱1.1數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史和應(yīng)用

緒論自動駕駛汽車1.1數(shù)據(jù)采集的發(fā)展史和應(yīng)用

緒論仿人機器人多指靈巧機器手1.態(tài)1數(shù)據(jù)符采集糕的發(fā)旨展史毅和應(yīng)辱用緒論自動椒控制冒溫室1.寶1數(shù)據(jù)穗采集菜的發(fā)旅展史但和應(yīng)羞用緒論1.特2數(shù)據(jù)見采集隙的意色義與憲任務(wù)1.數(shù)據(jù)守采集仆的定僚義將溫咽度、逼壓力坐、流撞量、增位移缸等模塞擬量肉采集際、轉(zhuǎn)主換成偏數(shù)字驗量后孔，再斧由計蓋算機盾進行灰存儲呀、處比理、何顯示留或打鵲印的惑過程鄰。相應(yīng)躺系統(tǒng)漁稱為西數(shù)據(jù)銹采集沃系統(tǒng)泥。數(shù)據(jù)珍采集——緒論2.數(shù)據(jù)爽采集椒的意草義在生許產(chǎn)過烘程中漂，對擠工藝撿參數(shù)碰進行窄采集秘、監(jiān)冬測，匆為提稼高質(zhì)館量，增降低狠成本涼，提奪供信喝息和輩手段愁。在科吼學(xué)研疏究中港，用但來獲最取微緊觀、乒動靜備態(tài)信轉(zhuǎn)息。解決持靠人春不能牲解決斤或不慎好解圓決的掌問題巧。作用：意義綱：緒論1.返2數(shù)據(jù)鑒采集糖的意掏義與日任務(wù)無論忍在哪每個應(yīng)白用領(lǐng)考域，懸數(shù)據(jù)喇采集既與處柏理越艦及時稼，工鄭作效項率就咽越高腸，取個得的只經(jīng)濟穿效益寬就越刺大。例如怕：運動掌數(shù)據(jù)貨記錄緒、處高理。提高胸工作提精確去性、邊效率蹤蝶，完四成了侵靠人掉很難景完成拖的工托作。結(jié)果蛇：緒論2.數(shù)據(jù)栗采集丑的意舉義1.城2數(shù)據(jù)碰采集倒的意趁義與練任務(wù)3.數(shù)據(jù)杜采集佳系統(tǒng)才的任秤務(wù)采集原傳感袍器輸蒼出的盾模擬桶信號立，并打轉(zhuǎn)換膽成數(shù)懇字信功號，可然后盈送入劃計算沃機。系統(tǒng)童計算活機對肝數(shù)字熄信號它進行聰處理相，得鬼到所助需的鳳數(shù)據(jù)槳。緒論1.慎2數(shù)據(jù)替采集拜的意賀義與貧任務(wù)5.構(gòu)成售數(shù)據(jù)卷采集挪系統(tǒng)策的依問據(jù)保證征系統(tǒng)疾具備采樣慣精度的條培件下在，有差盡可撥能高紅的采樣紀速度，以諸滿足聯(lián)實時巖處理樂、控充制的親要求元。4.評價拆數(shù)據(jù)倘采集鞭系統(tǒng)蛛性能絕優(yōu)劣罵的標皆準采樣肚精度:精度蓄越高草，系拴統(tǒng)性籌能越臨好采樣粗速度:速度蠅越快朱，系掃統(tǒng)性譯能越鞋好緒論1.鴨2數(shù)據(jù)拐采集瘡的意柱義與內(nèi)任務(wù)成本兔也是雕一個仗必須護考慮景的因摧素1.扛3數(shù)據(jù)援采集致系統(tǒng)貌的基覺本功和能數(shù)據(jù)豪采集方系統(tǒng)融具有妖的功狂能：1.采集尺數(shù)據(jù)按照餃采樣跑周期牢，對悄模擬滲、數(shù)賞字、輕開關(guān)循信號禽采樣送。2.模擬些信號那處理模擬肆信號：指嶼信號宴幅值樹隨時爪間連槳續(xù)變異化的覽信號粱。緒論例子：正缸弦信養(yǎng)號1.汗3數(shù)據(jù)可采集飼系統(tǒng)固的基殺本功秀能數(shù)據(jù)跨采集提系統(tǒng)蝴具有委的功律能：2.模擬釀信號陰處理緒論優(yōu)點渡：便于刑傳送值。缺點否：易受稼干擾巧。特點炭：在規(guī)誦定的課一段扶連續(xù)煮時間糞內(nèi)，崗其幅版值為園連續(xù)傘值，賴即從檢一個竄量變攜到下途一個泉量時方中間穗沒有裹間斷寄。1.峽3數(shù)據(jù)河采集瓜系統(tǒng)棍的基料本功跌能數(shù)據(jù)聚采集茶系統(tǒng)著具有芽的功激能：2.模擬搶信號粱處理緒論信號劃處理繪：信號旦類型摩：由傳我感器鉛輸出局的電佩壓信舌號由儀豈表、蒜變送斜器輸精出的疑電流卵信號經(jīng)由批采樣仗、A/疑D轉(zhuǎn)換展，變稈成數(shù)閃字信斃號；將轉(zhuǎn)勤換的歉數(shù)字堤信號波作標池度變廢換、兆線性可化處釘理3.數(shù)字紛信號蠟處理數(shù)字頃信號料：在有口限的問離散裂瞬時勇上取規(guī)值間與斷的粒信號特點遇：時間閱和幅爹值都冶不連卷續(xù)的榴信號偵。緒論1.豎3數(shù)據(jù)盆采集嗎系統(tǒng)廟的基陡本功番能數(shù)據(jù)障采集聚系統(tǒng)榜具有兩的功夕能：優(yōu)點班：抗干島擾能綁力強疑。數(shù)字輸信號區(qū)對傳城送線朝路上或的不者完善于性（稿畸變鉗、噪底聲）旱不敏倆感，揮只需省檢測乒脈沖萍的有睡無來腦獲取參信息苦。缺點今：需要蛇一套甘轉(zhuǎn)換戴電路獻，增流加成因本。傳送轟方式消：并行尸方式銀傳送串行撇方式頁傳送緒論3.數(shù)字盤信號勞處理1.掠3數(shù)據(jù)倘采集簡系統(tǒng)氣的基幟本功科能數(shù)據(jù)辛采集靠系統(tǒng)罷具有硬的功情能：信號匯處理粥：將數(shù)撕字信功號采派入計陣算機挖后，走進行磨碼制肆轉(zhuǎn)換尸。如BC庭D轉(zhuǎn)換貫為AS衣CI瓣I，便依于在鵝屏幕鎖上顯閉示。4.開關(guān)史信號股的處孫理信號完處理決：根據(jù)滔開關(guān)鋼的狀麗態(tài)執(zhí)端行相叨應(yīng)的置操作重。緒論1.察3數(shù)據(jù)撈采集妙系統(tǒng)購的基猴本功插能數(shù)據(jù)謹采集愁系統(tǒng)愧具有估的功勺能：開關(guān)攪信號喝：由按仙鈕、五行程蛙開關(guān)嚇等器執(zhí)件觸些點產(chǎn)雅生的詢信號象。5.二次柴數(shù)據(jù)雨計算緒論1.傳3數(shù)據(jù)傘采集門系統(tǒng)盒的基祖本功吊能數(shù)據(jù)胸采集失系統(tǒng)狀具有章的功污能：一次信數(shù)據(jù)膠：從傳銅感器脂采集賤的數(shù)坊據(jù)。二次允數(shù)據(jù)賤：對一鼓次數(shù)膀據(jù)作瓣計算組得到字的數(shù)輸據(jù)。二次吼數(shù)據(jù)源計算霞包括:平均彈、累憶計傅里貧葉變輔換、幣積分狗變換變化捧率、古差值最大麥值、扔最小報值6.屏幕低顯示將數(shù)崗字、謙圖形斧、圖土表等仔顯示礎(chǔ)在屏嘗幕上買。緒論1.經(jīng)3數(shù)據(jù)冊采集伐系統(tǒng)戲的基哲本功殼能數(shù)據(jù)飾采集辨系統(tǒng)棵具有欲的功邁能：7.數(shù)據(jù)舊存儲按時象間間驢隔，駐將數(shù)書據(jù)存殘儲在所外部漫存儲酸器。緒論1.徹3數(shù)據(jù)漏采集砍系統(tǒng)被的基胳本功宵能數(shù)據(jù)息采集梁系統(tǒng)崗具有準的功錄能：8.打印干輸出按時擠間間基隔，然打印足輸出億數(shù)字房誠、圖色形。9.人機商聯(lián)系操作轟人員街用鍵宵盤或扎鼠標拿與系確統(tǒng)對灣話，毫完成痛運行鑄方式品、采該樣周蜓期等襯參數(shù)丸的設(shè)膜置。1.攤4數(shù)據(jù)夾采集大系統(tǒng)退的結(jié)衛(wèi)構(gòu)形擇式系統(tǒng)風(fēng)組成歸：結(jié)構(gòu)兇形式兵：微型從計算晉機數(shù)懼據(jù)采訊集系把統(tǒng)集散躲型數(shù)珍據(jù)采絕集系悔統(tǒng)緒論硬件軟件1.微型站計算影機數(shù)相據(jù)采赤集系野統(tǒng)緒論1.滅4數(shù)據(jù)職采集屈系統(tǒng)仰的結(jié)互構(gòu)形兩式傳感器微型吃計算憐機數(shù)駛據(jù)采倡集系送統(tǒng)框游圖放大器采樣/保持器傳感器傳感器傳感器…A/D轉(zhuǎn)換器計算機顯示器打印機繪圖機定時與邏輯控制傳感器傳感器接口被測物理丑量數(shù)字痰信號開關(guān)揚信號…多路開關(guān)系統(tǒng)黃組成:傳感且器：將砍非電枝量轉(zhuǎn)塵換為址電信才號。多路津開關(guān)：分駁時切覽換各欣路模袖擬量禮與采僵樣／究保持閉器的剛通路煙。程控受放大摔器：對翻模擬縱信號秩進行困放大禍。采樣/保持適器：保葉持模者擬信痰號電拍壓。A/儲D轉(zhuǎn)換抽器：將遙模擬炭信號稱轉(zhuǎn)換德為數(shù)茅字信綠號。接口竭電路：將數(shù)數(shù)字灣信號狀進行朱整形踏或電售平調(diào)谷整。緒論1.微型折計算儲機數(shù)某據(jù)采碼集系尾統(tǒng)1.什4數(shù)據(jù)各采集成系統(tǒng)化的結(jié)師構(gòu)形欣式微機芳及外茂部設(shè)現(xiàn)備：管催理和牙控制勒數(shù)據(jù)腫采集展系統(tǒng)笨。定時忘與邏堡輯控涉制電擦路：產(chǎn)填生邏喪輯控穿制信碑號，肥控制敘時序腳。緒論1.微型歸計算賊機數(shù)弊據(jù)采綢集系俊統(tǒng)1.芝4數(shù)據(jù)阿采集搶系統(tǒng)符的結(jié)輸構(gòu)形瓣式器件鎖的執(zhí)無行順劇序：模擬柄多路塞開關(guān)姥開始傻切換牢；程控立放大其器放膠大倍像數(shù)開狡始切預(yù)換；采樣/保持墊器開善始保蹦持；A/洲D(zhuǎn)轉(zhuǎn)換摸器開鬧始轉(zhuǎn)飄換；A/映D轉(zhuǎn)換怖完成盤。一個原具體樓的數(shù)顯據(jù)采洗集系扣統(tǒng)的描工作經(jīng)時序穩(wěn)圖(1詞)(2跡)(3圓)(4膨)(5釀)一個激工作當周期多路等開關(guān)放大羞器采樣確／保中持A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)授總線1.杏2s6stAD啟動更脈沖緒論1.微型臨計算復(fù)機數(shù)顛據(jù)采障集系或統(tǒng)1.衡4數(shù)據(jù)燃采集誘系統(tǒng)椒的結(jié)鞠構(gòu)形帥式系統(tǒng)注特點結(jié)構(gòu)蓮簡單逮，易華實現(xiàn)對環(huán)汁境要災(zāi)求不距高系統(tǒng)羊成本質(zhì)低集散迫型的紫基本儲單元模板進齊全自，易嗓組成百系統(tǒng)緒論1.微型挎計算舒機數(shù)蝴據(jù)采盯集系篩統(tǒng)1.誰4數(shù)據(jù)叢采集爬系統(tǒng)徒的結(jié)躁構(gòu)形疏式模擬扯量輸黎入模擬排量輸階入模擬漏量輸餃入數(shù)字仿量輸潛入數(shù)字喪量輸入數(shù)字序量輸病入RS儀-4懼85RS藝-4羨85生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)現(xiàn)場數(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緒論2.集散蔽型數(shù)款據(jù)采典集系季統(tǒng)系統(tǒng)孫結(jié)構(gòu)凳圖:1.申4數(shù)據(jù)稅采集痛系統(tǒng)絡(luò)的結(jié)像構(gòu)形梯式…數(shù)據(jù)淹采集免站一琴般是飽由單挑片機母數(shù)據(jù)白采集帥裝置辛組成生，位脹于生子產(chǎn)設(shè)誘備附它近，托可獨印立完叫成數(shù)血據(jù)采趣集和劫預(yù)處事理任究務(wù)，蔥還可鮮將數(shù)截據(jù)以朱數(shù)字喚信號投的形羊式傳厚送給阻上位籃機。數(shù)據(jù)球采集撿站與跳上位蚊機之鉗間通拜常采砍用異輪步串拴行傳漁送數(shù)腦據(jù)。甚數(shù)據(jù)鑼通信級通常田采用棉主從屢方式潑，由輝上位掃機確陪定與窯哪一惹個數(shù)捕據(jù)采齡集站兔進行止數(shù)據(jù)疫傳送堪。它由悔若干民個“消數(shù)據(jù)漂采集爆站”總和一薦臺上訓(xùn)位機貓及通推信線澇路組妨成。緒論2.集散臉型數(shù)脆據(jù)采刪集系世統(tǒng)1.雀4數(shù)據(jù)蠟采集群系統(tǒng)穩(wěn)的結(jié)骨構(gòu)形濟式系統(tǒng)誕組成:緒論2.集散荷型數(shù)陳據(jù)采溝集系雨統(tǒng)1.略4數(shù)據(jù)頃采集揚系統(tǒng)聾的結(jié)享構(gòu)形強式RS漆-2杏32：屬讀于單旱端信束號傳財輸，丟存在象共地列噪聲皂和不燙能抑夠制共賴模干漏擾等月問題狠，因裕此一半般用挽于20徑m以內(nèi)愈的通偷信，銹傳輸沉速率早一般勵也小烤于20柄k。RS區(qū)-4簽85：采用蹦差分渣方式裕接受島，對撤共模牧干擾移抑制見能力努強，愚傳輸揮距離呼可以連達到登千米雁以上余，傳瓶輸速德度可售以達導(dǎo)到幾醋百k。微機蝦要實餐現(xiàn)RS肌-4翁85協(xié)議斃通訊雜，可頓采用付：采用RS補-2旱32與RS拐-4魚85轉(zhuǎn)接榴口；采用RS醉-4禍85通訊滔卡，橫接在悼微機侵擴展零槽上堵。系統(tǒng)僻特點適應(yīng)迅能力市強可靠穿性高實時夸性好對硬嬸件要敏求不診高緒論2.集散較型數(shù)輸據(jù)采吩集系壓統(tǒng)1.夕4數(shù)據(jù)旁采集蠶系統(tǒng)款的結(jié)天構(gòu)形蜓式模擬米信號句采集吊與處易理程盼序數(shù)字焰信號慰采集傘與處哨理程倍序脈沖健信號坑處理刪程序開關(guān)歪信號遮處理之程序運行臟參數(shù)稿設(shè)置投程序系統(tǒng)葵管理識（主述控）暑程序通訊時程序緒論數(shù)據(jù)要采集況系統(tǒng)異軟件刊的組爛成1.萬5數(shù)據(jù)創(chuàng)采集供系統(tǒng)冶的軟輩件1.苦6數(shù)據(jù)劃處理生的類譯型和與任務(wù)數(shù)據(jù)例處理孝類型按處劣理方朱式：實時舅（在眼線）蚊處理事后超（脫音機）沾處理按處吧理性絲式質(zhì)：預(yù)處顏理剔除滋誤差標度火變換二次席處理微分筍、積浮分傅里鞠葉變建換緒論數(shù)據(jù)憑處理掙任務(wù)1.對采爐集信降號作變標度讓變換2.消除型數(shù)據(jù)掌中的夕干擾將沒妥有明銳確物唱理意太義的果電壓嬌信號慢，轉(zhuǎn)蝕換為礙原來尋對應(yīng)陳的物欠理量漢。緒論1.子6數(shù)據(jù)旨處理肅的類密型和梅任務(wù)消除珍在數(shù)闖據(jù)的種采集擔(dān)、傳蕉送和析轉(zhuǎn)換漫過程戲中，廢由于秤系統(tǒng)父內(nèi)部恭和外街部干膀擾而疼在數(shù)濱據(jù)中釋混入賊干擾蝦信號常，以唇保證花采樣昆精度板。3.分析螞計算抖數(shù)據(jù)時的內(nèi)翼在特河征對采錄集到敲的數(shù)抓據(jù)進纏行變受換計絮算，少以得推到能板表達賞采樣失數(shù)據(jù)榴內(nèi)在弓特征施的二牙次數(shù)已據(jù)。緒論數(shù)據(jù)獻處理楚任務(wù)1.以6數(shù)據(jù)驕處理呢的類暮型和澡任務(wù)例如礎(chǔ)，在陶研究糟振動含時，隸由于倉頻譜閘更能怎說明理振動坡波形半對機桌械結(jié)發(fā)構(gòu)所潔產(chǎn)生屑的影舉響，漁因此樂，常驢對采客集到印的振脅動信桃號作瓶傅里磨葉（FF買