1、數(shù)據(jù)采集與處理,1.1 數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù),1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能,1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,1.5 數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù),第1章 緒 論,第1章 概 論,1.1 數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù),1. 數(shù)據(jù)采集的定義,指采集溫度、壓力、流 量等模擬量，轉(zhuǎn)換成數(shù) 字量，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存 儲(chǔ)、處理、打印的過(guò)程。,相應(yīng)系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。,數(shù)據(jù)采集 ,1.1 數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù),2. 數(shù)據(jù)采集的意義,在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn) 行采集、監(jiān)測(cè)，為提高質(zhì)量， 降低成本，提供信息。,在科學(xué)研究中，用來(lái)獲取微觀、 動(dòng)靜態(tài)信息。,解決靠人不能解決的問(wèn)題。,作用,意義：,3. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù),有,采

2、集傳感器輸出的模擬信號(hào)，并轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)。,系統(tǒng)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。,1.1 數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù),例如，物體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)記錄、處理。,提高工作效率，取得較好的經(jīng)濟(jì) 效益。,結(jié)果：,1.1 數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù),5. 構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的依據(jù),保證系統(tǒng)具備采樣精度的條件下，有 盡可能高的采樣速度，以滿足實(shí)時(shí)處理、 控制的要求。,4. 評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)有,系統(tǒng)的采樣精度。,系統(tǒng)的采樣速度。,第1章 概 論,1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般具有以下功能：,1. 采集數(shù)據(jù),按照采樣周期，對(duì)模擬、數(shù)字、開(kāi)關(guān)信號(hào)采樣。,2. 模擬信號(hào)處理,模擬信號(hào)

3、,指信號(hào)幅值隨時(shí)間連續(xù)變化 的信號(hào)。,特點(diǎn)：,在規(guī)定的一段連續(xù)時(shí)間內(nèi)，其幅值 為連續(xù)值。,優(yōu)點(diǎn)：,便于傳送。,缺點(diǎn)：,易受干擾。,信號(hào) 類型,由傳感器輸出的電壓信號(hào),由儀表輸出的電流信號(hào),010mA,420mA,1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能,信號(hào) 處理,將采樣信號(hào),將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)作標(biāo)度變換,3. 數(shù)字信號(hào)處理,數(shù)字信號(hào),指在有限離散瞬時(shí)上取值間 斷的信號(hào)。,特點(diǎn)：,時(shí)間和幅值都不連續(xù)的信號(hào)。,1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能,數(shù)字信號(hào),優(yōu)點(diǎn)：,抗干擾能力強(qiáng),缺點(diǎn)：,需要一套轉(zhuǎn)換電路，增加成本。,傳送方式,并行傳送,串行傳送,信號(hào)處理：,將數(shù)字信號(hào)采入計(jì)算機(jī)后，進(jìn) 行碼制轉(zhuǎn)換。如 BCDASC

4、II， 便于在屏幕上顯示。,1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能,4. 開(kāi)關(guān)信號(hào)的處理,開(kāi)關(guān)信號(hào),由按鈕、行程開(kāi)關(guān)等器件觸 點(diǎn)產(chǎn)生的信號(hào)。,信號(hào)處理：,根據(jù)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的操作。,5. 二次數(shù)據(jù)計(jì)算,概念,一次數(shù)據(jù) ,二次數(shù)據(jù) ,從傳感器采集的數(shù)據(jù)。,對(duì)一次數(shù)據(jù)作計(jì)算得到 的數(shù)據(jù)。,1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能,1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能,二次數(shù)據(jù),平均、累計(jì) 傅里葉變換、積分變換 變化率、差值 最大值、最小值,6. 屏幕顯示,將數(shù)字、圖形、圖表等顯示在屏幕上。,7. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ),按時(shí)間間隔，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器。,8. 打印輸出,按時(shí)間間隔，打印輸出數(shù)字、圖形。,9. 人機(jī)聯(lián)系,操作人員

5、用鍵盤(pán)或鼠標(biāo)與系統(tǒng)對(duì)話， 完成運(yùn)行方式的設(shè)置。,1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能,1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,系統(tǒng)組成,硬件 軟件,結(jié)構(gòu)形式,微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),第1章 概 論,1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,1. 微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。,1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,圖1.1 微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),被 測(cè) 物理量,數(shù)字信號(hào),開(kāi)關(guān)信號(hào),系統(tǒng) 組成,傳感器 將非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。,多路開(kāi)關(guān) 分時(shí)切換各路模擬量與 采樣保持器的通路。,程控放大器 對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大。,采樣/保持器 保持模擬信號(hào)電壓。,A/D轉(zhuǎn)換器 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號(hào)

6、。,接口電路 將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形電 平調(diào)整。,1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,時(shí)序圖如圖1.2所示。,1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,(1),(2),(3),(4),(5),一個(gè)工作周期,多路開(kāi)關(guān),放大器,采樣保持,AD轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)總線,圖1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作時(shí)序,1.2s,6s,tAD,啟動(dòng)脈沖,系統(tǒng)特點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn) 對(duì)環(huán)境要求不高 系統(tǒng)成本低 集散型的基本單元 模板齊全，易組成系統(tǒng),2. 集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.3所示,1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,圖1.3 集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),模擬量輸入,模擬量輸入,模擬量輸入,數(shù)字量輸入,數(shù)字量 輸

7、入,數(shù)字量輸入,RS-485,RS-485,數(shù)據(jù) 采集 站,數(shù)據(jù) 采集 站,數(shù)據(jù) 采集 站,通信接口,上位機(jī),數(shù)據(jù)采集站一般是由單片機(jī)數(shù)據(jù)采集裝 置組成，位于生產(chǎn)設(shè)備附近，可獨(dú)立完 成數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理任務(wù)，還可將數(shù)據(jù) 以數(shù)字信號(hào)的形式傳送給上位機(jī)。,數(shù)據(jù)采集站與上位機(jī)之間通常采用異步 串行傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信通常采用主從 方式，由上位機(jī)確定與哪一個(gè)數(shù)據(jù)采集 站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。,1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,它由若干個(gè)“數(shù)據(jù)采集站”和一臺(tái)上位機(jī) 及通信線路組成。,系統(tǒng)特點(diǎn),適應(yīng)能力強(qiáng) 可靠性高 實(shí)時(shí)性好 對(duì)硬件要求不高,1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,1.5 數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù),處理 類型,按處

8、理方式,實(shí)時(shí)（在線）處理,事后（脫機(jī)）處理,按處理性質(zhì),預(yù)處理,剔除誤差,標(biāo)度變換,二次 處理,微分、積分,傅里葉變換,第1章 概 論,1.5 數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù),處理任務(wù),對(duì)采集信號(hào)作標(biāo)度變換 消除數(shù)據(jù)中的干擾 分析計(jì)算數(shù)據(jù)中的內(nèi)在特征,對(duì)采集到的電信號(hào)作標(biāo)度變換,將沒(méi)有明確物理意義的電壓信號(hào)，轉(zhuǎn) 換為原來(lái)對(duì)應(yīng)的物理量。,消除數(shù)據(jù)中的干擾信號(hào),消除在數(shù)據(jù)的采集、傳送和轉(zhuǎn)換過(guò)程 中，由于系統(tǒng)內(nèi)部和外部干擾而在數(shù)據(jù)中 混入干擾信號(hào)，以保證采樣精度。,分析計(jì)算數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征,對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換計(jì)算，以得 到能表達(dá)采樣數(shù)據(jù)內(nèi)在特征的二次數(shù)據(jù)。,1.5 數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù),例如，在研究振動(dòng)時(shí)，由于頻譜更能 說(shuō)明振動(dòng)波形對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生影響，因 此，常對(duì)采集到的振動(dòng)信號(hào)作傅里葉 （FFT）變換，得出振動(dòng)波形的頻譜。,1.5 數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù),1.6 學(xué)習(xí)重點(diǎn)和方法,1. 學(xué)習(xí)重點(diǎn):, 數(shù)據(jù)采集的基本理論、概念。 數(shù)據(jù)采集理論的運(yùn)用。 數(shù)據(jù)采集程序的設(shè)計(jì)。,第1章 概 論,1.6 學(xué)習(xí)重點(diǎn)和方法,2. 學(xué)習(xí)方法,認(rèn)真聽(tīng)課 注意記筆記 積極回答問(wèn)題 勤于思考，注意靈活