第九章数据采集技术第一讲.pptVIP

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第九章 数据采集技术 主要内容 数据采集概述,什么是数据采集 模拟信号的数字化处理 多路模拟开关、测量放大器 采样/保持电路 模/数转换器、数/模转换器 数据采集的抗干扰技术 传感器、数据采集系统设计(自学内容) 2001年4月1日, 一架美国海军 EP-3型侦测机在南中国海进行侦察,中国海军航空兵派出2架歼-8II战斗机进行监视和拦截,其中一架僚机在海南岛东南70海里上空与美机发生碰撞、坠毁,飞行员王伟跳伞,下落不明,后确认牺牲, 美国军机迫降海南岛陵水机场…… 执行侦查任务——收集中国军事情报。 2008年9月25日,神舟七号飞船在酒泉卫星发射中心发射。点火583秒,飞船与火箭在高度约200公里处成功分离。 发射测控网共设 13个站,其中上升段有3个站:发射场的东风站、渭南站和青岛站, 这三个站负责飞船在上升段的测量,覆盖率达到100%。入轨段有两条测量船:远望一号和远望二号…… 对象测控——数据采集与目标控制 类似的例子很多,如物联网。上述实例中,进行情报收集或完成测控任务,完全依赖于信息技术。 信息技术的核心包括信息获取、通信传输以及计算机数据处理技术,其中信息获取是基础和前提,而信息获取的主要手段是数据采集技术;数据采集技术随着微电子技术、电子技术、计算机技术的进步得到迅速发展,发挥着越来越重要的作用。 数据采集技术与计算机技术密切相关,根据大纲要求,在计算机原理课程中增加数据采集技术的内容。 §9.1 概 述 一、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物理量,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。 2、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。 3、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、数据采集系统的基本组成 数据采集系统包括硬件和软件两大部分,硬件部分又可分为模拟部分和数字部分。硬件基本组成示意图如下。 常把传感器输出到A/D转换器输出的信号通道称为模拟通道。 1、传感器 传感器的作用是把非电量的物理量转变成模拟电信号,例如电流、电压、频率或脉冲等。 举例:热电阻可以把变化的温度转换为变化的电压; 转速传感器把转速转换为电脉冲,等。 2、放大器 放大器用来放大和缓冲输入信号。 传感器输出的信号较小,通常在几毫伏到几十毫伏之间,人体生物电信号为微伏量级。需要放大,以满足ADC满量程输入的要求,如5 ~ 10V。放大器还起到阻抗变换器的作用,来缓冲输入信号。放大器的种类比较繁杂。 3、滤波器 滤波器用来衰减噪声,以提高输入信号的信噪比。 传感器和电路中的器件会产生噪声,人工发射源通过耦合使信号通道感染噪声,其它用电器产生的谐波污染等。数据采集必须有效去除噪声才能获得可信的数据。 4、多路模拟开关 多路模拟开关为电子开关,用来分时选通来自多个输入通道中的某一路信号,以实现多路巡回检测。功能:扩展输入路数, 减少后续电路器件数(S/H、ADC等只需1套)。可节省成本和体积,但会降低采集速度,增大误差,适合变化缓慢的物理信号。 5、采样/保持电路(S/H) A/D转换器完成一次转换需要一定的时间,这段时间内,A/D转换器的模拟输入信号不能变化,否则不能保证转换精度。 采样/保持电路的主要作用是快速拾取模拟输入信号, 并保持其幅值恒定,以提高A/D转换器的转换精度;如果把S/H电路放在多路开关之前,可实现对多路模拟瞬时信号同时采样。 6、模数转换器(ADC) 模数转换器的主要作用是把模拟信号转换为数字信号,其输入是采样/保持电路的输出,输出是计算机接口的输入。ADC是模拟输入通道的关键电路,是影响系统采样速度和精度的主要因素之一。 7、计算机I/O接口 A/D转换结果要送入计算机处理,而数据处理后还要送出计算机,都需要借助于计算机I/O接口完成。 8、定时与控制逻辑 在数据采集系统中,各器件的定时关系是非常严格的,如果定时不合适,会严重影响系统的采样精度。 例如,在多路模拟开关、采样/保持,AD转换之间, 哪个开启、开启多长时间有严格的规定。 定时与控制逻辑侧重于为完成数据采集任务所进行的控制功能,是面向系统的。 定时与控制逻辑在结构图中没

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