4.1 数据采集系统

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1、第四章数据采集系统数据采集系统是计算机、智能仪器与外界物理世界联系的桥梁，是获取信息的重要途径。数据采集技术是信息科学的重要分支，它不仅应用在智能仪器中，而且在现代工业生产、国防军事及科学研究等方面都得到广泛的应用，无论是过程控制、状态监测，还是故障诊断、质量检测，都离不开数据采集系统。§4.1数据采集系统的组成第四章数据采集系统一、数据采集的定义和工作过程二、数据采集系统的基本功能三、数据采集系统的结构形式硬件结构、软件结构四、模拟信号调理传感器的选用、信号调理通道中的常用放大器信号调理中的抗混叠滤波器§4.1数据采集系统的组成课本190，198－199数据采集是指将温度、压力、流量、位

2、移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后，以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统即为数据采集系统（DataAcquisitionSystem,简称DAS）一、数据采集的定义和工作过程数据采集的定义：一个完整的数据采集工作过程大致可分为三步：（1）数据采集采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机。（2）数据处理根据不同的需要由计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。（3）处理结果的复现与保存将处理后的结果在绘图仪、电平记录仪上显示出来，或者将数据存入磁盘形成文件保存起来，或通过线路进行远距离传输。二、数据采集系统的基本功能①时钟功能。确定数据

3、采样周期，同时也能为系统提供时间基淮。②数据采集。将现场检测传感器送来的模拟电信号按一定的次序巡回的采样、进行A／D转换并存储数据，即完成数据的采集。③信号处理。模拟信号处理、数字信号处理、开关信号处理④数据存储。⑤显示和打印输出。三、数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构要从硬件和软件两方面考虑。1、数据采集系统的软件信号采集与处理程序；运行参数设置程序（采样通道号，采样点数，采样周期，信号量程范围，放大器增益系数等）；系统管理程序（主控程序）；通信程序。2、数据采集系统的硬件数据采集系统的硬件主要由输入通道、输出通道组成。1）输入通道的结构形式（1）、单通道数据采集系统实际的数据采集

4、系统往往需要同时测量多种物理量或同一种物理量的多个测量点。因此，多路模拟输入通道更具有普遍性。按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输入通道可分为集中采集式和分散采集式两大类型。利用多路模拟开关让多个被测对象共用同一个采集通道，这就是多通道数据采集系统的实质。（2）、多通道数据采集系统集中采集式—多路分时采集分时输入（多通道共享采样/保持器和A/D转换器）工作过程：各路被测参数共用一个采样/保持器和A/D转换器。在某一时刻，多路开关只能选择其中某一路，把它接入到采样/保持器的输入端。当采样/保持器的输出已充分逼近输入信号时，在控制命令的作用下，采样保持器由采样状态

5、进入保持状态，A/D转换器开始进行转换，转换完毕后输出数字信号。在转换期间，多路开关可以将下一路接通到采样保持器的输入端。系统不断重复上述操作，实现对多通道模拟信号的数据采集。特点：结构形式简单，所用芯片数量少，它适用于信号变化速率不高，对采样信号不要求同步的场合。如果信号变化速率慢，也可以不用采样保持器。如果信号比较弱，混入的干扰信号比较大，还需要使用数据放大器和滤波器。集中采集式—多路同步采集分时输入（多通道同步型数据采集系统）工作过程：各路信号共用一个A/D转换器，但每一路通道都有一个采样保持器，可以在同一个指令控制下对各路信号同时采样，得到各路信号在同一时刻的瞬时值。模拟开关分时

6、的将各路采样保持器输出信号接到A/D转换器上进行模数转换。特点：各路信号必须串行的在共用的A/D转换器中进行转换，因此这种结构的速度仍然较慢。分散采集式（多通道并行数据采集系统）分散采集式数据采集结构特点：每个通道都有独自的采样保持器和A/D转换器，各个通道的信号可以独立采样和A/D转换器。转换的数据可经过接口电路直接送至计算机中，数据采集的速度快。多通道并行数据采集系统所用的硬件多、成本高。这种结构形式适用于高速系统、分散系统以及多通道并行数据采集系统。2）输出通道的一般结构（1）输出通道的作用是计算机对采样数据实现某种运算处理后，将处理结果回送给被测对象的数据通路。（2）输出通道一般

7、结构取决于被测对象和控制任务。输出通道的一般结构如下图所示。（3）输出数据的形式数字信号的形式主要有开关量、二进制数字量和频率量，它们可直接用于开关量、数字量控制系统及频率调制系统。模拟量控制系统，则应通过数/模转换（D/A）将其变换成模拟量信号。在一般测量系统中信号调理的任务较复杂，除了实现物理信号向电信号的转换、小信号放大、滤波外，还有诸如零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等，这些操作统称为信号调理，