多通道数据采集与分析系统的构建要诀
多路数据采集系统设计
摘要在日常科研和生活中，出于安全、方便等方面的需要，在很多工程及研究领域都需要用到数据采集器的产品。
多路数据采集器是集计算机技术、电子技术一体化高科技产品，具有安全性高，使用方便等优点。
经过不断的发展，单片机以其体积小、功能强和价格低廉的优点，广泛地应用于家电、工业过程控制、仪器仪表、智能武器、航空和空间飞行器等领域。
本文以单片机的功能、特性和使用方法为基础，介绍了多路数据采集系统的工作原理和特点，硬件电路设计，软件的设计和调试，以及PCB 板的具体制作。
本文从经济实用的角度出发，以ATMEL 公司所生产的89 系列单片机AT89S52为核心设计多路数据采集系统。
该系统包含系统硬件和软件两大部分。
硬件部分包含单片机主控电路、模数转换电路、显示电路。
系统软件设计包含多路数据采集主程序、温度采集子程序。
在程序设计时使用单片机C语言，并用Keil C51 软件进行编译和软硬件仿真。
在硬件电路制作过程中，使用Protel 99SE 设计制作PCB 板，然后分别对各部分电路焊接，再进行性能和功能测试。
该数据采集系统具有数据采集、数据处理、数据显示等功能，其结构简单、成本低，具有一定的市场前景。
关键词：主控电路；温度采集；电压采集；显示电路；制作调制AbstractIn daily scientific research and life,Stemming from safe, is convenient and so on the aspect need,All need to use in very many projects and the research area to the data acquisition product。
The multichannel data acquisition is collection computer technology, the electronic technology integration high tech product,Has the security to be high,Merit and so on easy to operate。
多路数据采集系统
• 由于设计上失误，没有加上补偿电压，所 以只能做到输出电平在0.44-4.4v之前的电 压输出。但是在调试的过程中输出电压偏 大，在2KHz的正弦波输入之下，输出电压 为10.47V。猜测F/V转换输出电压过大的原 因有：1.LM331管脚2的比较电过小; 2.LM358工作不正常。
实物制作方面，由于自身动手能力有限， 实物制作的部分完成情况不是很好，采集 及串口传输方面都存在问题，导致显示部 分不能正常显示。 谢谢观看！
6.调试及存在问题
• 经过调试后，多路数据采集系统已经基本上的能满足使用 要求。信号发生模块能成功的产生正弦波，ADC0809的 数据采集精度达到了0.01V，满足系统的要求。
• 同时串口传输数据已经达到较小的误差，使用数据无误可 用。接收显示模块的数据接收，处理，显示已经显示功能 的切换已经达到预期的计划。正设计已经基本达到题目的 要求，但是还有一些问题需要进行修改更正，双机通信不 成功，只能借助计算机作为中介进行数据传输；显示功能 还存在一些小瑕疵，不能让人觉得满意；F/V转换模块的 输出电压范围换模块
运算放大器LM358采用了负反馈的电路连接方式。 同时R7=R6，所以放大增益A=1+R7/R6=2,然后通过调节电位器RP2 从而最终达到输出电压在1-5V的范围内。
3.A/D转换模块的电路设计
对A/D转换结果的读出采用查询方式，即每次通过写信号启动A/D转换后， 立即查询状态标志，一旦发现EOC呈高电平，表明A/D转换结束，将数据读入 89S52的RAM区。由于ADC0809为8位，因此对0～5V的信号采集精度为 5/255=0.0192≈0.02V/级，可以满足题目提出的精度要求。采集通道与单片机 的P2口连接，由程序控制输出采集通道。
多通道数据采集系统的使用与配置
多通道数据采集系统的使用与配置现代科技的快速发展使得各种数据的采集和处理变得愈加重要和复杂。
在许多领域，需要采集多个信号源或传感器的数据，以便进行分析和决策。
为了满足这样的需求，多通道数据采集系统应运而生。
一、多通道数据采集系统的概述多通道数据采集系统是一种集成多个采集通道的设备，用于采集和存储多个信号源的数据。
这些信号源可以是各种传感器、仪器或其他设备产生的模拟或数字信号。
多通道数据采集系统不仅能够采集数据，还能进行数据处理、分析和存储，为用户提供完整的解决方案。
二、多通道数据采集系统的配置配置一套多通道数据采集系统需要考虑以下几个方面：1. 硬件配置：选择适合实际需求的多通道数据采集硬件设备，包括采集卡、传感器和连接线等。
根据信号源和采集频率的不同，可以选择不同型号和规格的硬件设备。
2. 软件配置：多通道数据采集系统通常配套有专门的软件进行数据采集、处理和分析。
根据实际需求选择适合的软件，并进行相应的配置和参数设置。
3. 连接配置：将数据采集硬件设备与计算机或其他设备进行连接，并确保连接稳定和可靠。
根据实际情况选择合适的连接方式，如USB、PCI等。
4. 电源配置：多通道数据采集系统需要稳定的电源供应，因此需要考虑电源的配置和接口的选择，以确保设备的正常运行。
三、多通道数据采集系统的使用使用多通道数据采集系统可以采集和处理多个信号源的数据，为用户提供更全面的信息和更准确的分析结果。
使用多通道数据采集系统可以应用于多个领域，如医学、工程、环境监测等。
在医学领域，多通道数据采集系统可以用于采集和分析心电图、脑电图、血压等生理信号，用于监测和诊断疾病。
多通道数据采集系统的高精度和高灵敏度使得医生可以更准确地判断患者的病情，并做出相应的治疗方案。
在工程领域，多通道数据采集系统可以用于采集和分析各种工程测量信号，如温度、压力、流量等。
多通道数据采集系统的可靠性和稳定性使得工程师可以更好地了解和控制工程过程，提高产品质量和生产效率。
多路数据采集系统方案word参考模板
`数据采集系统1、系统方案选择和论证1.1题目要求1.1.1基本要求1.1.2发挥部分1.2系统基本方案1.2.1各模块电路的方案选择及论证1.2.2系统各模块的最终方案2、系统硬件设计与实现2.1系统硬件模块关系2.2 主要单元电路的设计2.2.1正弦信号发生器设计2.2.2F/V变换部分设计2.2.3信号采集部分处理2.2.4通信模块部分设计2.2.5数据地址显示电路设计3、系统软件设计3.1主单片机程序3.1.1主机发送子程序3.1.2主机数据处理子程序3.1.3主机显示子程序3.1.4主机主程序3.2从单片机程序3.2.1数据采集子程序3.2.2从机中断接受子程序3.2.3从机子程序4、系统测试附录1：产品使用说明附录2：元件清单参考文献1. 系统方案选择和论证1.1.1基本要求设计一个八路数据采集系统，系统原理框图如下：主控器能对50米以外的各路数据，通过串行传输线（实验中用1米线代替）进行采集的显示和显示。
具体设计任务是：（1）现场模拟信号产生器。
（2）八路数据采集器。
（3）主控器。
二、设计要求1．基本要求（1）现场模拟信号产生器：自制一正弦波信号发生器，利用可变电阻改变振荡频率，使频率在200Hz～2kHz范围变化，再经频率电压变换后输出相应1～5V直流电压（200Hz对应1V，2kHz对应5V）。
（2）八路数据采集器：数据采集器第1路输入自制1～5V直流电压，第2～7路分别输入来自直流源的5，4，3，2，1，0V直流电压（各路输入可由分压器产生，不要求精度），第8路备用。
将各路模拟信号分别转换成8位二进制数字信号，再经并/串变换电路，用串行码送入传输线路。
（3）主控器：主控器通过串行传输线路对各路数据进行采集和显示。
采集方式包括循环采集（即1路、2路……8路、……1路）和选择采集（任选一路）二种方式。
显示部分能同时显示地址和相应的数据。
2．发挥部分（1）利用电路补偿或其它方法提高可变电阻值变化与输出直流电压变化的线性关系；（2）尽可能减少传输线数目；（3）其它功能的改进（例如：增加传输距离，改善显示功能）。
多路信号采集显示系统设计与实现
多路信号采集显示系统设计与实现多路信号采集显示系统是一种可以同时采集和显示多个信号的系统。
该系统的设计与实现包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计方面，首先需要确定系统需要采集和显示的信号种类和数量。
根据需求确定选择合适的传感器和采集模块来采集信号。
传感器可以根据信号类型选择压力传感器、温度传感器、湿度传感器等。
采集模块包括模数转换模块和信号放大器等。
根据采集的信号数量选择适当的多路开关和多路模数转换芯片。
对于高频信号需要使用射频开关和射频放大器。
在硬件设计中还需要考虑信号的采样率和分辨率。
根据信号的频率和精度要求选择合适的采样率和模数转换器的分辨率。
采集模块的输出接口一般选择USB接口或以太网接口，方便与计算机进行数据传输。
软件设计方面，系统可以通过上位机进行控制和数据显示。
可以使用LabVIEW、C++、Python等编程语言编写相应的软件程序。
软件程序需要实现信号采集、数据处理和显示功能。
信号采集功能包括对不同信号的采集设置和数据存储。
数据处理功能包括滤波、放大和数字转换等处理方式。
数据显示功能可以实现实时数据显示、曲线显示和报警功能等。
系统设计和实现中需要注意的问题包括信号的隔离和干扰抑制。
多路信号采集时，可能会存在信号之间的互相影响和噪声干扰。
可以采用隔离放大器、滤波器和屏蔽技术来解决这些问题。
系统需要有适当的电源和地线设计，以确保系统的稳定性和可靠性。
多路信号采集显示系统的设计与实现需要综合考虑硬件和软件两个方面，根据信号的种类和数量选择合适的硬件设备，并编写相应的软件程序进行信号采集、处理和显示。
在设计和实施过程中需要注意信号的隔离和抗干扰措施，以确保系统的准确性和稳定性。
多路信号采集显示系统设计与实现
多路信号采集显示系统设计与实现
多路信号采集显示系统是指通过多个输入通道对不同的信号进行采集，并将采集到的
信号通过显示器或其他方式进行展示的一种系统。
这种系统可以应用于多个领域，如医疗
诊断、环境监测、工业控制等。
在设计多路信号采集显示系统时，需要考虑到以下几个方面：
1. 信号采集模块的设计：信号采集模块是整个系统的核心部件，它需要具备多通道
输入、高精度采集、滤波放大等功能。
根据采集的信号类型和要求，可以选择不同类型的
采集芯片和滤波放大电路进行设计。
2. 控制模块的设计：控制模块主要任务是对采集模块进行控制，例如配置采集参数、启动/停止采集等。
此外，还需要考虑到控制模块与采集模块之间的通信方式和传输速率
等问题。
3. 数据处理与存储模块的设计：在采集到信号后，需要对采集到的数据进行处理和
存储，以便后续的分析和应用。
对于数据处理方面，可以选择使用单片机、FPGA等芯片进行处理；对于数据存储方面，可以选择使用内存、SD卡等存储介质。
4. 显示模块的设计：最后一步是将采集到的信号显示出来。
显示模块可以选择使用
液晶显示屏、LED数码管等不同的方式进行显示，并可以进行数据可视化处理。
在实际的系统实现中，可以采用模块化设计的方式，将不同的模块分别进行设计和测试，最后进行整合并进行系统测试。
在测试过程中，需要对系统的可靠性、精度和稳定性
等方面进行评估和测试，以确保整个系统的正常运行和满足应用的要求。
总之，多路信号采集显示系统是一种复杂的系统，需要进行系统化的设计和测试，以
确保其在实际应用中的高效性和可靠性。
多路数据采集系统设计
多路数据采集系统设计
多路数据采集系统设计通常包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计方面，需要考虑以下几个方面：
1. 数据采集模块：根据需要选择合适的模拟输入、数字输入或其他类型的传感器模块，并进行连接。
2. 信号调节：如果传感器输出的信号不符合需求，需要将其进行放大、滤波、隔离或其他调节。
3. 数据转换：将模拟信号转换为数字信号，可以采用模数转换芯片。
4. 多路信号复用：如果同时需要采集多个信号，可以使用多路复用器或多个采集模块。
5. 电源供应：为各个模块提供稳定的电源供应。
6. 通信接口：设计合适的通信接口，如串口、网络接口等，以方便数据传输。
7. 数据存储：选择合适的存储设备，如内存、硬盘、SD卡等，以存储采集到的数据。
软件设计方面，需要考虑以下几个方面：
1. 采集控制：编写控制程序，通过控制硬件模块的工作方式、采样时序和频率等参数，实现多路数据的同时采集。
2. 数据读取：编写数据读取程序，从硬件模块中读取采集到的数据，并进行处理。
3. 数据处理：对采集到的数据进行滤波、校正、分析等处理，以提取有用的信息。
4. 数据存储：将处理后的数据存储到合适的存储设备中，以便后续分析和使用。
5. 用户接口：设计合适的用户界面，以方便用户对系统进行操作和监视。
综上所述，多路数据采集系统设计需要综合考虑硬件和软件两个方面，确保系统能够稳定、高效地采集和处理多路数据。
多通道数据采集系统的设计与实现
多通道数据采集系统的设计与实现近年来，随着科技的不断发展和数据的迅速增长，对于多通道数据采集系统的需求越来越迫切。
多通道数据采集系统旨在通过多个输入通道同时采集、传输和处理多组数据，以满足大规模数据采集和处理的需求。
本文将详细介绍多通道数据采集系统的设计与实现。
1. 系统需求分析在设计多通道数据采集系统之前，首先要明确系统的需求。
根据具体的应用场景和目标，我们需要确定以下几个方面的需求：1.1 数据采集范围：确定需要采集的数据范围，包括数据类型、数据量和采集频率等。
这将直接影响系统的硬件选择和设计参数。
1.2 数据传输和存储要求：确定数据传输和存储的方式和要求。
例如，是否需要实时传输数据，是否需要数据缓存和压缩等。
1.3 系统的实时性要求：确定系统对数据采集和处理的实时性要求。
根据实际应用场景，可以确定系统对数据延迟和响应时间的要求。
1.4 系统的可扩展性：考虑系统的可扩展性，以满足未来可能的扩展需求。
这包括硬件和软件的可扩展性。
2. 系统设计在需求分析的基础上，我们进行多通道数据采集系统的设计。
系统设计主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
2.1 硬件设计根据需求分析中确定的数据采集范围和要求，我们选择合适的硬件设备进行数据采集。
常用的硬件设备包括传感器、模拟信号采集卡和数字信号处理器等。
2.2 传感器选择根据需要采集的数据类型，选择合适的传感器进行数据采集。
不同的传感器适用于不同的数据类型，如温度传感器、压力传感器、光传感器等。
2.3 采集卡设计针对多通道数据采集系统的特点，我们需要选择合适的模拟信号采集卡进行数据采集。
采集卡应具备多个输入通道，并能够同时采集多个通道的数据。
2.4 数字信号处理器设计针对采集到的模拟信号数据，我们需要进行数字信号处理。
选择合适的数字信号处理器进行数据处理，如滤波、采样和转换等。
2.5 软件设计针对系统的需求和硬件的设计，我们需要进行软件设计，以实现数据采集、传输和处理。
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独立
/ch型多通道测试应用的典型需求
信号调理
- 任何信号 - 任何传感器
模块化
定时和同步
数据记录分析 与管理
- 数据流盘 - 处理和分析 - 数据挖掘 - 数据显示和报 表生成
- 灵活自定义 - 集中式 - 混合信号测量 - 分布式 - 可扩展
/china
对数据的描述属性进行 参数搜索以查找数据
/china
41
NI DIAdem
为技术员、工程师和研究人员 所设计的离线数据处理软件
内置多种分析工具 提供数据搜索与数据挖掘功能，不需 要其他昂贵支出 简单灵活地访问数据库与数据文件 (/dataplugins) 无需编程交互式数据分析与报表生成 (PDF, HTML …) 基于VBScript的自动处理
CompactDAQ机箱
• • • • 通过USB/Ethernet/Wifi与PC连接 NI-STC3同步与定时技术 单槽/四槽/八槽可选 坚固、宽温、抗冲击
C系列模块
• • • •
/china
超过50种I/O选择 涵盖静态和动态测试 分辨率可达24Bit 采样率可达1MS/s
16
可独立运行CompactDAQ机箱
传感器
输入信号
数据采集
分析
显示/报告
V
输出信号 V
信 号 调 理
A/D D/A DIO TIO
/china
4
大型多通道测试应用的典型需求
信号调理
- 任何信号 - 任何传感器
模块化
定时和同步
数据记录分析 与管理
- 数据流盘 - 处理和分析 - 数据挖掘 - 数据显示和报 表生成
- 集中式 - 灵活自定义 - 混合信号测量 - 分布式 - 可扩展
/china
24
同步的分类 – 按同步的基准
精度
10-12 sec
10-9 sec
PXI 多机箱 基于信号
IRIG-B
GPS
基于时间
10-6 sec
10-3 sec
sec
<10-4m
10-2m
100m
101m
102m
地域跨度
103m
104m
105m
Global
/china
25
/china
26
举例: 波音飞机噪声测试系统
824 通道动态信号同步采集
/china
27
基于时间的同步
•
NTP (网络时间协议)
•
使用时间参考（通常是一个NTP服务器）在以太网上进行 时钟同步的协议 自主的将所有的时钟与Grandmaster时钟进行同步 补偿网络的传输延迟 PPS (Pulse Per Second)
/china
5
大型多通道测试应用的典型需求
信号调理
- 任何信号 - 任何传感器
模块化
定时和同步
数据记录分析 与管理
- 数据流盘 - 处理和分析 - 数据挖掘 - 数据显示和报 表生成
- 集中式 - 灵活自定义 - 混合信号测量 - 分布式 - 可扩展
/china
6
什么情况下需要信号调理？
基于信号的多机箱同步
NI PXI-6651 NI PXI-6652
Master 1 NI PXI-6653
NI PXI-6653 NI PXIe-6672 NI PXIe-6674T
• •
Slave 1 NI PXI-6651
•
板载OCXO提高整个系统稳定性 任意机箱的任意两个通道在1kHz时 相位误差小于0.1° 多达上万个通道!
39
NI 数据存储和数据挖掘的解决方案
TDM形式的 数据的采集和存储 文件存储
DataFinder 用来 数据挖掘 检索数据
数据分析和报表生成
NI DIAdem 数据管理软件
/china
40
NI DataFinder ——“Google” 你的测试数据
“Google式” 的关键字搜索
同步数据采集
可重配置数据采集
24bit, 高达 118dB
/china
最高10MS/s/ch同步数据采集
15
带有FPGA，可进行板载 预处理
CompactDAQ数据采集系统
C Series I/O
PC
Chassis (NI-STC3)
C Series I/O C Series I/O
NI CompactDAQ
热电偶 NI PXIe-4353 32通道 24位分辨率
RTD NI PXIe-4357 20通道
带隔离的模拟 输入 NI PXIe-4300 250kS/s 300Vrms CAT II隔离
0.09 °C精度
/china
12
大型多通道测试应用的典型需求
信号调理
- 任何信号 - 任何传感器
PXI Express进一步增强了触发与同步特性: 100MHz系统差分参考时钟; 差分星型触发总线
•
系统参考时钟
• • •
•
星形触发总线
• •
/china
21
简易的编程开发
NI DAQmx驱动对同步系统开发的良好支持 丰富的同步应用范例
多板卡多通道数据采集
单通道数据采集
/china
/china
31
大型多通道测试应用的典型需求
信号调理
- 任何信号 - 任何传感器
模块化
定时和同步
数据记录分析 与管理
- 数据流盘 - 处理和分析 - 数据挖掘 - 数据显示和报 表生成
- 灵活自定义 - 集中式 - 混合信号测量 - 分布式 - 可扩展
/china
32
高速数据流盘支持
NI 8260 内置PXI Express磁盘阵列 4-drive 200 MB/s 读写速度 1TB总存储容量
NI HDD-8263 NI HDD-8264 NI HDD-8265 12-drive 750 MB/s 持续读写速度 最大24TB总容量
/china
PXI数据采集
信号调理
/china
10
SC Express融合数据采集与信号调理
1
高精度
最高 24-bit resolution Delta-Sigma A/D 抗混叠滤波 / 每通道
2
高带宽
PXI Express 动态测量 独立ADC每通道
3
高性能同步
100 MHz 板载参考时钟 ns级同步
o
•
IEEE 1588
• •
•
GPS (Global Positioning System)
•
一个PPS信号只是每一秒输出一个脉冲，并不包含特定的时间、 日期或者是年的信息 一秒长的帧包含秒、分钟、日以及状态信息
•
IRIG-B
o
/china
28
NI提供的基于时间的同步模块
•
可以使用以下任何一个信号进行 PXI同步:
模块化
定时和同步
数据记录分析 与管理
- 数据流盘 - 处理和分析 - 数据挖掘 - 数据显示和报 表生成
- 灵活自定义 - 集中式 - 混合信号测量 - 分布式 - 可扩展
/china
13
模块化数据采集
• •
•
• •
可灵活自定义 采集多种信号，同时满足动态与静态测试需求 根据采集需求，选择合适模块 易于升级 集成其它总线和第三方设备
o o
PXI背板同步 多机箱主从同步
•
同步精度较高 基于时间的同步
o o
•
分布式系统
•
GPS同步 IEEE 1588
•
地域跨度较大
/china
30
长江门户第一桥：长江隧桥
全长25.58公里的 “南隧北桥”工程 • PXI系统构成5套工作站，实 现：
•
•
•
124路应变、80路疲劳、48路 加速度、54路温度等多通道采 集 GPS系统进行同步
22
案例: 飞机羽流噪声定量测试
90个麦克风组成的2D阵列实现近场声 全息测试(NAH)系统 • 另有50路参考麦克风信号输入 • 多块NI PXI-4496组成的同步系统
•
/china
23
多机箱同步
基于信号
两种方式
通过物理连线共享时钟和触发信号
基于时间
通过IEEE 1588, GPS, IRIG-B等协议共享时间基 准 基于基准生成事件, 触发和时钟
4
易使用
统一的DAQmx 驱动 简易配置 模块与端子自动识别
/china
11
SC Express融合数据采集与信号调理
基于电桥的测 量 NI PXIe-4330 25 kS/s 24位分辨率 0.02% 精度
基于电桥高速 测量 NI PXIe-4331 102.4 kS/s 24位分辨率 0.02% 精度
• • • •
GPS IEEE 1588 IRIG-B PPS 信号
•
• •
支持GPS天线 TCXO, 1 ppm 板上时钟 NI PXI-6682H与最新PXIe-6674T配 合使用可进一步提高精度
NI PXI-6682
/china
29
小结: 多通道信号采集的同步
•
集中式系统
•
基于信号的同步
•
•
使难以测量的信号易于测量
提高测量精度，确保安全性
信号调理
包含噪音的小电压信号 滤波和放大后的信号
可直接连接传感器 • 某些传感器需要特定激励
•
/china