长沙数据采集与处理技术.doc

长沙数据采集与处理技术 （湖南信息职业技术学院xxgc.hniu.cn 教务处，湖南 长沙 410200） 数据采集技术(Data Acquisition)是信息科学的一个重要分支,它研究信息数据的采集、存贮、处理以及控制等作业。在智能仪器、信号处理以及工业自动控制等领域，都存在着数据的测量与控制问题。将外部世界存在的温度、压力、流量、位移以及角度等模拟量（Analog Signal）转换为数字信号（Digital Signal）, 在收集到计算机并进一步予以显示、处理、传输与记录这一过程，即称为“数据采集”。相应的系统即为数据采集系统（Data Acquisition System,简称DAS） 数据采集技术以在雷达、通信、水声、遥感、地质勘探、震动工程、无损检测、语声处理、智能仪器、工业自动控制以及生物医学工程等领域有着广泛的应用。 数据采集的基本概念 1、数据采集 计算机处理的对象是数字量，而外部世界的大部分信息是连续变化的??理量，例如温度、压力、位移、速度，要将这些信息送入计算机进行处理，就必须先把这些连续的物理量离散化，即进行量化编码，变成数字量才能实现。 数据采集就是将被测对象的各种参量通过传感器做适当转换后，由非电量变换成电量，再经过信号调理、采样、量化、编码和传输等步骤，输入计算机进行处理或存储记录的过程。 数据采集系统 用于数据采集的成套设备称为数据采集系统，计算机是数据采集系统的核心，完成对整个采集过程的控制、对采集的数据进行处理的任务。 数据采集系统任务 数据采集系统的任务主要有三项： 把模拟信号转换为计算机能识别的数字信号，送入计算机 通过计算机进行计算和处理，得到有用的信息 实现对过程或目标（某些物理量）的监视与控制 二、数据采集系统的主要指标 对数据采集系统性能指标的要求主要取决于具体应用的目的和应用的环境。以下介绍几个常用指标的含义。 1、系统分辨率 数据采集系统可以分辨的输入信号的最小变化量。通常用最低有效位值（LSB）占满量程的百分比表示，或用系统可分辨的最小电压值或满量程可划分的级数表示。以10V满量程为例： 2、系统精度 系统精度是系统的实际输出值与理论输出值之差，通常表示为满量程的百分数。系统精度是系统各种误差的总和，模数转换器的精度是系统精度的极限值。实际情况是，系统精度达不到数模转换器的精度。 3、采集速率 采集速率也叫吞吐率，是指在满足精度指标的前提下，系统对输入模拟信号在单位时间内所完成的采集次数。 采样速率是采样周期的倒数，采样周期表征了系统每采集一个有效数据所需的时间。采样周期内需完成采样、量化、编码、传输、处理等的全部工作。 4、动态范围 某个物理量的变化范围，即信号的最大幅值和最小幅值之比的分贝数。设允许输入信号的最大幅值Vimax，最小幅值Vimin，则动态范围表示为： Vimax Ii = 20lg Vimin 5、非线性失真 非线性失真也叫谐波失真，当系统输入一个频率为 f 的正弦波时，其输出中出现很多频率为 kf （k为正整数）的新的频率分量，这种现象称为非线性失真。用谐波失真系数衡量。 1．1 数据采集的意义和任务 数据采集是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换为数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统称为数据采集系统。 数据采集系统的任务：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，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。与此同时，将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。 数据采集系统的好坏，主要取决于精度和速度。 1．2 数据采集系统的基本功能 数据采集：采样周期 模拟信号处理 数字信号处理 开关信号处理：来自开关器件 二次数据计算：平均、累积、变化率、差值、最大值、最小值 屏幕显示 数据存储 打印输出 人机联系 1．3 数据采集系统的结构形式 硬件和软件组成。 从硬件方面来看，有两种结构形式：一种是微型计算机数据采集系统、另一种是集散型数据采集系统。 1.3.1微型计算机数据采集系统： 由传感器、模拟多路开关、程控放大器、采样/保持器、A/D转换器、计算机及外设等部分组成。 微型计算机数据采集系统的特点： 系统结构简单，容易实现。 对环境的要求不高。 成本低。 微型计算机数据采集系统是集散型数据采集系统的一个基本组成部分。 微型计算机的各种I/O模