第3章-测控系统2009.ppt

第3章 测控系统 3.1 基本概念 3.2 测控系统硬件 3.3 测控系统的应用实例 通常所说的测控系统是基于计算机的测量与控制系统的简称。 它广泛地应用于工农业生产、国防、科学研究、生物和医学等各个领域。 主要包含下述内容： （1）测量和采集，即对客观世界某一现象或过程的物理、化学和生物参数进行测量、采集、显示和记录。这些任务需要各种各样的传感器、测量装置和数据采集硬件系统来完成。 （2）控制，即对某一过程或试验对象的某些参数按预定的要求或规律实行控制。需要有相应的控制硬件系统实现和执行各种控制功能。 （3）计算机管理和操作，现代的测量、数据采集和控制系统都是在计算机的管理和操作下工作的，因此现代的测控系统通常都配置有相应的计算机及外设。 （4）测控软件，对测控系统硬件的驱动、诊断和对被测数据进行处理后，以数字、图表、图像、图形和文件的形式显示、记录和打印，对受控过程或试验对象以某种规律或控制算法进行控制。这些任务需要驱动、诊断和处理软件以及控制算法软件来完成，这些软件就是测控系统软件。 3.1.1 测控系统的主要功能和特点 1、测控系统的主要功能 测控系统主要由计算机、外围输入和输出通道等组成。输入通道接收和采集来自各种传感器和有关环节的各种信号和信息，经过计算机的分析、判断、计算和处理，然后通过输出通道发出各种控制信号和命令，以完成预定的测控任务。为了能实时、准确地完成测控任务， 测控系统应具备下述有关的基本功能： （1）测量和采集模拟输入信号的功能。 一般的物理量（如温度、压力、应力、扭矩等）传感器的输出均为模拟的电信号，为了能够测量和采集这类信号，系统应提供模拟量输入（简称模入）通道。它的主要任务是将低电压信号放大、抗混叠滤波以及多通道切换（采样）成为采样信号，然后经模拟／数字（A/D）转换器将模拟采样采样信号转换为数字信号，以便计算机接收后再进行后续的处理。 （2）接收数字信息和中断型数字信息的功能。 测量和采集的对象包括各种状态信息（如开关通断，电平高低等），系统应提供数字量输入通道。其任务是按时将这些信息转换为 TTL数字信息，组成字节（8 位码）或字（16 位码）的形式送入计算机。 数字量（含开关量下同）输入通道还分为中断型和非中断型两种。非中断型由程序的安排按时输入；而中断型数字量输入，每当其状态发生变化时，向系统发出中断申请，系统响应申请后及时采集该状态信息，并进行中断处理。这在控制系统中非常有用，当受控对象出现异常状态或需要报警时，即可通过中断型数字量输入通道向系统发出中断申请。 （3）测量脉冲量和频率量的功能。 如流量和转速传感器的输出都是频率信号，还有些物理量是将其转换成脉冲量来测量的。因此，系统应提供脉冲和频率量输入通道，以实现这种功能。 （4）模拟信号输出功能。 可控硅、电磁伺服阀或激振器等控制电路或装置需要系统输出模拟电压进行控制。用示波器实时显示某一参数的变化过程也要求系统能输出模拟电压。为此，系统应提供模拟量输出（简称模出）通道。它的功能是将计算机输出的数字信息，经过模出通道中的数字／模拟（D/A）转换器转换为相应的模拟信号输出。 （5）数字量输出功能。 系统需要向外界发出各种状态指示或控制信息时，它应提供数字量输出通道以实现这种功能。 （6）脉冲量输出功能。 控制步进电机的运行和发送时钟信号等，均要求系统具备输出脉冲量的功能。故系统应提供脉冲量输出通道以实现这种功能。 （7）信号调理功能。 把传感器、敏感元件的输出信号变成归一化的电压，所用到的激励电源、桥臂补足电路、温度补偿电路、调零电路及其他所需的电路均称为信号调理电路，用这些电路实现信号调理的功能。许多测控系统的模入通道只有接收模拟电压信号的能力，并不具备上述各种信号调理功能。因此信号调理器就成为传感器和敏感元件与模入通道之间的桥梁，它是一个完整的测控或数据采集系统中必不可少而又往往被人们忽视的重要环节。 在某些测控系统中，根据实际应用需要，还可能要求有数字量输入／输出、模拟量输出、频率量输入和脉冲量输入／输出的信号调理功能。 （8）校准功能。 为了提高测量和采集的精度，消除系统误差，必须进行系统校准。校准可分为电信号校准、替代法校准（如模拟电桥中桥臂电阻的变化）和实际标准物理量的校准。 （9）采集数据的存储、显示和记录功能。 实时存