数据采集系统
数据采集SCADA系统
数据采集SCADA系统数据采集系统是指为了实现对数据的采集、传输、处理和存储等功能而设计的一种系统。
SCADA系统（Supervisory Control and Data Acquisition，监控与数据采集系统）是一种用于对工业过程进行监控和控制的系统，它通过数据采集来实时监测和分析工业过程，并通过控制指令对工业设备进行远程操作。
在数据采集SCADA系统中，数据采集是一个关键环节，它主要通过传感器、仪表和设备接口来获取现场数据。
传感器可以是温度传感器、压力传感器、流量传感器等，它们可以实时采集现场的温度、压力、流量等参数，并将数据传输给数据采集系统。
仪表是用于测量和记录设备的工艺参数，如液位仪表、流量仪表等，它们可以实时监测设备的运行状态，并将数据传输给数据采集系统。
设备接口是用于将设备和数据采集系统连接起来的接口，如Modbus接口、OPC接口等，它们可以实现设备数据的传输和交互。
数据采集系统不仅要能够实时采集现场数据，还要能够将采集到的数据进行处理和存储。
数据处理主要涉及数据的清洗、校验、转换和计算等过程，以提高数据的质量和准确性。
数据存储主要通过数据库来实现，它可以将采集到的数据按照特定的格式进行存储，并提供查询和分析功能，以支持后续的数据处理和决策。
在实际应用中，数据采集SCADA系统通常还需要具备以下功能：1.实时监控和控制：可以通过图形界面实时显示监控参数，并可对设备进行远程操作和控制，如开关机、调节参数等。
2.历史数据分析：可以对历史数据进行分析和统计，以发现设备运行的趋势和异常情况，并提供相应的预警和报警功能。
3. 报表生成和导出：可以根据用户的需求生成各种报表，并支持导出为Excel、PDF等格式。
4.可靠性和安全性：系统要有高可靠性和安全性，能够实时备份和恢复数据，同时要有权限管理和防火墙等机制，以保护数据的安全。
5.扩展性和兼容性：系统要支持模块化设计和接口扩展，以适应不同场景和设备的需求，并能与其他系统进行数据交互和集成。
1-2数据采集系统
(4)数/模转换器DAC的工作原理
数/模转换器的作用是将数字量D经过解码电 路变换成模拟电压输出。
－UR
R a R bR
c
I1 2R
I2 2R
I3
2R
2R
I4 2R
S1
S2
S3
S4
Rf
B1
B2
B3
－
B4
I∑
Usc
＋
四位数/模转换器原理图 （T形解码网络）
四个电子开关S1~S4，分别受输入的四位数字量B1~B4控 制。当该位为0时，电子开关与地接通；当该位为1时，对应的 电子开关与运算放大器的负端接通。流向运算放大器的总电流 反应了四位数字量的大小，它经过带负反馈电阻Rf运算放大器 变换成模拟电压Usc输出。
（1）ADC变换方式－－直接将模拟 量转换为数字量。
（2）VFC变换方式－－将模拟量变 换为等幅脉冲。通过脉冲记数变换为数 字量。
作业：
1、什么叫采样？ 什么是采样周期？什 么是采样频率？如何计算采样频率和 采样周期？
2、什么叫采样定理？ 3、模数变换有哪两种方式？
二、ADC式数据采集系统 图1-5 P10
（4）光电隔离器：用以完成电信号的耦合和传递， 并达到两侧电信号在电气上的隔离、绝缘目的。
（5）计数器（为或88225453计数器）对脉冲进行计数
2、VFC转换的基本原理（电荷平衡式V/F转换电路）
（1）V/F电路的结构 运算放大器A1和R、C组成积分器，A2为零电压比较
器，开关S受单稳定时器控制。单稳定时器的输出经三极管T 放大后，变为脉冲信号输出。
A/D芯片的转换速度 ：
即模数转换器完成一次将模拟量转换为数字
量所用的时间要短
数据采集及信息集成系统设计与应用
数据采集及信息集成系统设计与应用随着信息化时代的到来，数据已经成为了企业决策和运营的核心资源之一。
数据的采集、整合和利用对于企业的发展至关重要。
在这个背景下，数据采集及信息集成系统应运而生，成为了企业进行数据管理和决策的重要工具之一。
本文将重点讨论数据采集和信息集成系统的设计及应用。
一、数据采集系统数据采集是指将各种形式的数据获取、收集汇集到一起的过程，并组织为可供系统使用的数据。
数据采集系统是指为了获取数据并进行处理的管理和控制系统。
数据采集系统既可以是硬件设备，也可以是软件系统。
在企业应用中，数据采集系统通常包括传感器、数据采集仪器等硬件，以及数据采集软件、数据库等软件系统。
数据采集系统的设计需要考虑到数据来源的多样性、数据传输的可靠性和数据存储的灵活性等因素。
数据采集系统的应用领域非常广泛，例如在工业生产中可以用于获取生产设备的运行状态数据，提供实时监控和预警功能；在电商行业可以用于采集用户的行为数据，进行用户行为分析和个性化推荐；在农业领域可以用于采集农作物的生长状态数据，提供精准的农业生产指导等。
数据采集系统的设计和应用需要根据具体的应用场景进行定制，以满足不同领域对数据需求的多样性和复杂性。
二、信息集成系统信息集成系统是指将来自不同数据源的数据进行整合和融合，形成统一的信息资源，为企业决策和业务运营提供支持的系统。
信息集成系统的核心功能包括数据清洗、数据转换、数据整合和数据分发等。
信息集成系统通常包括数据集成服务器、数据仓库、ETL工具、数据治理工具等组件。
信息集成系统的应用可以帮助企业打破数据孤岛，实现数据资源的共享和集中管理。
将来自不同部门、不同系统的数据进行整合和加工，为企业提供全面、准确的数据支持，提高了企业的决策效率和运营效果。
信息集成系统也可以帮助企业进行数据分析和挖掘，在海量数据中发现有价值的信息和规律，为企业提供决策的科学依据。
在实际应用中，数据采集系统和信息集成系统通常是紧密结合在一起的。
数据采集系统实例
实例三：工业自动化数据采集系统
总结词
生产过程监控、设备维护预警、生产数 据分析
VS
详细描述
工业自动化数据采集系统通过各种传感器 和通讯协议，实时收集生产线上各种设备 的运行状态、工艺参数和产量等信息。系 统对收集到的数据进行处理和分析，提供 生产过程监控、设备维护预警和生产数据 分析等功能。这些功能有助于提高生产效 率、减少故障停机时间并优化产品质量。
数据采集系统还需要遵循相关的法律法规和伦理规范，确保数据的合法性和合规性。
高并发数据采集与处理
总结词
随着数据量的不断增加，高并发数据采集与 处理成为数据采集系统面临的重要挑战。
详细描述
为了应对高并发数据采集与处理的挑战，数 据采集系统需要采用分布式架构和负载均衡 技术，以提高系统的可扩展性和处理能力。 同时，还需要优化数据存储和计算性能，提 高数据处理的效率和质量。此外，数据采集 系统还需要具备实时数据处理的能力，以满 足业务对数据处理速度的需求。
03
数据采集系统的技术挑 战与解决方案
数据安全性与隐私保护
总结词
数据安全性与隐私保护是数据采集系统面临的重要挑战，需要采取有效的技术措施来确 保数据的安全和隐私。
详细描述
数据采集系统需要采取一系列的安全措施来保护数据的安全性和隐私。这包括对数据进 行加密、访问控制、审计跟踪等，以确保数据不被未经授权的人员访问和使用。同时，
恢复数据的传输和处理。
04
数据采集系统的未来发 展趋势
人工智能与数据采集系统的融合
要点一
总结词
要点二
详细描述
随着人工智能技术的不断发展，数据采集系统将更加智能 化，能够自动识别、分类和整理数据，提高数据质量和处 理效率。
数据采集系统基本组成
动态范围：某个物理量的变化范围。信号的动态范围是指信号的最大幅值和最小幅值之比的分贝数。采集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最大幅值Vimax与最小幅值Vimin之比的分贝数，动态范围：
瞬时动态范围：对大动态范围信号的高精度采集时，某一时刻系统所能采集到的信号的不同频率分量幅值之比的最大值，即幅值最大频率分量的幅值Afmax与幅度最小频率分量的幅值Afmin之比的分贝数。瞬时动态范围：
参考地单端测量系统(Referenced Single-End，RSE)：也叫做接地测量系统，被测信号一端接模拟输入通道，另一端接系统地AIGND。
无参考地单端测量系统(NRSE)：信号的一端接模拟输入通道，另一端接一个公用参考端，但这个参考端电压相对于测量系统的地来说是不断变化的。
几种信号输入方式的特点 差分输入 可避免接地回路干扰 可避免因环境引起的共模干扰 NRSE 可避免接地回路干扰 RSE 最简单，若信号满足下列条件，可选择RSE输入
低速USB设备在插口端必须要有一个带有串行A口连接器的可控制电缆，速率为1.5Mb/s。当电缆与设备相连时，在D+/D-线上必须要有一个200～450PF的单终端电容器。低速电缆的传播时延必须小于18ns，从而保证信号响在其上升沿或下降沿的第一个中点处产生，以允许电缆与一块电容器相连。
微弱信号检测方法
提高信号检测灵敏度或降低可检测下限的基本方法： 从传感器及放大器入手：降低固有噪声水平、研制新的低噪声传感器。 分析测量中的噪声规律和信号规律，通过各种手段从噪声中提取信号。 对传感器的基本要求是：测量范围宽，线性好，灵敏度高，噪声低，谱段宽，响应快，寿命长，便于匹配，均衡稳定。用于弱信号检测的传感器，首要要求是高灵敏度、低噪声。
只有一个数据期，FRAME#信号在没有等待周期的情况下，在地址期(读操作应在交换周期)过后即撤销。
智能仪器第7章 数据采集系统
20nA
20nA 20nA
40ns
40ns\ 40ns
40us
40us 40us
双向三路 单选一
双向单十 六选一 双向双八 选一
±7.5V
±7.5V ±7.5V
≤30mA
≤30mA ≤30mA
7.4 数据采集系统设计
1 系统设计考虑的因素 数据采集系统设计要根据测试对象及系统的技术指标，主要考虑下列因素。 1.1 输入信号的特征 在输入信号的特性方面主要考虑：信号的数量，信号的特点，是模拟量还是数字 量，信号的强弱及动态范围，信号的输入方式，信号的频带宽度，信号是周期信号还 是瞬态信号，信号中的噪声及其共模电压大小，信号源的阻抗等等。 1.2 对数据采集系统性能的要求 1.2.1 系统的通过速率 系统的通过速率通常又称为系统速度、传输速率、采样速率或吞吐率，是指单位 时间内系统对模拟信号的采集次数。 1.2.2 系统的分辨力 系统的分辨力是指数据采集系统可以分辨的输入信号最小变化量。 1.2.3 系统的准确度 系统准确度是指当系统工作在额定通过速率下，系统采集的数值和实际值之间的 接近程度，它表明系统误差的总和。 1.3 接口特性 接口特性包括采样数据的输出形式，数据的编码格式，与什么数据总线相接等。
2 模拟电路的误差
2.1 模拟开关导通电阻RON的误差 模拟开关存在一定的导通电阻，信号经过模拟开关会产生压降。模拟开关 的负载一般是采样/保持器或放大器。显然，开关的导通电阻越大，信号在开 关上的压降越大，产生的误差也越大。 2.2 多路模拟开关泄漏电流IS引起的误差 如果信号源的内阻小，泄漏电流影响不大，有时可以忽略。如果信号源内 阻很大，而且信号源输出的信号电平较低，就需要考虑模拟开关的泄漏电流的 影响。一般希望泄漏电流越小越好。 2.3 采样保持器衰减率引起的误差 如果衰减率大，在A/D转换期间保持电压减小，影响测量准确度。一般选 择漏电流小的聚四氟乙烯等优质电容，可以使衰减率引起的误差忽略不计。 2.4 放大器的误差 数据采集系统往往需要是用放大器对信号进行放大并规一化。放大器是 系统的主要误差来源之一。其中有放大器的非线性误差、增益误差，零位误差 等。在计算系统误差时必须把它们考虑进去。
数据采集系统实施方案
数据采集系统实施方案一、引言。
随着信息化时代的到来，数据已经成为企业运营和决策的重要支撑。
而数据采集系统作为获取数据的重要手段，对于企业来说显得尤为重要。
本文将介绍数据采集系统的实施方案，旨在帮助企业高效地获取所需数据，提升运营效率和决策水平。
二、系统需求分析。
1. 数据获取需求，系统需要能够从各种数据源中获取数据，包括但不限于数据库、文件、接口等。
2. 数据清洗需求，获取的数据往往存在质量不一的情况，系统需要具备数据清洗功能，保证数据的准确性和完整性。
3. 数据存储需求，系统需要提供可靠的数据存储方案，确保数据安全和可靠性。
4. 数据分析需求，系统需要支持对采集的数据进行分析，提供数据可视化和报表功能，帮助企业进行数据决策。
三、系统实施方案。
1. 技术选型，针对数据采集系统的需求，我们选择采用成熟的数据采集工具，如Apache Nifi、Kettle等，结合企业自身的技术栈和业务需求进行选择。
2. 数据源接入，系统需要支持多种数据源的接入，因此需要针对不同的数据源编写相应的数据采集程序或脚本，确保数据能够被高效地获取。
3. 数据清洗与转换，获取的数据往往需要进行清洗和转换，以满足业务需求。
我们将采用数据清洗工具对数据进行清洗和转换，确保数据的质量和准确性。
4. 数据存储与管理，系统将数据存储在企业的数据仓库中，同时对数据进行管理和备份，确保数据的安全和可靠性。
5. 数据分析与报表，系统将提供数据分析和报表功能，帮助企业对数据进行分析和决策，提升运营效率和决策水平。
四、系统实施步骤。
1. 确定需求，与业务部门充分沟通，明确数据采集系统的需求和目标。
2. 技术选型，根据需求和企业实际情况，选择合适的数据采集工具和技术。
3. 系统设计，设计数据采集系统的架构和流程，包括数据源接入、数据清洗、数据存储和数据分析等环节。
4. 开发与测试，根据系统设计，进行数据采集程序和脚本的开发，同时进行系统的测试和调优。
数据采集系统原理
数据采集系统原理
数据采集系统是一种用于收集和记录各种数据的系统。
其原理是通过各种传感器、设备和计算机程序来获取数据，并将其存储和处理以供后续分析和应用。
数据采集系统的工作原理包括以下几个步骤：
1. 传感器选择和安装：根据所需采集的数据类型，选择适当的传感器并安装在被监测的对象或环境中。
常见的传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光传感器等。
2. 信号转换和处理：传感器将物理量转换为电信号，然后经过放大、滤波和模数转换等处理，将信号转换为数字形式以方便后续处理。
这一步骤还可以进行数据校验和纠错等操作，以提高数据的准确性和可靠性。
3. 数据存储和传输：采集到的数据可以通过有线或无线通信方式传输给数据采集系统的中央处理单元。
中央处理单元将数据存储在数据库中，以便后续的查询和分析。
数据存储可以采用关系型数据库或者分布式文件系统等方式。
4. 数据处理和分析：数据采集系统可以对采集到的数据进行实时处理和分析，以提取有用的信息并进行决策支持。
常见的数据处理方法包括数据清洗、数据挖掘、统计分析和机器学习等。
5. 数据可视化和报表生成：将数据处理结果以可视化的方式展示出来，可以通过图表、图形和报表等形式展示给用户。
数据
可视化可以帮助用户更直观地理解和分析数据，从而做出相应的决策。
总之，数据采集系统通过传感器获取数据，经过信号转换和处理后存储和传输数据，然后通过数据处理和分析提取有用的信息，并通过数据可视化展示给用户。
这样的系统在许多领域，如工业监控、环境监测和物联网等方面具有广泛的应用。
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采用电压加速度传感器，可测量振动信号的加速度，速度和位移，还可测量电压信
号和转速信号，采样频率为1Hz-10KHz。北京众人精密测控技术公司的产品F-5000
系列笔记本专用数据采集控制器，具有程控增益，通道扩展，0.2%的精度等特点，
但分立率不超过12位。
2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。
显示部分，为了从单片机上直接了解当前采集信号的信息和机器状态，可在单片机上安装数码管或液晶屏。数码管只能显示一些数字信息，很难从这些数字了解机器的状态。液晶显示模块是一种常用的人机界面，其在单片机系统中应用极为广泛。液晶显示模块既可显示字符，又可显示简单图形。液晶屏种类繁多常用的液晶屏有只显示英语字母和数字的1602和能显示汉字和图形的12864和160128等。
数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的信号，并送入计算机，然后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测，其中一些数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。
数据采集系统的市场需求量大，特别是随着技术的发展，可用数据器为核心构成一个小系统,而目前国内生产的主要是数据采集卡，存在无显示功能、无记忆存储功能等问题，其应用有很大的局限性，所以开发高性能的，具有存储功能的数据采集产品具有很大的市场前景。
数据采集器是目前工业控制中应用较多的一类产品，数据采集器的研制已经相
当成熟，而且数据采集器的各类不断增多，性能越来越好，功能也越来越强大。
在国外，数据采集器已发展的相当成熟，无论是在工业领域，还是在生活中的
应用，比如美国FLUKE公司的262XA系列数据采集器是一种小型、便携、操作简单、
使用灵活的数据采集器，它既可单独使用又可和计算机连接使用，它具有多种测量
基于单片机数据采集系统的发展趋势及未来前景：
单片机与FPGA、DSP等高速器件相比，运行速度有较大差距，因此基于单片机的数据采集系统采样速率与基于DSP的数据采集系统的采样速率有较大差距，但随着一些高速单片机和一些高速器件的出现，这方面的差距会减小。在一此生产和实验过程中，要求将采集数据通过较长距离的通信将数据传输出去并远程控制采样方式以便及时地了解生产和实验情况，目前单片机在这方面技术还不是很成熟。很多数据采集系统工作时所处的环境较恶劣如：高温、高压、高酸、高碱等，这些都会对数据采据集系统的运行和寿命产生影响，需进一步提高单片机数据采集系统的抗环境的能力。基于单片机的数据采集系统正朝着高精度、高采样速率、远距离通信、低功耗、高性价比、高可靠性和抗恶劣环境方向发展。
基于单片机的数据采集电路主要包括模/数信号调理电路、单片机最小系统电路、A/D转换电路、显示电路、通信电路等，如下图所示。
整体硬件框图
单片机技术，在信号采集系统中，单片机控制整个系统工作，将采集到的数据传输到上位机，若上位机有反馈信息、指令，单片机收到上位机发来指令后还需对外围设备进行相关的控制。常用的单片机有MSC51系列单片机、PIC系列单片机、AVR系列单片机，各系列单片机都有自己的特点。51系列单机应用非常广泛，有很多电气公司推出了与51单片机兼容的单片机如ATMEL公司的AT89S51、PHILIS公司系列的单片机、Silicon出品的C8051系列单片机。以现在常用的AT89C51为例：AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes可编程的Flash只读存储器，器件采用高密度、非易失性存储技术生产，集成有Flash程序存储器，既可在线编程又可用传统的方法编程。PIC单片机采用CISC结构，寄存器组采用RAM结构形式，只需要一个周期就可以完成访问与操作，具有指信令少、指行速度快、低电压、低功耗的优点。AVR单片机的特点是带编程能力程序存储器，增加了很多特殊功能的外设，适合于多种应用。目前单片机种类发展较快，型号繁多，要根据设计不同系统的功能的要求选择不同的单片机，一般来说控制关系较简单的小家电，可以采用RISC型单片机，控制关系比较复杂的场合，如通信产品、工业控制系统可CISC单片机。
12.2.12-12.4.7毕业实习，了解和熟悉课题相关内容。
12.4.7-12.4.16根据课题的要求,查阅文献,画出硬件电路原理图和PCB
随着电子技术的迅速发展，，一些高性能的电子芯片不断推出，为我们进行电子系统设计提供的更多的选择和更多的方便，单片机具有体积小、低功耗、使用方便、处理精度高、性价比高等优点，这些都使得越来越广泛的选用单片机作为数据采集系统的核心处理器。一些高性能的A/D转换芯片的出现也为数据采集系统的设计提供了更多的方便，无论是采集精度还是采样速度都比以前有了较大的提高。其中一些知名的大公司如MAXIM公司、TI公司、ADI公司都有推出性能比效突出的A/D转换芯片，这些芯片普通具有低功耗、小尺寸的特点，有些芯片还具有多通道的同步转换功能。这些芯片的出现，不仅因为芯片价格便宜，能够降低系统设计的成本，而且可以取代以前繁琐的设计方法，提高系统的集成度。
A/D转换器，能够把模拟量转换成数字量的元器件称为A/D转换器,包括单片机在内的微机所能识别的都是数字量，然而在现实生活中的物理量都是一些模拟量，必须经过A/D转换器才能转换成数字量。A/D转换器的主要特性参数有分辩率、转换时间、通道数、采样速率等。目前市场上A/D转换器有很多种，性能和价格差别很大。A/D转换器按转换方式分可分为并行式模数转换器、连续逼近式模数转器、连续计数式模数转器、双斜率式模数转换器，根据数据的输出方式分可分为并行输出的A/D转换器、并行输出的A/D转换器。并行式模数转换器的转换速度最快、连续逼近式模数转器次之、连续计数式模数转器和双斜率式模数转换器转换速度最慢。随着电子技术的发展，一些知名大公司推出了性能比效突出的A/D芯片，这些芯片普通具有低功耗、小尺寸的特点，转换精度较高。在选择A/D转换器时，应根据数据采集系统的应用范围和A/D芯片的价格选择A/D芯片，也可以选择一些片内集成有A/D转换器的单片机如AVR mega16、C8051F020等。
厂研制的HZ-9609数据采集器/振动分析仪，它采用中文显示，直观醒目，操作简
单方便，采用先进的微电脑技术，工作可靠，采用高性能电池，体积小，重量轻，
便于现场使用，采用频谱分析技术和故障诊断技术，是进行数据采集，完成设备状
态分析和故障诊断技术，是进行数据采集，完成设备状态分析和故障诊断的得力助
手，它可以与微机通讯，建立设备状态数据库，对连接设备进行更精细的状态分析，
随着数据采集系统在各行各业的迅速发展与应用，为了满足某个特定方面对于数据采集与分析、处理的需求，数2）基于单片机的数据采集系统，（3）基于DSP数字信号微处理器的数据采集系统（4）基于混合型计算机的采集系统。基于单片机的数据采集系统具有如下特点：①最佳的性价比，即系统的软硬件应用/配置比接近于1，②系统性能可靠性好，使用方便，程序运行在ROM中，不会爱外界的干扰面破坏③在中低端数据采集领域，单片机是使用最为广泛的微控制器④便于学习及系统组合。
单片机与PC机的通信，单片机通常是通过串行通信方式将信息传到PC机上，串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并—串转换转换成串行方式，再逐位经传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式以供接收方使用。串行通信要求具有规范的数据格式、传输时序等，随着集成电路技术的发展，这些控制逻辑已经被集成到一个芯片中，使得串行数据通信的实现比效容易。常用的串行传输类型有：RS-232串行通信接口、RS-442串行通信接口、RS-485串行通信接口等，它们在传输距离、抗干扰性、技术成熟性等方面性能不同，可根据数据采集器的具体应用选择不同的通信方式。
设计一套新型的数据采集系统,采用单片机作为中心控制单元,应用高精度并行A/D转换芯片和8通道故障保护模拟开关实现8路数据采集,采用EEPROM器件模拟I2C时序进行暂时的数据存储,待存储的数据足够多的时候将历史数据通过单片机串行口存储在上位机文件中。这样用户可以在上位机上编写各种程序或者利用其他应用软件对文件中的数据进行有效查询和分析,有利于工业过程的长期正常运行和检查。
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也可使用9-16V直流供电，交直流电源还可同时使用，断电时可自动切换至直流。
RS232接口为标准配置，可用于向计算机传输数据和控制，的数据可随时通过接口