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数据采集与处理
数据采集与处理
教师：孙霞
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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
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数据采集与处理
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 ——
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1.1 数据采集的意义与任务
2,数据采集的意义
① 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。
② 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：
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3,数据采集系统的任务
有
① 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。
② 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：
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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 。
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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。
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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
① 由传感器输出的电压信号
② 由仪表输出的电流信号 0～ 10mA
4～ 20mA
1.2 数据采集系统的基本功能
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信号
处理
① 将采样信号
② 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
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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
① 并行传送
② 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
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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
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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。
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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
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1.3 数据采集系统的结构形式
系统组成
① 硬件
②软件
结构形式
① 微型计算机数据采集系统
②集散型数据采集系统
第 1章 概 论
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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。
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数据采集与处理
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
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系统
组成
① 传感器 — 将非电量转换为电信号。
② 多路开关 — 分时切换各路模拟量与
采样／保持器的通路。
③ 程控放大器 — 对模拟信号进行放大。
④ 采样 /保持器 — 保持模拟信号电压。
⑤ A/D转换器 — 将模拟信号转换为数字
信号。
⑥ 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
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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
A／ D转换
数据总线
图 1.2 数据采集系统工作时序
1.2?s
6?s
tAD
启动脉冲
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系统特点
① 结构简单，易实现
②对环境要求不高
③系统成本低
④集散型的基本单元
⑤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
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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
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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。
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系统特点
① 适应能力强
②可靠性高
③实时性好
④对硬件要求不高
1.3 数据采集系统的结构形式
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1.5 数据处理的类型和任务
处理
类型
① 按处理方式
实时（在线）处理
事后（脱机）处理
② 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
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1.5 数据处理的类型和任务
处理任务
① 对采集信号作标度变换
②消除数据中的干扰
③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。
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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
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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
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1.6 学习重点和方法
1,学习重点,
① 数据采集的基本理论、概念。
② 数据采集理论的运用。
③ 数据采集程序的设计。
第 1章 概 论
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1.6 学习重点和方法
2,学习方法
① 认真听课
②注意记笔记
③积极回答问题
④勤于思考，注意灵活应用
基本理论解决实际问题
⑤独立完成各章作业
⑥提高编程能力
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教 学 内 容
第 2章 模拟信号的处理
第 4章 测量放大器
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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
８ 第 8章 数据采集接口卡
9 第 9章 数字信号的采集