传感器数据采集
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5. 二次数据计算
一次数据 — 从传感器采集的数据。
概念
二次数据 —
对一次数据作计算得到 的数据。
二次数据
1.2 数据采集系统的基本功能
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。
相应系统称为数据采集系统。
1.1 数据采集的意义与任务
2. 数据采集的意义
作用
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。
意义： 解决靠人不能解决的问题。
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。
结果：
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
信号 处理
①将采样信号
→ 数字信号
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
①适应能力强 ②可靠性高 ③实时性好 ④对硬件要求不高
第1章 概 论
1.5 数据处理的类型和任务
处理 类型
①按处理方式 ②按处理性质
实时（在线）处理
事后（脱机）处理 剔除误差
预处理 标度变换
二次 微分、积分 处理 傅里叶变换
处理任务
1.5 数据处理的类型和任务
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
系统结构如图1.3所示
1.3 数据采集系统的结构形式
上位机
数据 采集
站
模拟量 输入
生 产 现 场
通信接口
RS-485
RS-485
数据 采集
站
数据 采集
站
数字量 输入
模拟量 输入
数字量 输入
模拟量 输入
生
生
产
产
现
现
场
场
图1.3 集散型数据采集系统
数字量 输入
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。
提高工作效率，取得较好的经济 效益。
3. 数据采集系统的任务
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。
有
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
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。
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。
一个工作周期
启动脉冲 (1)
多路开关 (2)
放大器 采样／保持 A／D转换
数据总线
1.2
(3)
s
6s
(4)
tAD
(5)
图1.2 数据采集系统工作时序
1.3 数据采集系统的结构形式
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
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
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。
数据采集与处理
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 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 概 论
1.1 数据采集的意义与任务
1. 数据采集的定义 数据采集 ——
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。
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。
系统
Biblioteka Baidu
③程控放大器— 对模拟信号进行放大
组成
。
④采样/保持器— 保持模拟信号电压。
⑤A/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
时序图如图1.2所示。
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 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。
第1章 概 论
1.6 学习重点和方法
1. 学习重点:
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
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 。
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
系统特点
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。
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 为连续值。
优点：
便于传送。
缺点： 易受干扰。
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
多路开关
传感器
传感器
传感器
被
测
物
传感器
理
量
… …
放大
器
采
A
样
/
/
D
保
转
持
换
计
器
器
算
定时与逻辑控制
机
传感器
数字信号
接
传感器
开关信号
口
图1.1 微型计算机数据采集系统
显示器 打印机 绘图机
1.3 数据采集系统的结构形式
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。
第1章 概 论
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
1.3 数据采集系统的结构形式
一次数据 — 从传感器采集的数据。
概念
二次数据 —
对一次数据作计算得到 的数据。
二次数据
1.2 数据采集系统的基本功能
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。
相应系统称为数据采集系统。
1.1 数据采集的意义与任务
2. 数据采集的意义
作用
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。
意义： 解决靠人不能解决的问题。
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。
结果：
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
信号 处理
①将采样信号
→ 数字信号
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
①适应能力强 ②可靠性高 ③实时性好 ④对硬件要求不高
第1章 概 论
1.5 数据处理的类型和任务
处理 类型
①按处理方式 ②按处理性质
实时（在线）处理
事后（脱机）处理 剔除误差
预处理 标度变换
二次 微分、积分 处理 傅里叶变换
处理任务
1.5 数据处理的类型和任务
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
系统结构如图1.3所示
1.3 数据采集系统的结构形式
上位机
数据 采集
站
模拟量 输入
生 产 现 场
通信接口
RS-485
RS-485
数据 采集
站
数据 采集
站
数字量 输入
模拟量 输入
数字量 输入
模拟量 输入
生
生
产
产
现
现
场
场
图1.3 集散型数据采集系统
数字量 输入
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。
提高工作效率，取得较好的经济 效益。
3. 数据采集系统的任务
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。
有
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
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。
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。
一个工作周期
启动脉冲 (1)
多路开关 (2)
放大器 采样／保持 A／D转换
数据总线
1.2
(3)
s
6s
(4)
tAD
(5)
图1.2 数据采集系统工作时序
1.3 数据采集系统的结构形式
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
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
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。
数据采集与处理
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 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 概 论
1.1 数据采集的意义与任务
1. 数据采集的定义 数据采集 ——
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。
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。
系统
Biblioteka Baidu
③程控放大器— 对模拟信号进行放大
组成
。
④采样/保持器— 保持模拟信号电压。
⑤A/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
时序图如图1.2所示。
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 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。
第1章 概 论
1.6 学习重点和方法
1. 学习重点:
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
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 。
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
系统特点
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。
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 为连续值。
优点：
便于传送。
缺点： 易受干扰。
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
多路开关
传感器
传感器
传感器
被
测
物
传感器
理
量
… …
放大
器
采
A
样
/
/
D
保
转
持
换
计
器
器
算
定时与逻辑控制
机
传感器
数字信号
接
传感器
开关信号
口
图1.1 微型计算机数据采集系统
显示器 打印机 绘图机
1.3 数据采集系统的结构形式
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。
第1章 概 论
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
1.3 数据采集系统的结构形式