数据采集与处理课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,单击此处编辑母版标题样式,SDUT,数据采集与处理,数据采集与处理,数据采集与处理,1.1,数据采集的意义与任务,1.2,数据采集系统的基本功能,1.3,数据采集系统的结构形式,1.5,数据处理的类型和任务,第,1,章 绪 论,1.1 数据采集的意义与任务 1.2 数据采集系统的基本功能,第,1,章 概 论,1.1,数据采集的意义与任务,1.数据采集的定义,指采集温度、压力、流,量等模拟量，转换成数,字量，由计算机进行存,储、处理、打印的过程。,相应系统称为数据采集系统。,数据采集,第1章 概 论1.1 数据采集的意义与任务 1.数据采集,1.1,数据采集的意义与任务,2.,数据采集的意义,在生产过程中，对工艺参数进,行采集、监测，为提高质量，,降低成本，提供信息。,在科学研究中，用来获取微观、,动静态信息。,解决靠人不能解决的问题。,作用,意义：,1.1 数据采集的意义与任务 2.数据采集的意义 在生产,3.,数据采集系统的任务,有,采集传感器输出的模拟信号，并转,换成数字信号，然后送入计算机。,系统计算机对数字信号进行处理。,1.1,数据采集的意义与任务,例如，物体的运动数据记录、处理。,提高工作效率，取得较好的经济,效益。,结果：,3.数据采集系统的任务有采集传感器输出的模拟信号，并转,1.1,数据采集的意义与任务,5.,构成数据采集系统的依据,保证系统具备,采样精度,的条件下，有,尽可能高的,采样速度,，以满足实时处理、,控制的要求。,4.,评价数据采集系统性能优劣的标准,标准有,系统的,采样精度,。,系统的,采样速度,。,1.1 数据采集的意义与任务 5.构成数据采集系统的依据,第,1,章 概 论,1.2,数据采集系统的基本功能,数据采集系统一般具有以下功能：,1.,采集数据,按照采样周期，对模拟、数字、开关信号采样。,2.,模拟信号处理,模拟信号,指信号幅值随时间连续变化,的信号。,第1章 概 论1.2 数据采集系统的基本功能 数据采集系,特点：,在规定的一段连续时间内，其幅值,为连续值。,优点：,便于传送。,缺点：,易受干扰。,信号,类型,由传感器输出的电压信号,由仪表输出的电流信号,010mA,420mA,1.2,数据采集系统的基本功能,特点：在规定的一段连续时间内，其幅值优点：便于传送。缺点：易,信号,处理,将采样信号,将转换的数字信号作标度变换,3.,数字信号处理,数字信号,指在有限离散瞬时上取值间,断的信号。,特点：,时间和幅值都不连续的信号。,1.2,数据采集系统的基本功能,数字信号,信号将采样信号将转换的数字信号作标度变换3.数字信号处,优点：,抗干扰能力强,缺点：,需要一套转换电路，增加成本。,传送方式,并行传送,串行传送,信号处理：,将数字信号采入计算机后，进,行码制转换。如,BCD,ASCII,，,便于在屏幕上显示。,1.2,数据采集系统的基本功能,优点：抗干扰能力强缺点：需要一套转换电路，增加成本。传送方式,4.,开关信号的处理,开关信号,由按钮、行程开关等器件触,点产生的信号。,信号处理：,根据开关的状态执行相应的操作。,5.,二次数据计算,概念,一次数据,二次数据,从传感器采集的数据。,对一次数据作计算得到,的数据。,1.2,数据采集系统的基本功能,4.开关信号的处理 开关信号由按钮、行程开关等器件触信号,1.2,数据采集系统的基本功能,二次数据,平均、累计,傅里叶变换、积分变换,变化率、差值,最大值、最小值,6.,屏幕显示,将数字、图形、图表等显示在屏幕上。,7.,数据存储,按时间间隔，将数据存储在外部存储器。,1.2 数据采集系统的基本功能 二次数据平均、累计6.屏幕,8.,打印输出,按时间间隔，打印输出数字、图形。,9.,人机联系,操作人员用键盘或鼠标与系统对话，,完成运行方式的设置。,1.2,数据采集系统的基本功能,8.打印输出按时间间隔，打印输出数字、图形。9.人机联,1.3,数据采集系统的结构形式,系统组成,硬件,软件,结构形式,微型计算机数据采集系统,集散型数据采集系统,第,1,章 概 论,1.3 数据采集系统的结构形式 系统组成硬件结构形式,1.3,数据采集系统的结构形式,1.,微型计算机数据采集系统,系统的结构如图,1.1,所示。,1.3 数据采集系统的结构形式 1.微型计算机数据采集,1.3,数据采集系统的结构形式,传感器,图1.1 微型计算机数据采集系统,放大,器,采,样,/,保,持,器,传感器,传感器,传感器,A,/,D,转,换,器,计,算,机,显示器,打印机,绘图机,定时与逻辑控制,传感器,传感器,接口,被,测,物理量,数字信号,开关信号,多路开关,1.3 数据采集系统的结构形式 传感器图1.1 微型计算,系统,组成,传感器 将非电量转换为电信号。,多路开关 分时切换各路模拟量与,采样保持器的通路。,程控放大器 对模拟信号进行放大。,采样/保持器 保持模拟信号电压。,A/D转换器 将模拟信号转换为数字,信号。,接口电路 将数字信号进行整形电,平调整。,1.3,数据采集系统的结构形式,系统传感器 将非电量转换为电信号。多路开关 分,时序图如图,1.2,所示。,1.3,数据采集系统的结构形式,(1),(2),(3),(4),(5),一个工作周期,多路开关,放大器,采样保持,AD转换,数据总线,图1.2 数据采集系统工作时序,1.2,s,6,s,t,AD,启动脉冲,时序图如图1.2所示。1.3 数据采集系统的结构形式(,系统特点,结构简单，易实现,对环境要求不高,系统成本低,集散型的基本单元,模板齐全，易组成系统,2.,集散型数据采集系统,系统结构如图,1.3,所示,1.3,数据采集系统的结构形式,系统特点结构简单，易实现2.集散型数据采集系统 系统结构,1.3,数据采集系统的结构形式,图1.3 集散型数据采集系统,模拟量输入,模拟量输入,模拟量输入,数字量输入,数字量,输入,数字量输入,RS-485,RS-485,生产,现场,生产,现场,生产,现场,数据,采集,站,数据,采集,站,数据,采集,站,通信接口,上位机,1.3 数据采集系统的结构形式 图1.3 集散型数据采集,数据采集站一般是由单片机数据采集装,置组成，位于生产设备附近，可独立完,成数据采集和预处理任务，还可将数据,以数字信号的形式传送给上位机。,数据采集站与上位机之间通常采用异步,串行传送数据。数据通信通常采用主从,方式，由上位机确定与哪一个数据采集,站进行数据传送。,1.3,数据采集系统的结构形式,它由若干个“数据采集站”和一台上位机,及通信线路组成。,数据采集站一般是由单片机数据采集装数据采集站与上位机之间通常,系统特点,适应能力强,可靠性高,实时性好,对硬件要求不高,1.3,数据采集系统的结构形式,系统特点适应能力强1.3 数据采集系统的结构形式,1.5,数据处理的类型和任务,处理,类型,按处理方式,实时（在线）处理,事后（脱机）处理,按处理性质,预处理,剔除误差,标度变换,二次,处理,微分、积分,傅里叶变换,第,1,章 概 论,1.5 数据处理的类型和任务 处理按处理方式实时（在线,1.5,数据处理的类型和任务,处理任务,对采集信号作标度变换,消除数据中的干扰,分析计算数据中的内在特征,对采集到的电信号作标度变换,将没有明确物理意义的电压信号，转,换为原来对应的物理量。,1.5 数据处理的类型和任务 处理任务对采集信号作标度变,消除数据中的干扰信号,消除在数据的采集、传送和转换过程,中，由于系统内部和外部干扰而在数据中,混入干扰信号，以保证采样精度。,分析计算数据的内在特征,对采集到的数据进行变换计算，以得,到能表达采样数据内在特征的二次数据。,1.5,数据处理的类型和任务,消除数据中的干扰信号 消除在数据的采集、传送和转换过,例如，在研究振动时，由于频谱更能,说明振动波形对机械结构所产生影响，因,此，常对采集到的振动信号作傅里叶,（,FFT,）变换，得出振动波形的频谱。,1.5,数据处理的类型和任务,例如，在研究振动时，由于频谱更能1.5 数据处理的,1.6,学习重点和方法,1.,学习重点:,数据采集的基本理论、概念。,数据采集理论的运用。,数据采集程序的设计。,第,1,章 概 论,1.6 学习重点和方法1.学习重点:数据采集的基本,1.6,学习重点和方法,2.学习方法,认真听课,注意记笔记,积极回答问题,勤于思考，注意灵活应用,基本理论解决实际问题,独立完成各章作业,提高编程能力,1.6 学习重点和方法2.学习方法认真听课,教 学 内 容,第2章 模拟信号的处理,第4章 测量放大器,1,3,第3章 模拟多路开关,2,4,第1章 概论,5,第5章 采样保持器,6,第6章 模数转换器,第8章 数据采集接口卡,9,第9章 数字信号的采集,教 学 内 容 第2章 模拟信号的处理第4章 测量放大器13,