数据采集与处理1课件.ppt

1、1SDUT2SDUT 3SDUT 1.数据采集的定义数据采集的定义 指采集温度、压力、流指采集温度、压力、流量等模拟量，转换成数量等模拟量，转换成数字量，由计算机进行存字量，由计算机进行存储、处理、打印的过程。储、处理、打印的过程。相应系统称为数据采集系统。相应系统称为数据采集系统。数据采集数据采集 4SDUT数据采集的意义数据采集的意义 在生产过程中，对工艺参数进在生产过程中，对工艺参数进 行采集、监测，为提高质量，行采集、监测，为提高质量，降低成本，提供信息。降低成本，提供信息。在科学研究中，用来获取微观、在科学研究中，用来获取微观、动静态信息。动静态信息。解决靠人不能解决的问题。解决靠人

2、不能解决的问题。作用作用意义：意义：5SDUT3.数据采集系统的任务数据采集系统的任务有有采集传感器输出的模拟信号，并转采集传感器输出的模拟信号，并转 换成数字信号，然后送入计算机。换成数字信号，然后送入计算机。系统计算机对数字信号进行处理。系统计算机对数字信号进行处理。例如，物体的运动数据记录、处理。例如，物体的运动数据记录、处理。提高工作效率，取得较好的经济提高工作效率，取得较好的经济效益。效益。结果：结果：6SDUT5.构成数据采集系统的依据构成数据采集系统的依据 保证系统具备保证系统具备采样精度采样精度的条件下，有的条件下，有尽可能高的尽可能高的采样速度采样速度，以满足实时处理、，以满

3、足实时处理、控制的要求。控制的要求。4.评价数据采集系统性能优劣的标准评价数据采集系统性能优劣的标准 标准有标准有系统的系统的采样精度采样精度。系统的系统的采样速度采样速度。7SDUT 数据采集系统一般具有以下功能：数据采集系统一般具有以下功能：1.采集数据采集数据按照采样周期，对模拟、数字、开关信号采样。按照采样周期，对模拟、数字、开关信号采样。2.模拟信号处理模拟信号处理模拟信号模拟信号 指信号幅值随时间连续变化指信号幅值随时间连续变化的信号。的信号。8SDUT特点：特点：在规定的一段连续时间内，其幅值在规定的一段连续时间内，其幅值为连续值。为连续值。优点：优点：便于传送。便于传送。缺点：

4、缺点：易受干扰。易受干扰。信号信号类型类型由传感器输出的电压信号由传感器输出的电压信号由仪表输出的电流信号由仪表输出的电流信号010mA420mA9SDUT信号信号处理处理将采样信号将采样信号将转换的数字信号作标度变换将转换的数字信号作标度变换3.数字信号处理数字信号处理 数字信号数字信号 指在有限离散瞬时上取值间指在有限离散瞬时上取值间断的信号。断的信号。特点：特点：时间和幅值都不连续的信号。时间和幅值都不连续的信号。数字信号数字信号10SDUT优点：优点：抗干扰能力强抗干扰能力强缺点：缺点：需要一套转换电路，增加成本。需要一套转换电路，增加成本。传送方式传送方式并行传送并行传送串行传送串行

5、传送信号处理：信号处理：将数字信号采入计算机后，进将数字信号采入计算机后，进行码制转换。如行码制转换。如 BCDASCII，便于在屏幕上显示。便于在屏幕上显示。11SDUT4.开关信号的处理开关信号的处理 开关信号开关信号 由按钮、行程开关等器件触由按钮、行程开关等器件触点产生的信号。点产生的信号。信号处理：信号处理：根据开关的状态执行相应的操作。根据开关的状态执行相应的操作。5.二次数据计算二次数据计算 概念概念一次数据一次数据 二次数据二次数据 从传感器采集的数据。从传感器采集的数据。对一次数据作计算得到对一次数据作计算得到的数据。的数据。12SDUT二次数据二次数据平均、累计平均、累计傅

6、里叶变换、积分变换傅里叶变换、积分变换变化率、差值变化率、差值最大值、最小值最大值、最小值6.屏幕显示屏幕显示 将数字、图形、图表等显示在屏幕上。将数字、图形、图表等显示在屏幕上。7.数据存储数据存储 按时间间隔，将数据存储在外部存储器。按时间间隔，将数据存储在外部存储器。13SDUT8.打印输出打印输出按时间间隔，打印输出数字、图形。按时间间隔，打印输出数字、图形。9.人机联系人机联系 操作人员用键盘或鼠标与系统对话，操作人员用键盘或鼠标与系统对话，完成运行方式的设置。完成运行方式的设置。14SDUT 系统组成系统组成硬件硬件软件软件结构形式结构形式微型计算机数据采集系统微型计算机数据采集系

7、统集散型数据采集系统集散型数据采集系统15SDUT1.微型计算机数据采集系统微型计算机数据采集系统系统的结构如图系统的结构如图1.1所示。所示。16SDUT传感器传感器图图1.1 微型计算机数据采集系统微型计算机数据采集系统放大放大器器采采样样/保保持持器器传感器传感器传感器传感器传感器传感器A/D转转换换器器计计算算机机显示器显示器打印机打印机绘图机绘图机定时与逻辑控制定时与逻辑控制传感器传感器传感器传感器接接口口被被测测物物理理量量数字信号数字信号开关信号开关信号多路开关多路开关17SDUT系统系统组成组成传感器传感器 将非电量转换为电信号。将非电量转换为电信号。多路开关多路开关 分时切换

8、各路模拟量与分时切换各路模拟量与 采样保持器的通路。采样保持器的通路。程控放大器程控放大器 对模拟信号进行放大。对模拟信号进行放大。采样采样/保持器保持器 保持模拟信号电压。保持模拟信号电压。A/DA/D转换器转换器 将模拟信号转换为数字将模拟信号转换为数字 信号。信号。接口电路接口电路 将数字信号进行整形电将数字信号进行整形电 平调整。平调整。18SDUT时序图如图时序图如图1.2所示。所示。(1)(2)(3)(4)(5)一个工作周期一个工作周期多路开关多路开关放大器放大器采样保持采样保持AD转换转换数据总线数据总线图图1.2 数据采集系统工作时序数据采集系统工作时序1.2 s6 stAD启

9、动脉冲启动脉冲19SDUT系统特点系统特点结构简单，易实现结构简单，易实现对环境要求不高对环境要求不高系统成本低系统成本低集散型的基本单元集散型的基本单元模板齐全，易组成系统模板齐全，易组成系统 2.集散型数据采集系统集散型数据采集系统 系统结构如图系统结构如图1.3所示所示 20SDUT图图1.3 集散型数据采集系统集散型数据采集系统模拟量模拟量输入输入模拟量模拟量输入输入模拟量模拟量输入输入数字量数字量输入输入数字量数字量输入输入数字量数字量输入输入RS-485RS-485生生产产现现场场生生产产现现场场生生产产现现场场数据数据采集采集 站站数据数据采集采集 站站数据数据采集采集 站站通信

10、接口通信接口 上位机上位机21SDUT数据采集站一般是由单片机数据采集装数据采集站一般是由单片机数据采集装置组成，位于生产设备附近，可独立完置组成，位于生产设备附近，可独立完成数据采集和预处理任务，还可将数据成数据采集和预处理任务，还可将数据以数字信号的形式传送给上位机。以数字信号的形式传送给上位机。数据采集站与上位机之间通常采用异步数据采集站与上位机之间通常采用异步串行传送数据。数据通信通常采用主从串行传送数据。数据通信通常采用主从方式，由上位机确定与哪一个数据采集方式，由上位机确定与哪一个数据采集站进行数据传送。站进行数据传送。它由若干个它由若干个“数据采集站数据采集站”和一台上位机和一台

11、上位机及通信线路组成。及通信线路组成。22SDUT系统特点系统特点适应能力强适应能力强可靠性高可靠性高实时性好实时性好对硬件要求不高对硬件要求不高23SDUT 处理处理类型类型按处理方式按处理方式实时（在线）处理实时（在线）处理事后（脱机）处理事后（脱机）处理按处理性质按处理性质预处理预处理剔除误差剔除误差标度变换标度变换二次二次处理处理微分、积分微分、积分傅里叶变换傅里叶变换24SDUT 处理任务处理任务对采集信号作标度变换对采集信号作标度变换消除数据中的干扰消除数据中的干扰分析计算数据中的内在特征分析计算数据中的内在特征对采集到的电信号作标度变换对采集到的电信号作标度变换 将没有明确物理意

12、义的电压信号，转将没有明确物理意义的电压信号，转换为原来对应的物理量。换为原来对应的物理量。25SDUT消除数据中的干扰信号消除数据中的干扰信号 消除在数据的采集、传送和转换过程消除在数据的采集、传送和转换过程中，由于系统内部和外部干扰而在数据中中，由于系统内部和外部干扰而在数据中混入干扰信号，以保证采样精度。混入干扰信号，以保证采样精度。分析计算数据的内在特征分析计算数据的内在特征 对采集到的数据进行变换计算，以得对采集到的数据进行变换计算，以得到能表达采样数据内在特征的二次数据。到能表达采样数据内在特征的二次数据。26SDUT 例如，在研究振动时，由于频谱更能例如，在研究振动时，由于频谱更

13、能说明振动波形对机械结构所产生影响，因说明振动波形对机械结构所产生影响，因此，常对采集到的振动信号作傅里叶此，常对采集到的振动信号作傅里叶（FFT）变换，得出振动波形的频谱。）变换，得出振动波形的频谱。27SDUT1.学习重点学习重点:数据采集的基本理论、概念。数据采集的基本理论、概念。数据采集理论的运用。数据采集理论的运用。数据采集程序的设计。数据采集程序的设计。28SDUT2.学习方法学习方法认真听课认真听课注意记笔记注意记笔记积极回答问题积极回答问题勤于思考，注意灵活应用勤于思考，注意灵活应用 基本理论解决实际问题基本理论解决实际问题独立完成各章作业独立完成各章作业提高编程能力提高编程能力29SDUT