第8章——数据采集(1)
第8章 数据采集控制系统的设计
ST3
ALE<='0' START<='0' OE<='0' LOCK<='0' CEN<='0'
图8.4 ADC0809工作时的状态转换图
第8章
数据采集控制系统的设计与分析
2．转换后数据的BCD码转换处理 表8.1是在ADC0809的基准电压(Vref)为5.12 V时， 模拟输入电压与输出电压的对应关系表，其中最小电 压准位是5/28=5/256=0.2 V。 这样，当由ADC0809的D[7..0]收到的数据信号是
转换为8位数字量DATA。
第8章
数据采集控制系统的设计与分析
(2) 输入数据与通过预置按键输入数据采集控制器 内的标准数据相减，求得带极性位的差值±ΔU(数字 量)；差值之绝对值送至DAC0832转换为ΔU，它和特 定的极性判别电路共同输出±ΔU。 (3) 数据采集和处理均在数据采集系统控制器的管
SIGNAL V: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
SIGNAL HB，LB: STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0); SIGNAL C30，C74，C118: STD_LOGIC;
SIGNAL TEMPA ， TEMPB ， TEMPC: STD_LOGIC_VECTOR(4
第8章
数据采集控制系统的设计与分析
图8.2 数据采集系统总体组成原理图
第8章
数据采集控制系统的设计与分析
8.2.2 A/D转换控制模块ADZHKZ的设计 1．ADC0809模数转换的控制 ADC0809是CMOS的8位A/D转换器，片内有8路模 拟开关，可控制8个模拟量中的一个进入转换器中。 ADC0809的分辨率为8位，转换时间约100 μs，含锁存
《大数据导论》复习资料
《大数据导论》课程期末复习资料《大数据导论》课程讲稿章节目录：第1章大数据概述（1）大数据的概念（2）大数据的特征（3）大数据的数据类型（4）大数据的技术（5）大数据的应用第2章大数据采集与预处理（1）大数据采集（2）大数据预处理概述（3）数据清洗（4）数据集成（5）数据变换（6）数据规约第3章大数据存储（1）大数据存储概述（2）数据存储介质（3）存储系统结构（4）云存储概述（5）云存储技术（6）新型数据存储系统（7）数据仓库第4章大数据计算平台（1）云计算概述（2）云计算平台（3）MapReduce平台（4）Hadoop平台（5）Spark平台第5章大数据分析与挖掘（1）大数据分析概述（2）大数据分析的类型及架构（3）大数据挖掘（4）大数据关联分析（5）大数据分类（6）大数据聚类（7）大数据分析工具第6章大数据可视化（1）大数据可视化概述（2）大数据可视化方法（3）大数据可视化工具第7章社交大数据（1）社交大数据（2）国内社交网络大数据的应用（3）国外社交网络大数据的应用第8章交通大数据（1）交通大数据概述（2）交通监测应用（3）预测人类移动行为应用第9章医疗大数据（1）医疗大数据简介（2）临床决策分析应用（3）医疗数据系统分析第10章大数据的挑战与发展趋势（1）大数据发展面临的挑战（2）大数据的发展趋势一、客观部分：（单项选择、多项选择）（一）、单项选择1.以下不是NoSQL数据库的是（）A.MongoDBB.HBaseC.CassandraD.DB2★考核知识点:NoSQL与NewSQL主流系统参考讲稿章节：3.7附1.1.1（考核知识点解释）：目前市场上主要的NoSQL数据存储工具有：BigTable、Dynamo 、Hbase、MongoDB、CouchDB、Hypertable还存在一些其他的开源的NoSQL数据库，Neo4j、Oracle Berkeley DB、Apache Cassandra等另外，NewSQL数据库。
第8章 大数据技术及应用
第8章 大数据技术及应用
8.1 大数据应用概述 8.2 大数据的采集 8.3 大数据的存储与处理 课后习题八
第8章 大数据技术及应用
. 8.1 大数据应用概述
. 8.1.1 大数据的概念与意义
1. 大数据的概念 大数据(Big Data)指无法在一定时间范围内用常规软件 工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，是需要新处理模式 才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、 高增长率和多样化的信息资产，如购物网站的消费记录。这 些数据只有进行处理整合才有意义。
第8章 大数据技术及应用
8.3.2 大数据数据处理技术概述 大数据处理的流程主要包括四个环节：采集、导入(预
处理)、统计(分析)和挖掘。下面针对这四环节进行简单阐述。 1. 采集 大数据的采集是指利用多个数据库来接收发自客户端
(Web、App或传感器形式等)的数据，并且用户可以通过这 些数据库来进行简单的查询和处理工作。
1. 互联网大数据 互联网上的数据每年增长50%，每两年便将翻一番。互 联网数据中心(Internet Data Center，IDC)预测，到2020年， 全球将总共拥有35 ZB的数据量。
第8章 大数据技术及应用
2. 政务大数据 政务大数据是政府部门在对整个社会活动进行管理的过 程中产生并使用的各类巨量数据，包括工业数据、农业数据、 工商数据、纳税数据、环保数据、海关数据、土地数据、房 地产数据、气象数据、金融数据、信用数据、电力数据、电 信数据、天然气数据、自来水数据和道路交通数据等各种数 据以及针对个人的人口、教育、收入、安全刑事案件、出入 境数据、旅游数据、医疗数据、教育数据和消费数据等各种 数据。
第8章 大数据技术及应用 课后习题八
第八章测量系统分析-1
第八章测量系统分析（Measurement Systems Analysis，MSA）一、有关术语及定义1、测量系统——一套组装的并适用于特定量在规定区间内给出测得值信息的一台或多台测量仪器，通常还包括其他装置，诸如试剂和电源。
1）一个测量系统可以仅包括一台测量仪器。
注：测量系统——是用来获得测量结果的整个过程。
▲2、测量仪器（计量器具）——单独或与一个或多个辅助设备组合，用于进行测量的装置。
1）一台可单独使用的测量仪器是一个测量系统。
2）测量仪器可以是指示式测量仪器，也可以是实物量具。
3、测量设备——为实现测量过程所必需的测量仪器、软件、测量标准、标准物质、辅助设备或其组合。
4、示值——由测量仪器或测量系统给出的量值。
5、示值误差——测量仪器示值与对应输入量的参考量值之差。
6、分辨力——引起相应示值产生可察觉到变化的被测量的最小变化。
7、显示装置的分辨力——能有效辨别的显示示值间的最小差值。
8、仪器偏移——重复测量示值的平均值减去参考量值。
9、测量仪器的稳定性——测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。
简称稳定性。
稳定性可用几种方式量化：1）用计量特性变化到某个规定的量所经过的时间间隔表示。
2）用计量特性在规定时间间隔内发生的变化表示。
10、仪器漂移——由于测量仪器计量特性的变化引起的示值在一段时间内的连续或增量变化。
1）仪器漂移既与被测量的变化无关，也与任何认识到的影响量的变化无关。
11、影响量引起的变差——当影响量依次呈现两个不同的量值时，给定被测量的示值差或实物量具提供的量值差。
1）对实物量具，影响量引起的变差是影响量呈现两个不同值时其提供量值间的差值。
12、影响量——在直接测量中不影响实际被测的量，但会影响示值与测量结果之间关系的量。
例：1）用安培计直接测量交流电流恒定幅度时的频率。
2）测量某杆长度时测微计（千分尺）的温度。
13、测量重复性——在一组重复性测量条件下的测量精密度。
简称重复性。
第8章 多重共线性：解释变量相关会有什么后果
Yi A1 A2 X 2 i A3 (300 2 X 2 i ) ui
A1 300 A3 A2 2 A3 X 2 i ui
令
C1 A1 300 A3 C 2 A2 2 A3
ˆ ˆ X ˆ X ˆ 3t X 3.12 31.2 1t 32.1 2t
• 利用以上偏回归系数，３个变量之间的偏相关系数 可定义如下：
ˆ ˆ r12.3 12.3 21.3
ˆ ˆ r13.2 13.2 31.2
ˆ ˆ r23.1 23.1 32.1
案例分析 一、研究的目的要求
提出研究的问题——为了规划中国未来国内旅游产业 的发展，需要定量地分析影响中国国内旅游市场发展 的主要因素。
二、模型设定及其估计
影响因素分析与确定——影响因素主要有国内旅游 人数 X 2，城镇居民人均旅游支出 X 3，农村居民人均
旅游支出 X 4 ，并以公路里程次 X 5 和铁路里程
8.7鸡肉需求函数[方程（8.15）]的共线性诊断 1.相关矩阵
鸡肉需求函数[方程（8.15）]的共线性诊断 2.辅助回归
8.8 如何解决多重共线性：补救措施
• • • • • • 从模型中删掉一个变量 获取额外的数据或新的样本 重新考虑模型 参数的先验信息 变量变换 其他补救措施
（1）从模型中删掉一个变量
留该变量。
若新变量的引入未能改进 R 2 和 F 检验，且对其他回 归参数估计值的t 检验也未带来什么影响，则认为该 变量是多余变量。 若新变量的引入未能改进 R 2 和 F 检验，且显著地影 响了其他回归参数估计值的数值或符号，同时本身的 回归参数也通不过t 检验，说明出现了严重的多重共 线性。
第8章ioserver数据采集系统
第八章 IOServer数据采集系统介绍IOServer数据采集系统的相关知识教您如何创建IOServer应用介绍IOServer应用的四个组成部分介绍IOServer运行器8.1概述KingSCADA的采集系统是指负责和现场设备进行通讯，并采集现场数据和控制现场数据的模块，称之为采集器，也叫IOServer应用。
IOServer应用有设备、变量、链路、网络配置、采集模型、非线性表、存储配置七部分组成。
IOServer依赖于IOServer驱动，通过驱动与IO设备进行通讯。
通讯链路：通讯链路是指计算机通过什么途径和设备进行连接。
链路类别：串口、以太网、OPC。
设备：是通过串口、接口板等方式与KingSCADA的数据采集系统进行数据信息交换的外部数字设备，包括可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）、回路控制器、远程终端单元（RTU）、智能仪表、板卡、变频器等等。
IOServer运行的时候，可以与OPC服务器、DDE服务器通讯，采集服务器上的数据。
采集系统由服务器、组、数据项组成。
服务器：服务器对象（Server）拥有服务器的所有信息，同时也是组对象（Group）的容器。
组对象（Group）拥有本组的所有信息，同时包容并逻辑组织OPC数据项（Item）。
OPC组：OPC组对象（Group）提供了客户组织数据的一种方法。
客户可对之进行读写，还可设置客户端的数据更新速率。
当服务器缓冲区内数据发生改变时，OPC将向客户发出通知，客户得到通知后再进行必要的处理，而无需浪费大量的时间进行查询。
OPC规范定义了两种组对象：公共组和局部组（私有组）。
公共组由多个客户共有，局部组只隶属于一个OPC客户。
一般说来，客户和服务器的一对连接只需定义一个组对象。
数据项：在每个组对象中，客户可以加入多个OPC数据项（Item）。
8.2新建IOServer应用“新建”是为工程建立一个硬盘中不存在的“IOServer应用”。
数据采集的五种方法
数据采集的五种方法
1. 直接观察法：通过直接观察目标对象或现象来收集数据，可以是现场观察或通过视频、照片等方式进行观察。
2. 问卷调查法：通过编制问卷并分发给目标受调查对象，让其填写调查内容，然后对填写内容进行整理和分析。
3. 访谈法：通过与目标对象进行面对面的交流，提问并记录回答内容，从而收集数据。
4. 文献研究法：通过查阅相关的图书、期刊、报纸等文献资料，收集和整理其中的相关数据。
5. 实验法：通过设计并进行实验，在控制变量的条件下观察和记录实验结果，从而获得所需数据。
数据采集的工作原理
数据采集的工作原理
数据采集是指收集和获取数据的过程。
其工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 确定数据源：首先确定需要采集数据的来源，可以是网站、数据库、传感器等。
数据源的选择通常基于具体的需求和目标。
2. 确定采集方式：根据数据源的不同，采集方式也会有所区别。
常见的采集方式包括爬虫、API调用、传感器读取等，需要根
据具体情况进行选择。
3. 设计采集策略：针对具体的数据源和采集方式，需要设计采集策略，包括选择何时采集数据、选择采集的数据字段和频率等。
4. 实施数据采集：根据设计好的采集策略，开始实施数据采集工作。
这通常包括编写代码、设置参数、执行任务等。
5. 数据清洗和处理：采集到的原始数据可能存在一些错误、重复或者冗余的情况，需要进行数据清洗和处理。
这包括去除异常值、填充缺失值、合并重复数据等操作。
6. 存储和管理数据：清洗和处理后的数据需要进行存储和管理。
可以选择使用数据库、云存储等方式进行数据的存储，同时需要设立适当的策略来管理数据的备份和访问。
7. 监控和维护：数据采集是一个连续的过程，需要进行监控和
维护工作。
这包括监控采集任务的运行状态、处理异常情况、更新采集策略等。
通过以上步骤，数据采集可以实现从不同数据源中获取所需数据，并经过清洗和处理后存储起来，为后续的数据分析和应用提供基础。
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电阻温度探测器(RTD)实际上是一根特殊的导线，它的电阻随温度变 化而变化，通常RTD材料包括铜、铂、镍及镍/铁合金。RTD元件可以是 一根导线，也可以是一层薄膜，采用电镀或溅射的方法涂敷在陶瓷类材料 基底上。
• • • • • • •
精度比热电偶高 不需要冷端补偿 比热电偶昂贵 需要电流源 非线性输出，需要线性化 2路RTDs接线，简单，但要考虑接线电阻误差 3路和4路 RTD 接线，消除了接线电阻误差
5
真实信号
混叠干扰
重构信号
图中采样频率500Hz，5个 正弦波的频率分别为100Hz、 200Hz、300Hz、375Hz和 400Hz。因为100Hz、 200Hz的信号频率小于 fs/2，可以由离散信号还原 出原始的正弦波连续信号。 而300Hz、375Hz和400Hz 的信号频率都大于fs/2，故 离散信号重构原信号时形成 了频率不同于原信号频率的 6 信号，即混叠干扰。
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§ 8.3 Measurement & Automation Explorer（MAX）
为什么选择LabVIEW做数据采集？
LabVIEW是一种面向工程师的编程语言，采用图形化编 程，多线程同步运行，只需要连线就能进行软件的编制。 提供了丰富的函数库和控件，搭建软件的界面非常迅速， 一个熟练的工程师可能只需要几分钟就能搭建一个数据采 集系统。 NI的数据采集卡提供了对LabVIEW丰富且完备的支持， 驱动函数都是在底层的基础函数上进行了高度封装，用户 不需要对采集卡具体工作有深入的了解，只要掌握这些驱 动函数输入/输出端口的意义，就能进行数据采集开发。
混叠干扰
Adequately sampled
Aliased due to under-sampling
采样定理
在进行信号采样时，需要遵循采样定理：设连 续模拟信号X(t)的频谱为X(f)，以采样间隔Ts采样得 到的离散模拟信号为X(nTs)，如果X(f)和Ts满足以下 条件，离散信号X(nTs)可以完全确定频谱X(f)： X(f)有截止频率(即最高频率)fh，即当|f|≥ fh时，X(f)＝0 Ts ≤1/2fh 或 fs ≥2fh （采样频率为信号最高频率2倍以上）
2
§ 8.1 数据采集的基础知识
数据采集的任务
数据采集系统的任务，具体地说，就是采集传感器 输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信 号，然后送入计算机进行相应的计算和处理，得出 所需的数据。与此同时，将计算得到的数据进行显 示或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一 部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来 输出以控制某些物理量。 数据采集系统性能的好坏，主要取决于其精度和
时域信号
ECG Blood pressure Single-shot events Chromatograph
Байду номын сангаасDAQ卡需要考虑的指标参数
频域信号
Vibration Speech Sonar
DC 精度
分辨率 采样率 AC 和 DC 精度 触发
分辨率 采样率 AC 精度 触发 滤波器
（2）变送器/传感器
物理现象 温度 传感器 热电偶 RTD IC传感器 热敏电阻 真空管光电传感器 麦克风 应变仪 压电传感器
光 声 力和压力
热电偶
Thermocouple
• 价格较低，坚固 • 可承受高温 • 可迅速感知温度的快速变化 • 需要作冷端补偿 • 电压量很小 – 需要放大 • 输出非线性，需要冷端补偿
RTDs（Resistance Temperature Detector，电阻温度探测器）
10
量化
Amplitude 10.00 9.75 7.50 6.25 5.00 3.75 2.50 1.25 0 0 20 111 110 100 011 010 001 000 40 60 80 100 120 140 Time code width
23=8份 1份=1.25V
3-bit ADC
速度。
3
模拟信号的数字化处理
数据采集的核心过程就 是将连续的模拟信号转 换成离散的数字信号。 采样点太多，会占用大 量内存单元；采样点太 少，会使模拟信号的某 些信息被丢失，出现失 真现象。
4
采样率并非总是越高越好！
采集卡实际上是将连续 的信号按照一定的时间 间隔离散地采集，理论 上讲自然是采样率越高 越好，但是如果遇到如 右图所示的信号，采样 率过高，反而不好。 采样率过高会将噪声或 干扰信号也采集进来， 导致信号处理十分繁琐。 图中蓝点表示低采样率 绿点表示高采样率
32
29
如何配置DAQ？
除了安装LabVIEW之外，还需要安装NI公司的软件： DAQmx，现有版本NI-DAQmx9.1.7，大小：1.23G。 在启动计算机时，自动加载数据采集卡的驱动程序。 但在使用数据采集卡之前，必须先进行配置。 可运行MAX（Measurement & Automation Explorer）来对采集卡进行通道配置，如设置通道名、 输入输出类型、测量类型等等
2010年11月02日
22/32学时
剩余4次课 + 1次实验
第8章 数据采集（1）
8.1 数据采集的基础知识 8.2 数据采集系统的构成 8.3 Measurement & Automation Explorer（MAX）
1
学习方式： 课堂上以观看NI公司的相关技术视频录像 （DAQ十讲）为主。 课后，同学自己学习NI公司文档。
12
多通道采集的采样方式
循环采样
Battery 1 Battery 2
书：P184
Strain gauge 1
同步采样
Strain gauge 2
间隔采样
Temp Pressure
采样方式的选择：书：P185最后一段。
§8.2 数据采集系统的构成
粗略的构成图：
14
数据采集系统的组成：
15
（1） 被测量（信号） 信号分类
连续脉冲信号
Input: Read an optical encoder Output: Generate a square wave
DAQ卡需要考虑的指标 驱动程序的功能 分辨率 通道数 时钟频率
模拟信号
0.985 t t f
直流信号
Temperature Pressure Flow Strain
8
混叠的消除
由采样定理可知，如果要求不产生混叠干扰，首先 应使被采样信号X(t)成为有限带宽的信号。为此， 对不满足此要求的信号，在采样之前，使其先通过 模拟低通滤波器滤除高频成分，使其成为带限信号。 这种处理称为抗混叠滤波预处理。其次，应使采样 频率fs大于带限信号最高频率fh的2倍，即fs>2fh。 在实际工作中，考虑到实际的模拟低通滤波器不可 能有理想的截止特性，在其截止频率fh之后总有一 定的过渡带，故采样频率常常选为（3～4）fh，甚 至更高。
9
量 化
为了能用计算机处理信号，须将采样信号转换成数字信 号，也就是将采样信号的幅值用二进制码来表示，由于二 进制码的位数是有限的，只能代表有限个信号的电平，故 在编码之前，首先要对采样信号进行“量化”。 量化就是把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列 整倍数比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍 数来代替该幅值。这一过程称为“量化过程”，简称“量 化”。 最小数量单位称为量化单位。量化单位定义为量化器满 量程电压FSR（Full Scale Range）与2n的比值，用q FSR 表示，有： = q 2n 式中，n为量化器的位数，也就是采集卡的采样位数。
物理信号 模拟电信号
传感器
数据采集卡 （含信号调理电路）
数字电信号
计算机
（总线）
虚拟仪器软件
26
数据采集卡的功能
功 能 描 述
模拟输入 模拟输出 数字I/O
数据采集卡最基本、最常用的功能，将模拟电压信 号通过A/D转换成数字信号。常用于检测温度、压 力 、流量等传感器的输出电压信号。 通过D/A转换将自定义的数字信号转化成模拟信号 输出。常用作信号发生器为其他系统提供激励。 处理二值信号，多数采用TTL电平标准。通常用于 获取/设置数据采集系统外围设备的状态，可以利用 其与外围设备进行通信，还能驱动步进电机等。 实现定时功能，或生成数字脉冲信号，以驱动步进 电机一类的执行元器件。也能对脉冲信号计数，如 测量数字脉冲信号的频率等。
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进行DAQ配置的步骤如下：
1. 新建一个通道 2. 选择通道类型，可以选择通道类型如模拟输入、 模拟输出、数字I/O等。 3. 定义通道名。 4. 选择测量类型，如电压、电流、电阻、频率等 5. 定义单位和范围。 6. 定义刻度模式。 7. 指定DAQ设备及通道号。
31
观看录像： 1. DAQ十讲之第1讲：DAQ基础知识简介——11分钟 2. LabVIEW用于数据采集——25分钟 3. DAQ十讲之第2讲：配置管理软件MAX——15分钟 技术文档： 1. 学会NI-DAQmx中的十个函数解决80％的数据采集应用 问题.pdf 2. NI数据采集入门篇.pdf
热敏电阻
Thermistor
• 需要电流源或电压源激励 • 非线性化强烈，需要线性化 • 敏感度高 • 电阻高
应变片
Strain Gauge
• 需要电压源 • 需要桥式电路设置 • 非线性化输出，需要线性化
（3）信号调理电路 作用：
增益调理 线性化 滤波 激励信号及辅助装置 消除静态信号的影响 电压隔离 同步采样保持
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（4）模拟多路开关
模拟多路开关可以分时选通来自多个输入通道的某 一路信号，使得在一个特定的时间范围内，只允许 一路模拟信号输入到A/D转换器。因此，在多路开 关后的单元电路，如采样/保持电路、A/D及处理器 电路等，只需一套即可，这样可以降低成本，减小 设备体积。 多路开关从一个通道切换到另一个通道时会发生瞬 变现象，使输出产生短暂的尖峰电压。 模拟多路开关的源负载效应误差和串扰等因素对检 测精度有较大的影响，尤其是在信号源内阻较大的 时候，因此，信号源的内阻应该尽可能的小。