本文格式為Word版，下載可任意編輯——前向通道與數(shù)據(jù)采集

吉林大學(xué)數(shù)據(jù)采集課件

前向通道與數(shù)據(jù)采集wangshigang@

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引言在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,被控對(duì)象運(yùn)行的狀態(tài)信息需要通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)才能輸入給計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)處理后的信息也需轉(zhuǎn)換為適合的電信號(hào)輸出到執(zhí)行器,由執(zhí)行器對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制作用在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象與計(jì)算機(jī)之間信號(hào)傳遞和交換的裝置稱之為過程通道。

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過程通道解決兩類基本問題:將外部傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字信號(hào)將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部執(zhí)行器能接受的信號(hào)。

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過程通道可分為輸入通道和輸出通道習(xí)慣上輸入通道又稱為前向通道,主要用于采集來自傳感器的各種數(shù)據(jù)輸出通道又稱后向通道,主要用于驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行器

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根據(jù)處理信號(hào)類型的不同,輸入通道可分為：

數(shù)字量輸入通道模擬量輸入通道數(shù)字量輸出通道模擬量輸出通道

根據(jù)處理信號(hào)類型的不同,輸出通道可分為：

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本章主要介紹前向通道即輸入通道的內(nèi)容,有關(guān)后向通道即輸出通道的內(nèi)容將在下一章介紹。前向通道是計(jì)算機(jī)了解被控對(duì)象的基本途徑,其中用于參量轉(zhuǎn)換的傳感器、信號(hào)處理電路和計(jì)算機(jī)接口等部分為本章介紹的重點(diǎn)。

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7.1微機(jī)控制系統(tǒng)中的前向通道

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7.1.1前向通道組成和特點(diǎn)要對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,就必需對(duì)它的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。生產(chǎn)過程中的開關(guān)信號(hào)、脈沖信號(hào)、數(shù)字編碼信號(hào)等,可通過數(shù)字量輸入通道輸入計(jì)算機(jī)。生產(chǎn)過程中還有大量信號(hào)(諸如壓力、流量、溫度、液面高度等)是隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號(hào),由傳感器和變送器把它們轉(zhuǎn)換為模擬的電流或電壓信號(hào),這些信號(hào)需通過模擬量輸入通道轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),才能送入計(jì)算機(jī)。

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不同的信號(hào)有著各自的特征和處理要求見表信號(hào)類型開關(guān)信號(hào)

信號(hào)特征只有兩種不同的取值。需要關(guān)心信號(hào)頻率變化的范圍和幅度

表示信息開關(guān)和按鍵狀態(tài)、位置狀態(tài)、通斷狀態(tài)等

處理要求限幅、整形、消抖、隔離、電平轉(zhuǎn)換、鎖存等

脈沖信號(hào)數(shù)字信號(hào)

脈沖的邊沿表示信號(hào)的頻率、時(shí)間、計(jì)數(shù)、報(bào)警限幅、電平轉(zhuǎn)換、隔離、有無，需要關(guān)心脈沖的觸發(fā)、中斷請(qǐng)求等計(jì)數(shù)、鎖存等間隔、脈沖的寬度和頻率通常為二進(jìn)制或BCD信號(hào),每位只有0和1兩種取值。需要關(guān)心數(shù)制、位數(shù)數(shù)碼開關(guān)輸入的參數(shù)和量隔離、電平轉(zhuǎn)換、鎖存、程,數(shù)字傳感器檢測(cè)到的校驗(yàn)、糾錯(cuò)、串/并轉(zhuǎn)換溫度、壓力、流量、位移、等速度、重量等

模擬信號(hào)

在時(shí)間和幅度上是連續(xù)模擬傳感器檢測(cè)到的溫度、放大、隔離、濾波、采樣的,尋常需要關(guān)心信號(hào)壓力、流量、位移、速度、/保持、V/F轉(zhuǎn)換、A/D

轉(zhuǎn)頻度范圍和精度重量、電壓、電流、功率換、非線性變換、標(biāo)度變等換等

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以處理數(shù)字信號(hào)為主的前向通道結(jié)構(gòu)如下圖

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感應(yīng)開關(guān)、機(jī)械式行程開關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路變?yōu)榻涌陔娐纺芙邮盏拈_關(guān)信號(hào)(尋常為TTL電平)轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)整形成為邊沿較好的脈沖信號(hào),利用計(jì)數(shù)器記錄接收的脈沖數(shù)

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V/F(電壓/頻率)轉(zhuǎn)換器輸出的是頻率信號(hào),可經(jīng)計(jì)數(shù)器或直接送接口電路角度編碼器輸出的數(shù)字信號(hào)需經(jīng)相位鑒別和鎖存后,再送往計(jì)算機(jī)。傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)尋常需要經(jīng)光電隔離后送往計(jì)算機(jī)接口電路。

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大量智能化傳感器有串行數(shù)字輸出功能可經(jīng)隔離電路送往串行接口;具有現(xiàn)場(chǎng)總線的傳感器,已將過程通道的功能集成在內(nèi)部,因此,可直接與現(xiàn)場(chǎng)總線相連。

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以處理模擬信號(hào)為主的前向通道結(jié)構(gòu)示意如圖

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熱敏電阻通過電橋?qū)㈦娮枳柚档淖兓哭D(zhuǎn)換為電壓信號(hào)：熱電偶把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。這些信號(hào)經(jīng)放大、線性化處理、A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)接口電路。大電流信號(hào)需要分流衰減大電壓信號(hào)需要分壓衰減高速信號(hào)需要采樣/保持后,才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換;對(duì)輸出電流信號(hào)的傳感器,需要將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換;為防止現(xiàn)場(chǎng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的干擾,在前向通道中,尋常還要有光電或變壓器隔離措施。

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7.1.2傳感器與變送器1.傳感器的組成按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87傳感器通用術(shù)語對(duì)傳感器下的定義是：能感受規(guī)定的被測(cè)量并依照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，尋常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信號(hào)輸出。敏感元件是能夠靈敏地感受被測(cè)變量，并作出響應(yīng)的元件。

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例如彈性膜盒能感受壓力的高低而引起形變，形變程度就是對(duì)壓力高低的響應(yīng)，因此,彈性膜盒是一種壓力敏感元件。鉑電阻能感受溫度的升降而改變其阻值，阻值的變化就是對(duì)溫度升降的響應(yīng)，所以鉑電阻就是一種溫度敏感元件。

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為了獲得被測(cè)變量的確切數(shù)值,不僅要求敏感元件對(duì)所測(cè)變量的響應(yīng)足夠靈敏,還希望它不受或少受環(huán)境因素的影響。敏感元件的輸出響應(yīng)與輸入變量之間假使是線性的正比或反比關(guān)系,當(dāng)然最便于應(yīng)用。即使是非線性關(guān)系,只要這種關(guān)系不隨時(shí)間而變化,也可以滿足使用的基本要求由于電信號(hào)便于遠(yuǎn)傳和處理,所以在控制系統(tǒng)中使用的傳感器輸出是電量的形式,如電壓、電流、電阻、電感、電容、頻率等。

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2.傳感器的分類常見的傳感器分類方法有三種：

按

傳感器檢測(cè)的物理量分類按傳感器工作原理分類按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類

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