传感器原理与应用---数据分析第10讲(第7章) 数据采集系统的抗干扰设计
新型传感器的原理、应用与发展
新型传感器的原理、应用与发展（南昌大学，南昌，330031）The principle and application of new sensors(Nanchang University, Nanchang 330031, China)摘要：现代新型传感器由于具有测量精度高、动态响应快、稳定性好、抗干扰能力强、易于小型和微型化、方便与微机进行接口等优点，在温度、压力、电压、转速等检测中有着广阔应用前景。
本文简要的介绍了几种现代新型传感器的基本原理和它们在信号检测、汽车、船舶等方面的应用，以及新型传感器的发展前景。
关键词：新型传感器；原理；应用；发展前景Abstract:Modern new sensor with high measurement precision has many advantages, such as fast dynamic response、good stability、strong anti-interference ability,、easy to small and miniaturization, and its` easy to connect with microcomputer.It has a broad application prospect in the ways of temperature、pressure、voltage and speed detection. This paper briefly introduces several basic principle of modern new sensors and their applications in signal detection, automotive, Marine applications,and the prospects of the development of new sensors.Key words:new type sensor;principle;application;prospects of the development 1前言传感器是一种把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件,其实质是一种功能块,其作用是将来自外界的各种信号转换为电信号。
第三章数据采集系统基本原理
A1和A2的输出分别为V1和V2，它们可表示为
，
放大器A3具备输入平衡条件，它的输出V0表示为
闭环增益为：
由于该电路具有很高的输入阻抗和共模抑制比，许多数字地震仪的输入电路都采用了该形式的电路。
二、低噪声前置放大器
⒈对前置放大器的噪声要求
在没有信号输入（放大器入口接地）的情况下，由于内部噪声源的存在，放大器仍有输出信号，该信号即为放大器的噪声。把放大器电路输出端测得的噪声有效值 除以该电路的增益K，即得到放大器的等效输入噪声 。
图3-14DFS－Ⅴ高切滤波器电路
截止频率
fc（Hz）
R1(Ω)
R2Ω)
R3(Ω)
R4(Ω)
R5(Ω)
R6(Ω)
R7(Ω)
R8(Ω)
R9(Ω)
32
15128
15128
9416
18370
18370
46066
9550
26460
41640
64
7564
7564
4708
9185
9185
23033
4775
13230
第三章数据采集系统基本原理
第一节数据采集系统基本组成
⒈传感器:将被测的物理量转换成电压信号送至仪器输入电路。
⒉仪器输入电路：传感器与仪器之间的匹配电路，它作为传感器的输出负载必须具有足够高的输入阻抗，同时它的输出信号作为仪器的输入信号，要求它具有非常小的输出阻抗。仪器输入电路对共模干扰信号具有很强的抑制能力，即具有很高的共轭抑制比。
采样道
序号
道地址代码CAE
道地址译码器输出
04
02
01
0
1
传感技术-概念
常见物理量的分类
传感器分类表
分类法 按基本效应分 型式 物理型、化学型、 物理型、化学型、生物型 结构型 按构成原理分 物性型 混合型 能量转换型（自源型） 能量转换型（自源型） 按能量关系分 能量控制型（外源型） 能量控制型（外源型） 传感器输出量能量有外源供给， 传感器输出量能量有外源供给，但受被测量控制 说明 分别以转换中的物理效应、 分别以转换中的物理效应、化学效应等命名 以其转换元件结构参数变化实现信号转换 以其转换元件物理特性变化实现信号转换 结构性与物性型传感器组合而成的 传感器输出量直接由被测量能量转换而得
传感器的基本作用和传感器的相关名词*
传感器的功用: 一感二传，即感受被测信息， 传感器的功用: 一感二传，即感受被测信息，并传 送出去。 送出去。 传感器的基本作用体现在测量或检测上， 传感器的基本作用体现在测量或检测上，是应用传 感器的目的，也是学习本课程的目的。 感器的目的，也是学习本课程的目的。 国内曾出现过多种关于传感器名称，如发送器、 国内曾出现过多种关于传感器名称，如发送器、传 送器、变送器、检测器、探头等， 送器、变送器、检测器、探头等，这些名词是从其基本 作用来称谓的，它们的内涵相同或相似， 作用来称谓的，它们的内涵相同或相似，近来已趋向统 大都使用传感器这一名称。 一，大都使用传感器这一名称。 现实中对传感器的称谓仍有混乱，如传感器与敏感 元件的混用等。实际上它们是两个不同概念。国外对传 感器和敏感元件的概念也不统一， 常用词如Sensor、 Transducer及detector。
绪 论
----传感器及传感器技术概述 ----传感器及传感器技术概述
传感器和传感器技术的概念 传感器的工作基础 传感器的组成 传感器分类 传感器的地位与作用 传感器技术发展趋势
第3章数据处理与应用3.2数据采集与整理 高中教学同步《信息技术-数据与计算》(教案)
调研并撰写报告，主题为“物联网技术在数据采集中的应用”。请举例说明物联网技术如何改变了特定行业（如农业、制造业或医疗）的数据采集方式。
探索当前的数据安全威胁，并提出针对个人和企业的数据保护措施。
板书设计
3.2数据采集与整理
3.2.1数据采集
定义:根据需求采用适当的方法和工具获取所需数据。
目的:为数据分析及获取有价值信息奠定基础。
教学难点：
数据采集方法的选择与实施：学生可能难以理解在不同情况下如何选择最合适的数据采集方法和工具。需要通过实际案例让学生理解不同方法的适用场景和优缺点。
数据整理的技术实现：数据整理涉及具体的技术操作，如使用Python进行数据处理，这对学生来说可能较为复杂。教师需要详细解释代码逻辑并提供充足的练习机会。
数据文件：使用CSV格式的数据文件来演示数据整理的过程，让学生实际操作并观察数据处理的结果，增强学习的互动性和实用性。
多媒体内容：可能包括视频或音频材料，用于介绍数据安全的重要性、数据保护的方法等内容，以增强学生的学习兴趣和理解深度。
教学过程
教学环节
教师活动设计
学生活动设计
设计意图
活动一：
创设情境
生成问题
增强实操环节：针对学生在编程实操中的困难，应设计更多分层次的练习，从简到难逐步提升学生的编程能力。
强化数据安全教育：考虑开设专题讲座，邀请业界专家讲解最新的数据安全动态和防护技术，增强学生的数据安全实战能力。
总体来说，本章的教学达到了预期目标，但在实操能力和数据安全教育的深度上还有待提高。希望在未来的教学中能够不断优化改进，使学生能够在快速发展的数据时代中更好地适应和创新。
实践是检验真理的唯一标准。通过实际操作，学生可以将理论知识应用于实际问题中，加深理解。
应变式称重传感器设计
太原理工大学现代科技学院《传感器原理与应用》课程设计设计名称应变式称重传感器设计专业班级测控11-2学号 71姓名李玉堃同组人王鑫王海平设计日期 2015年1月太原理工大学现代科技学院注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。
应变式称重传感器设计摘要粘贴式电阻应变计广泛应用于当今高精度测力与称重传感器的制造中。
本篇文章为帮助称重传感器设计者计算出称重传感器尺寸大小，从而为获得唯一需要的输出作了充分的准备。
设计者既可以运用有限元分析法经计算机程序（如果可能）来确定称重传感器所需要的尺寸，或运用本文所提供的公式来计算此尺寸。
通过某些假设得出的这些计算公式，另外还有电阻应变计的特性、应力形式、材料特征以及机械加工的偏差都会导致计算结果的一定误差。
在批量制造称重传感器前，应制造几个样机进行组装、测试和标定。
在某些工业中，如航天工业也许只需要一次性的称重传感器，为决定其非线性、重复性和滞后等误差，在使用前对其进行标定是十分重要的。
当计算机被应用于数据处理时，非线性、零点漂移及灵敏度变化，是很容易修正的。
如果称重传感器在使用时要经历强烈的温度变化和外部附加载荷的影响，我们应进行试验并测量出这些影响量所造成的误差。
如果某部分结构（如接头、销子、压杆）用来测量或是被用作称重传感器时，标定和测试就尤为重要了。
称重传感器设计包括许多方面，这里对其制造生产不予讨论，例如，需要对电阻应变计安装技术知识的全面了解，一些电阻应变计制造商提供技术资料的同时，还应提供电阻应变计安装的分类等。
关键词：传感器，电阻应变式，称重目录第一章方案设计 (6)第二章传感器设计 (6)传感器的选择 (6)电阻应变式传感器 (7)设计分析 (8)应变片的测量电路 (8)前级放大器部分 (9)A/D转换模块 (11)控制模块 (12)显示模块 (12)键盘输入 (12)电源模块 (13)本部分总结 (14)电路原理图 (14)弹性元件的选择 (15)信号转换放大部分 (15)A/D转换部分（ICL7315） (16)单片机控制部分 (18)第三章软件设计 (18)主程序流程图 (19)第四章课设小结 (20)参考文献 (21)第一章方案设计首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。
信号的采集与处理
数单 字片 信机 号
电 平 转 换 电 路
计 算 机
数据采集系统的构成
• 传感器：将非电量转换成电信号输出。 • 调理通道：完成模拟信号的衰减、放大、隔离、滤波
、传感器激励和线性化等功能。 • 采样保持器：保证A/D转换过程中信号的稳定。 • A/D转换器：将模拟量转换成数子量。 • 单片机：进行数据采集。 • 电平转换电路：将TTL电平1转换成RS232C 2电平。 • 计算机：接收数据并进行处理。
两者区别
①模拟信号是用模拟量的电压或电流来表示的信号，时间上是连续的，幅度变 化也是连续的。 ②数字信号是通过0和1的数字串所构成的数字流来传输的，幅度变化是跳变的 。
数据采集系统的构成
一个典
物传 理感 信器 号
调 电理 信通 号道
采
电 信 号
样 保 持 器
AD 电转
Av
1
RF R1
R1一般取几十千欧。耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率fL来 确定。
C1 C3 (3 ~ 10) /(2RL fL )
调理通道
2.滤波电路
滤波可以消除噪声和不必要的干扰，噪声滤波器通常用于输入的信号是直流信号 。许多仪器信号调理模块都有合适的低通滤波器。交流信号通常需要抗失真的低通滤 波器，因为这样的滤波器有一个陡峭的截止频率，因而几乎能够完全消除高频干扰信 号。
备注: 1:晶体管-晶体管逻辑电平；2：一种串行物理接口标准
传感器
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息， 按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、 处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要 环节。
传感器的信号处理
系统默认的文件名为“MyDesign.ddb。若 要更改文件名，不要删除数据库文件的扩展名 “.ddb”。
（3）更改设计数据库文件保存的路径。
系统默认的文件保存路径为Protel 99 SE安 装时的安装路径。
（4）设置数据库文件密码，
点击“Password”标签页，进入密码设置 对话框，如下图所示。选择“YES”单选项，输入 密码及确认密码即可。
第4章传感器的信号处理
4.1 传感器信号的预处理 4.2 仪表放大器及A/D转换器的选择 4.3 传感器信号非线性校正及标度变换
4.1 传感器信号的预处理
4.1.1 数据采集系统的组成
1.传感器输出信号的特点 由于上述特点，再加上传感器在使用时所处环境因素的影
响，就完全有可能影响甚至破坏传感器及其测量系统的正常 工作。因此需要对信号进行处理。信号处理部分常常分为两 个步骤，即在对信号加工之前进行预处理。在进行预处理时， 要根据实际情况利用滤波、阻抗变化等手段将信号分离出来 进行放大。当信号足够大时，就可作信号的运算、转换、比 较、取样保持等不同的加工了。最后，一般要经过放大才能 驱动负载，或者经过模拟信号到数字信号的转换才能输入计 算机，由计算机按一定的处理要求对信号进行处理。实现模 拟信号转换成数字信号的电路系统统称为数据采集系统，而 数据采集系统中最重要的器件是模/数转换器(A/D转换器， 也称ADC)。
4.3.1 传感器信号的非线性校正
在自动检测系统中，利用传感器把被测量转换成电量时， 大多数传感器的输出电量与被测量之间的关系并非线性关系。 造成非线性的原因很多，主要有:
目前，由于数字显示技术的广泛应用，以及对测量范围 和测量精度要求的不断提高，非线性校正就显得更为现实与 迫切。
基于RS485总线的分布式高精度数据采集系统
㊀２０２１年㊀第２期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２１㊀Ｎｏ．２㊀基金项目：国家自然科学基金杰出青年基金资助项目（６１５２５１０７）收稿日期：２０２０－０３－２４基于ＲＳ４８５总线的分布式高精度数据采集系统陈㊀航１，严㊀帅２，刘㊀胜１，张会新１（１．中北大学，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原㊀０３００５１；２．北京宇航系统工程研究所，北京㊀１０００７６）㊀㊀摘要：针对分布式测试系统中物理量种类多㊁相互之间易干扰，数据需要远距离传输的要求，设计了一种基于ＲＳ４８５总线的分布式数据采集系统㊂该系统主要包含上位机㊁主控站点和被控站点，通过定制ＵＳＢ和ＲＳ４８５总线通信协议，实现了总线上４０个站点的轮询测量或单站点单通道测量㊂实验结果表明，该系统实现了数据的可靠传输，有效解决了大面积环境下进行分布式高精度数据采集的问题，具有较好的实用价值㊂关键词：分布式；ＲＳ４８５总线；高精度；智能化；ＡＤＳ１２５８；数据采集中图分类号：ＴＰ３０２㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２１）０２－００７１－０４ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＨｉｇｈ⁃ｐｒｅｃｉｓｉｏｎＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＲＳ４８５ＢｕｓＣＨＥＮＨａｎｇ１，ＹＡＮＳｈｕａｉ２，ＬＩＵＳｈｅｎｇ１，ＺＨＡＮＧＨｕｉ⁃ｘｉｎ１（１．ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａＴｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＤｙｎａｍｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＲＳ４８５ｂｕｓｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｋｉｎｄｓｏｆｐｈｙｓｉｃａｌｑｕａｎｔｉｔｉｅｓｗｈｉｃｈａｒｅｅａｓｙｔｏｉｎｔｅｒｆｅｒｅｗｉｔｈｅａｃｈｏｔｈｅｒ，ａｎｄｔｈｅｄａｔａｎｅｅｄｓｔｏｂｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｏｖｅｒｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｓ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｅｄｔｈｅｈｏｓｔｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｅｍａｓｔｅｒｓｔａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｔａｔｉｏｎ．ＢｙｃｕｓｔｏｍｉｚｉｎｇｔｈｅＵＳＢａｎｄＲＳ４８５ｂｕｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，ｉｔｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｐｏｌｌｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆ４０ｓｔａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｂｕｓｏｒｓｉｎｇｌｅ⁃ｃｈａｎｎｅｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒ⁃ｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｃｈｉｅｖｅｓｒｅｌｉａｂｌｅｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｏｌｖｅｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄａｎｄｈｉｇｈ⁃ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｉｎｌａｒｇｅ⁃ｓｃａｌｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｈａｓｈｉｇｈｐｒａｃｔｉｃａｌｖａｌｕｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ；ＲＳ４８５ｂｕｓ；ｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ；ＡＤＳ１２５８；ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ０㊀引言在一些分布式测试系统中，不可避免地要对被测环境不同位置地点多种物理量（湿度㊁温度㊁压力等）进行精确采集和测量［１－２］㊂传统的测试系统大多采用点对点连线的电缆对传感器的模拟量信号进行传输，这种方式一方面容易受到周围电磁环境的影响，降低采集精度；另一方面增加了测试系统中电缆的消耗量和成本，还在一定程度上影响采集系统的健壮性㊂为了提高测试系统的智能化程度和精确度，设计了一个基于ＲＳ４８５总线的分布式高精度数据采集系统，将各地点的传感器信号通过采样转换为数字信号，通过ＲＳ４８５总线传至系统主控站点［３－５］㊂和现有的测试系统相比，增加了数据采集通道个数和采集精度，最多可实现６４０个测点数据的轮询采集，提高了数据传输的智能化水平㊂１㊀系统总体设计分布式数据采集系统主要包含上位机㊁ＲＳ４８５总线主控站点和４０个ＲＳ４８５总线被控站点等部分，原理框图如图１所示㊂主控站点与上位机通过ＵＳＢ接口交换数据，在上位机下传的数据被解析后，ＦＰＧＡ将其通过主站ＲＳ４８５模块发出并与配对成功的被控站点通信㊂根据不同的命令，可以实现不同速率下的固定通道和自动扫描通道数据采集功能㊂主控站点在接收到数据后进行打包，通过ＵＳＢ接口传至上位机，实现了一主控站点多被控站点的高速ＲＳ４８５通信㊂每个被控站点包含ＲＳ４８５总线模块㊁ＦＰＧＡ控制模块㊁Ａ／Ｄ采集模块等，属于独立的数据采集子系统，原理设计图如图２所示㊂与主控站点下传的站点号匹配正确后，ＦＰＧＡ首先对ＡＤＳ１２５８相关寄存器进行配置，开始Ａ／Ｄ采集，完成后将数据传至主控单元㊂㊀㊀㊀㊀㊀７２㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＦｅｂ．２０２１㊀图１㊀系统整体原理框图图２㊀被控站点设计示意图２㊀系统硬件设计２．１㊀ＦＰＧＡ控制模块系统选用Ｓｐａｒｔａｎ－６系列ＦＰＧＡ作为主控芯片㊂在主控站点的硬件电路设计中，选择ＸＣ６ＳＬＸ１５０芯片对ＲＳ４８５总线通信芯片ＩＳＯ１１７６Ｔ和ＵＳＢ接口芯片ＦＴ２２３２进行控制，其电路连接示意如图３所示㊂被控站点的Ａ／Ｄ采集芯片ＡＤＳ１２５８及ＲＳ４８５通信芯片通过ＳＰＩ接口与ＦＰＧＡ连接，电路设计如图４所示㊂图３㊀主控站点ＦＰＧＡ电路设计图图４㊀被控站点ＦＰＧＡ电路设计图２．２㊀ＲＳ４８５总线模块分布式数据采集系统具有分布范围大㊁电磁环境复杂㊁传输节点要求多等特点㊂为满足设计要求，选用ＲＳ４８５总线通过差分线的压差传输数据，可以极大地减少传输过程中的共模干扰，提高数据传输系统的健壮性［６］㊂总线接口芯片ＩＳＯ１１７６Ｔ内部集成了变压器驱动器，在不要外部光耦的情况下实现隔离式供电，该芯片最大可支持２５６个从节点，最大数据传输速率达到４０Ｍｂｐｓ，详细的电路连接图如图５所示㊂图５㊀ＲＳ４８５总线模块电路连接图２．３㊀Ａ／Ｄ转换模块被控站点采用ＡＤＳ１２５８对来自传感器的模拟量信号进行模数转换㊂ＡＤＳ１２５８具有２４位采样分辨率，固定通道的采样速率能达到１２５ＫＳＰＳ，１６个通道同时采集最高速率可达２３．７ＫＳＰＳ，同时还集成了片上温度传感器，可以通过读取寄存器来读取芯片工作温度，它的工作温度为－４０ １０５ħ，此外还有低温漂㊁低噪声等特点，非常符合系统的设计要求［７－８］㊂ＦＰＧＡ和ＡＤＳ１２５８通过ＳＰＩ接口相连，ＣＬＫＩＯ为外部时钟输入引脚，来自ＦＰＧＡ的１６ＭＨｚ时钟通过５０Ω电阻后与其相连，同时要将时钟选择引脚ＣＬＫＳＥＬ置高，芯片模拟供电电压为ＡＶＤＤ＝５Ｖ，ＡＶＳＳ＝ＡＧＮＤ，参考电压为ＶＲＥＦ＝ＶＲＥＦＰ－ＶＲＥＦＮ＝５Ｖ，数字供电电压为ＤＶＤＤ＝３．３Ｖ，ＤＶＳＳ＝ＤＧＮＤ㊂ＡＤＳ１２５８的硬件电路如图６所示㊂㊀㊀㊀㊀㊀第２期陈航等：基于ＲＳ４８５总线的分布式高精度数据采集系统７３㊀㊀图６㊀ＡＤＳ１２５８接口电路设计图２．４㊀ＵＳＢ接口设计ＦＴ２２３２Ｈ为支持高速ＵＳＢ２．０通信的接口芯片，支持最高４８０Ｍｂｐｓ的通信速度㊂它有Ａ㊁Ｂ２个数据传输通道，根据设计需要可以配置成多种速度模式，具体的接口如图３所示㊂芯片的工作模式为ＦＴ２４５异步ＦＩＦＯ接口模式，９３ＬＣ５６Ｂ为ＥＥＰＲＯＭ，用于保存ＦＴ２２３２Ｈ配置完后的相关信息［９］㊂３㊀系统软件设计３．１㊀主控站点软件设计主控站点通过ＵＳＢ接口实现和上位机的数据交换，根据不同指令实现数据打包传输和被控站点寄存器配置功能［１０］㊂ＦＴ２２３２Ｈ的数据收发时序通过ＦＰＧＡ控制，具体的读写时序如图７所示㊂ＲＸＦ＃信号为芯片输出信号，当缓存Ｂｕｆｆｅｒ内部有读数空间时输出为低，这时可以拉低ＲＤ＃信号进行一次８位ＦＩＦＯ数据的读取，然后ＲＸＦ＃信号被拉高，这期间不能进行读数操作，等ＲＸＦ＃再次拉低时进行下一次读数操作，写数据过程和读数据过程类似㊂图７㊀ＦＴ２２３２Ｈ读写时序图上位机和主控站点的通信协议如表１所示㊂在系统上电完成复位后，若接收到命令的第一个字节为２５ｈ，再继续判断下一个字节，若命令是５５ｈ（查询指令），则根据表１所示的通信协议进行ＲＳ４８５总线通信，主控站点从１到４０依次查询被控站点，并将收到被控站点的数据上传至上位机进行显示㊁存储；若命令是ＡＣｈ（寄存器配置指令），则对上位机的命令拆分处理，把后４个字节的数据根据总线通信协议进行打包，然后转发至对应的被控站点㊂表１㊀上位机通信协议命令有效标志８ｂｉｔ命令字８ｂｉｔ数据位３２ｂｉｔ寄存器配置命令２５ｈＡＣｈ被控站点地址８ｂｉｔ站点配置数据２４ｂｉｔ查询命令２５ｈ５５ｈ无效位停止命令２５ｈ９０ｈ无效位㊀㊀总线数据传输采取ＣＲＣ－４进行差错控制，通信协议如表２所示㊂主控站点将校验无误的数据传送给上位机显示存储，校验不通过则再一次查询该站点，如果连续３次数据校验不通过，则将站点序号告诉上位机，然后进行下一个站点查询，避免了因某个站点工作异常而使整个系统无法工作，提高了数据采集系统的可靠性性和抗干扰能力［１１］㊂表２㊀ＲＳ４８５总线通信协议起始位１ｂｉｔ有效数据位３２ｂｉｔＣＲＣ码４ｂｉｔ停止位３ｂｉｔ０被控站点地址８ｂｉｔ站点数据㊀２４ｂｉｔＣＲＣ－４１１１３．２㊀被控站点软件设计被控站点作为独立的数据采集系统，主要完成１６路模拟量信号采集和ＲＳ４８５总线通信工作㊂根据系统设计要求，ＡＤＳ１２５８默认工作模式为以２３．７ＫＳＰＳ㊀㊀㊀㊀㊀７４㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＦｅｂ．２０２１㊀采样速率自动扫描１６个模拟量输入通道，寄存器通过ＳＰＩ接口进行配置，ＤＩＮ管脚为数据输入引脚，ＣＯＮＦＩＧ１寄存器主要涉及采样速率的设置，命令字和寄存器地址为６１ｈ，相应的配置数据为０３ｈ；ＭＵＸＳＧ０和ＭＵＸＳＧ１寄存器主要进行采样通道选择，命令字和寄存器地址分别为６４ｈ和６５ｈ，相应的配置数据都为ＦＦｈ㊂根据ＳＣＬＫ管脚的时序写入配置寄存器的数据，如图８所示，在片选信号ＣＳ拉低时，有效命令和数据在ＳＣＬＫ上升沿从最高位开始顺序进入ＤＩＮ管脚㊂图８㊀ＡＤＳ１２５８寄存器配置时序图系统运行后，被控单元首先按照默认值对ＡＤＳ１２５８的寄存器进行配置，配置完成后对相关寄存器的值进行读取，验证是否配置正确，随后开始监测ＲＳ４８５总线上的数据，当与总线上的站点序号验证成功后，进行数据采集和发送数据，工作软件设计流程如图９所示㊂上位机可以对各被控站点的寄存器进行重新配置，以满足特殊测试要求㊂图９㊀被控站点软件设计流程图ＡＤＳ１２５８开始进行数据采集时，首先将ＳＴＡＲＴ管脚进行拉高，程序开始检测ＤＲＤＹ管脚的电平状态，当为低电平时，表示一个通道模拟量完成转换，读取有效数据共计３２位，高８位包含状态信息和通道信息，低２４位代表转换的有效数据㊂ＡＤＳ１２５８可以在小于７００μｓ的时间内处理完１６路通道的数据采集㊂４㊀测试结果分布式数据采集系统的ＲＳ４８５总线上间隔１ｍ设置一个被控站点，总线长度共计４０ｍ㊂系统测试时，在第一个被控站点１５通道输入２Ｖ电压，其余的被控站点和通道不输入电压，使用上位机发送查询命令后回传的数据见图１０㊂图１０㊀测试数据根据上位机的数据显示，主控站点按顺序查询了被控站点的１６路采集通道，ＥＢ９０ＥＢ９０是子站点数据发送结束标志，很好地完成了主控站点控制下的数据采集功能㊂数据 ＡＤＤ００００１９６２Ｆ７７Ｅ９ 中 ＡＤＤ００００１９６ 表示第一个被控站点１５通道的数据采集结果， ２Ｆ７７Ｅ９ 转变成电压为１．９７７８Ｖ，高精度万用表显示实际电压为１．９７８９Ｖ，所以系统的采集精度为０．６％，表明数据采集系统的精度很高㊂５㊀结束语分布式数据采集系统的设计采用２４位的模数转换芯片ＡＤＳ１２５８，提高了模拟量数据采集精度，选用ＲＳ４８５总线进行数据的传输，增加了系统挂载的站点数量，总线驱动器芯片ＩＳＯ１１７６Ｔ的使用实现了电源隔离，减少了周围环境的干扰㊂测试表明，系统数据传输可靠，精度很高，同时还可以根据（下转第７９页）㊀㊀㊀㊀㊀第２期李鹏飞等：基于ＮＶＩＤＩＡＴＸ２模块的双目视觉信号采集系统设计７９㊀㊀效果图，在界面上定义一个全黑灰度图，将接收到的坐标点以白色画出，实时采集发送帧率为１４０ｆｐｓ，采集处理图像无丢帧失帧现象，发送数据包无丢包现象，稳定性好，满足了设计要求㊂６ 结论针对胶体三维信息检测面临的缺失高帧率㊁采集实时性的问题，设计了一套双目视觉信号采集系统，该采集系统具有４路线结构光采集系统，实现了双目实时信号采集㊂其中以嵌入式ＮＶＩＤＩＡＴＸ２为核心详细介绍了图像采集㊁处理以及中心线坐标发送的全过程，结合了小型化硬件以及简便的上位机界面，集成了一套小体积㊁高效率㊁方便操作和移动的采集系统㊂实验测试表明系统稳定性好，精度高，满足了设计要求，为汽车关键部件胶体三维测量做好了充分准备，具有较好的实用价值㊂参考文献：［１］㊀任勇峰，王国忠．基于ＣＭＯＳ传感器的高性能图像采集系统设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１９（１）：６４－６７．［２］㊀岳昊，武栓虎．基于机器视觉的医用瓶盖质检系统设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１９（１０）：８３－８７．［３］㊀杨长辉，黄琳．基于机器视觉的滚动接触疲劳失效在线检测［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１９（４）：６５－６９．［４］㊀相江．线结构光传感器系统建模与误差分析［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２０１９．［５］㊀章金敏．基于激光三角法的物体三维轮廓测量系统［Ｄ］．武汉：武汉理工大学，２０１５．［６］㊀戴力．汽车涂胶工艺应用研究［Ｊ］．汽车零部件，２０１７，２３（８）：７１－７４．［７］㊀朱立忠，陈美洋．一种基于机器学习的汽车涂胶缺陷检测研究［Ｊ］．沈阳理工大学学报，２０１８，２３（４）：１８－２２．车工艺师，２０１９，２５（７）：６１－６４．［９］㊀吴勇，雷旭智．科惠力测量技术在缸体表面刀痕问题中的应用［Ｊ］．装备制造技术，２０１７，１６（８）：１２１－１２３．［１０］㊀唐广辉，穆建华，夏志豪．基于科惠力测量技术的发动机故障诊断应用［Ｊ］．汽车科技，２０１５，２３（１）：５２－５６．［１１］㊀ＯＬＥＮＳＫＹＪＡＧ，ＤＯＮＩＳＩＲ，ＢＯＲＮＨＯＲＳＴＧＭ．Ｎｏｎｄｅ⁃ｓｔｒｕｃｔｉｖｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｎｇｅｓｄｕｒｉｎｇｉｎｖｉｔｒｏｇａｓｔｒｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎｏｆａｐｐｌｅｓｕｓｉｎｇ３Ｄｔｉｍｅ⁃ｓｅｒｉｅｓｍｉｃｒｏ⁃ｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｏｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２０，２６７：１－１１．［１２］㊀金贝．基于ＨＡＬＣＯＮ的机器视觉教学实验系统设计［Ｄ］．北京：北京交通大学，２０１２．［１３］㊀方玉红．基于机器视觉的轨道缺陷图像检测系统设计［Ｄ］．南昌：南昌大学，２０１３．［１４］㊀ＭＩＣＨＡＥＬＬＢ，ＮＥＬＥＶ，ＰＡＮＦＩＬＯＶＡＶ，ｅｔａｌ．Ｒ⁃Ｆｒｏｍ⁃ＴａｓａｃｏｍｍｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｒｒｈｙｔｈｍｉａｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｉｎｌｏｎｇＱＴｓｙｎｄｒｏｍｅｓ［Ｊ］．Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ．ＡｒｒｈｙｔｈｍｉａａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，２０１９，１２（１２）：１－１５．［１５］㊀李杰强．基于线阵ＣＣＤ的微位移传感器设计与研究［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１２．［１６］㊀刘文倩，沈三民，刘利生，等．基于以太网与ＦＰＧＡ的多通道信号源的系统设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１９（１）：３０－３３．［１７］㊀何能正，董建云，何岸．以太网数据包分段传输技术［Ｊ］．光通信技术，２０１３，３７（９）：２４－２７．作者简介：李鹏飞（１９９４ ），硕士研究生，主要研究方向为嵌入式机器视觉㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｉｐｅｎｇｆｅｉｈｕｆｔ＠１６３．ｃｏｍ通信作者：卢荣胜（１９６３ ），教授，博士生导师，主要从事机器视觉和精密测量等方面的研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｒｓｌｕ＠ｈｆｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ（上接第７４页）要求变换采集通道数量和采集速率，该分布式数据采集系统具有较好的实用价值㊂参考文献：［１］㊀韩慧．基于ＲＳ４８５总线的温室环境监测系统［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１２（３）：６４－６５．［２］㊀李木国，王延国，孙慧涛．基于ＥｔｈｅｒＣＡＴ总线的串联型分布式据采集系统设计［Ｊ］．计算机测量与控制，２０１６，２４（６）：１９５－１９８．［３］㊀童一飞，王红亮，低功耗ＩＥＰＥ传感器数据采集系统的设计与实现［Ｊ］．电测与仪表，２０１９，５６（５）：１０１－１０４．［４］㊀唐夕晴，李建闽，佘晓烁．ＲＳ４８５总线接口性能测试仪设计与开发［Ｊ］．电测与仪表，２０１８，５６（７）：１４２－１４７．［５］㊀张志，李琮琮，王平欣，等．智能电能表ＲＳ４８５接口设计方案综述［Ｊ］．电测与仪表，２０１５，５３（５）：１２４－１２８．［６］㊀白冰．基于４８５总线的分布式输入输出系统［Ｄ］．天津：天津大学，２０１７．［７］㊀吴平，骆朝亮．基于ＵＳＢ的ＡＤＳ１２５８传感器信号采集系统［Ｊ］．软件导刊，２０１０（６）：６５－６７．［８］㊀金永杰，龙平，熊剑平．２４位高精度模数转换器ＡＤＳ１２５８的原理及应用［Ｊ］．电子设计工程，２００８（６）：６１－６４．［９］㊀王辉，陈爱生．基于ＦＴ２２３２Ｈ的ＵＳＢ２．０数据采集系统设计［Ｊ］．电子器件，２０１５（１）：１４４－１４７．［１０］㊀李超．基于ＦＰＧＡ＋ＵＳＢ２．０高速数据采集系统的研究与设计［Ｄ］．武汉：武汉理工大学，２０１３．［１１］㊀ＴＯＮＧＸＲ，ＳＨＥＮＧＺＢ．ＤｅｓｉｇｎｏｆＵＡＲＴｗｉｔｈＣＲＣｃｈｅｃｋｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１２，４９０－４９５：１２４１－１２４５．作者简介：陈航（１９９３ ），硕士研究生，研究方向为嵌入式智能仪器㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：６１４４４１５０９＠ｑｑ．ｃｏｍ通信作者：张会新（１９８０ ），博士，副教授，研究方向为动态测试技术与仪器㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｈｘ＠ｎｕｃ．ｅｄｕ．ｃｎ。
基于AT89C51的无线数据采集系统 毕业设计
职业技术学院中文摘要近年来，单片机以其功能强、体积小、使用方便、性能价格比较高等优点,在实时控制、自动测试、智能仪表、计算机终端、遥测通讯、家用电器等许多方面得到了广泛的应用。
温度是工业生产中最常见和最基本的工业参数之一，是与人类的生活、工作关系最密切的物理量，也是各学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测量的物理量。
本设计采用单片机AT89C51系列作为控制核心，进行无线数据采集，通过智能温度传感器DS18b20将温度值转换，经过单片机处理后，使数据显示在数码管上。
单片机应用系统开发技术是当前最流行的实用技术之一，大多数电子产品与设备都采用单片机技术的支持。
本文从应用出发，以实际项目数字温度计为开发背景，介绍了一种基于单片机控制的数字温度计的设计与制作的具体过程。
除此之外，还具备了LED 显示功能。
【关键词】单片机；传感器；数码管。
-目录第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2 开发意义 (1)1.3 课题完成的功能 (1)第2章硬件电路的设计 (2)2.1 传感器简介 (2)2.1.1 DS18B20的特性 (2)2.1.2 DS18B20的引脚及特性 (3)2.1.3 DS18B20的内部结构 (3)2.1.4 DS18B20的工作原理 (4)2.1.5温度检测系统原理流程图 (7)2.1.6 DS1820使用中注意事项 (8)2.2单片机系统 (8)2.2.1 单片机介绍 (9)2.2.2 管脚说明 (12)2.3 数码管简介 (15)2.3.1 数码管工作原理及引脚 (15)2.3.2 共阳极数码管简介 (16)2.3.3 数码管编码方法 (16)2.3.4 显示数字对应的二进制电平信号 (17)2.3.5 数码管使用条件： (17)2.4 数码管显示图 (18)第3章软件设计 (19)3.1流程图 (19)第4章系统软硬件调试 (20)第5章结论 (20)5.1 社会经济效益分析 (20)5.2 收获与体会 (20)参考文献 (21)致谢 (23)附录 (24)1.元器件清单 (24)2.89C51控制程序设计: (24)3.电路原理图 (29)第1章绪论1.1课题背景温度是工业生产中最常见和最基本的工业参数之一，是与人类的生活、工作关系最密切的物理量，也是各学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测量的物理量。
RFID原理及应用复习(附答案)
RFID原理及应用复习一、判断1．RFID是Radio Frequency Identification 的缩写，即无线射频识别。
（yes）2．物联网的感知层主要包括：二维码标签、读写器、 RFD标签、摄像头、GPS传感器、 M-M 终端。
（no）3．13.56MHZ,125kHz,433MHz都是RFID系统典型的工作频率（yes）4．在物联网节点之间做通信的时候，通信频率越高，意味着传输距离越远。
( no ) 5．物联网标准体系可以根据物联网技术体系的框架进行划分，即分为感知延伸层标准、网络层标准、应用层标准和共性支撑标准。
（yes）6．在物联网中，系统可以自动的、实时的对物体进行识别、追踪和监控，但不可以触发相应的事件。
( no )7．物联网共性支撑技术是不属于网络某个特定的层面，而是与网络的每层都有关系，主要包括：网络架构、标识解析、网络管理、安全、QoS等。
（yes）8．物联网中间件平台：用于支撑泛在应用的其他平台，例如封装和抽象网络和业务能力，向应用提供统一开放的接口等。
（yes）9．RFID拥有耐环境性，穿透性，形状容易小型化和多样化等特性（yes）10．物联网信息开放平台：将各种信息和数据进行统一汇聚、整合、分类和交换，并在安全范围内开放给各种应用服务。
（yes）二、不定项选择题1. 物联网的基本架构不包括（CD）。
A、感知层B、传输层C、数据层D、会话层2．物联网节点之间的无线通信，一般不会受到下列因素的影响。
( D )A、节点能量B、障碍物C、天气D、时间3．下列哪项不是物联网的组成系统（B）。
A、 EPC编码体系B、EPC解码体系C、射频识别技术D、EPC信息网络系统4. 利用RFID 、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息，指的是（B）。
A、可靠传递B、全面感知C、智能处理D、互联网5．RFID卡（C）可分为：主动式标签（TTF）和被动式标签（RTF）。
A、按供电方式分B、按工作频率分C、按通信方式分D、按标签芯片分6．下列物联网相关标准中那一个由中国提出的。
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i=1 N 2
由一元函数求极值的原理可得
1 y= N
x
i=1
N
i
上式即为算术平均滤波的算式。
第七章 抗干扰设计 3、平滑滤波
《数据采集与处理》
（1）算术平均滤波法 优点： 设第i次测量的测量值包含信号成分Si和噪声成分ni， 则进行N次测量的信号成分之和为
S
第七章 抗干扰设计
《数据采集与处理》
二、干扰的表现形式
1、机械干扰 系统所处现场的机械振动、机械冲击，会造成系统中各元 件相对位移，导线的扭曲，应变片的变形等。 防护：采用 各种减震措施，如：利用减震弹簧、减震橡皮垫，加装海绵 等。 2、热干扰 指设备或系统元件由于工作温度波动而引起的电路参数的 变化或产生附加电动势等。 防护：采用热屏蔽 ，用导热性能较好的金属材料做成屏蔽 罩，将系统某些元件屏蔽起来。如：加电风扇、加恒温槽、 采用温度补偿、采用差动输入方式等。
第七章 抗干扰设计
《数据采集与处理》
7.3 硬件抗干扰技术
三、附加滤波电路 滤波电路是抑制干扰的一种重要方法。由于干扰源发出的 干扰信号的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因此， 采用滤波的方法，只让有用信号的频率成分通过，而将干扰 信号频率成分加以抑制。 滤波电路有低通滤波、高通滤波、带通滤波、带阻滤波。 滤波电路信号处理有维纳滤波、卡尔曼滤波等。滤波电路 不仅适合硬件方法，也适合软件方法。
第七章 抗干扰设计 二、干扰的表现形式
《数据采集与处理》
6、电磁干扰 电或磁通过电路和磁路对系统产生的干扰作用、电磁感应 作用、使电场和磁场都会产生感应电动势，感应电流，影响 测量结果。 防护：加装金属罩，屏蔽电磁场等。 7、射线辐射干扰 指多种辐射射线使气体电离，使半导体激发出电子-空穴对， 金属溢出电子等。 防护：射线防护是一门专门技术主要用于原子能工作。
第七章 抗干扰设计
《数据采集与处理》
平滑滤波框图
开始 读输入值X 计算队尾地址 X存入队尾 队尾指针(7FH) A N (A)+1=16? Y 0 A
（A） 指针7F
3．平滑滤波 噪声在很多情况下可以近似地认为是白 噪声。 白噪声具有一个很重要的统计特性，即 其统计平均值为零。因此，可以用求 平均值的办法来消除随机误差，这就 是所谓的平滑滤波。如图7-1所示。 平滑滤波有以下几种：算术平均滤波、 递推平均滤波、加权移动平均、一阶 惯性滤波、复合滤波和防脉冲干扰平 均值滤波。
第七章 抗干扰设计 三、噪声的表现形式 4、共阻抗干扰
《数据采集与处理》
导体多个接地点对地电阻不同，导致对地电位不同。 5、辐射干扰 由于各种放电现象，向周围辐射从低频到高频的电磁 波。如：1）来自高压输电线的电晕噪声：2）自然界的 雷电，电机的电刷火花，继电器接触器触点在开闭产生 的火花，汽车发动机的点火装置等引起的火花噪声：。 3）来自各种放电管的辉光、弧光放电噪声等。
干扰，自身内部相互干扰，以及对工作环境造成干扰。 一、危害： 1、测量结果误差加大 干扰信号与有用信号叠加，会加大信号误差或错误信号，有 时甚至淹没有用信号。 2、控制系统失灵 单片机的控制信号通常依赖于某些的状态输入信号和对这些 信号的逻辑处理结果。若这些输入的状态信号受到干扰，引入虚 假状态信息，将导致输出控制失灵。 3、程序运行失常 外界的干扰有时导致机器频繁复位而影响程序的正常运行。 如：外界干扰导致单片机程序计数器PC值的改变，则破坏了程 序的正常运行。由于受干扰后的PC值是随机的，程序将执行一 系列毫无意义的指令，这将使输出严重混乱或死机。
敏感元件：系统中一些已被干扰元件，如A/D转换器、D/A转 换器、信号放大器等。
第七章 抗干扰设计
《数据采集与处理》
二、电磁干扰（噪声） 1、系统中出现的各种无用电信号统称为噪声。噪声分为两大 类： 1）外部噪声：例如：大气电离层的磁现象产生的噪声；电台 电视台的干扰信号等； 2）内部噪声：采集系统本身元件产生的各类噪声。例如：即 使电阻元件没有与电源相连，在两端也会产生微弱电压值。 这种电子热运动引起的热电流是随机的。 2、噪声比（S/N） 信噪比（S/N）是指信号功率和噪声功率的比值，单位dB。 3、防护 防护的目的是削弱或消除影响系统工作的各种噪声，从 “三个要素”考虑。
第七章 抗干扰设计
7.3 硬件抗干扰技术
《数据采集与处理》
2、电子线路设备正确接地也是抑制干扰噪声的重要方法。 ①在低频电路中，因寄生电抗的影响不大，常采用一点接地。 在高频电路中，寄生电抗的影响不容忽视，要采用多点接 地，以避免各接地点之间的耦合。 ②应用系统中数字地和模拟地应分别接地，然后再在一起把 两种地分别连接起来。 ③印刷电路板对地线的分布、形状、长度和宽度也有一定的要 求，比如地线要呈辐射状，避免环行，地线要宽，连接旁 路电容的地线不要太长等。 ④应用系统中的数字地、模拟地、强电设备的地、机壳或其他 金属构件的屏蔽地应分开布置并在一点上和电源地相连。 ⑤在采用屏蔽双绞线传送信号时，应将屏蔽地与工作地连在一 起。要注意只能在一个点接地，以免形成回路，在屏蔽体 上产生较大的噪声。
i 1
N
i
N S
噪声的强度是用均方根来衡量的，当噪声为随机信号时， N 进行N次测量的噪声强度之和为 2
n
i 1
i
N n
式中，S、n分别为进行N次测量后信号和噪声的平均幅度。这 N S S 样，对N次测量进行算术平均后的信噪比为 N
N n n
式中，S/n是求算术平均值前的信噪比，因此采用算术平均值后， 信噪比提高了 倍N。
第七章 抗干扰设计 7.4 软件抗干扰技术 二、数字滤波方法
《数据采集与处理》
1．限幅滤波 如果一输入信号增量变化有限度，可采用限幅滤波。 所谓限幅滤波，就是把两次相邻的采样值相减，求出其增量 （以绝对值表示），如果增量超过限度（最大允许差值 △y），则仍取上次采样值作为采样值；如果小于或等于 △y，则取本次采样值。 适用范围：主要用于变化缓慢的参数测量，如温度、液位等。 无法抑制增量变化较大的信号。 2．中位值滤波 中位值滤波是对某一被测量连续采样n次(一般n取为奇 数)，然后把n次采样值按大小排列，取中间值为本次采样 值。 适用范围：同限幅滤波。
第七章 抗干扰设计
《数据采集与处理》
7.4 软件抗干扰技术 软件抗干扰技术主要包括：信号处理前的数字滤波，削 弱干扰信号的影响；信号处理后程序编程，避免干扰信号的 误操作。 一、数字滤波概述
1、数字滤波是通过特定的计算程序处理，降低干扰信号在有 用信号中的比例，故实质上是一种程序滤波。 2、数字滤波器有以下优点：①不需要增加任何硬件设备，需 数据处理和控制前，附加一段数字滤波程序即可；②不存 在阻抗匹配问题；③适宜的滤波频率范围宽，而模拟RC滤 波器由于受电容容量的影响，频率不能太低；④对于多路 信号输入通道，可以共用一个滤波器，只要适当改变滤波 器程序或参数，就可以方便地改变滤波特性，这对于低频 脉冲干扰和随机噪声的克服特别有效。
第七章 抗干扰设计
《数据采集与处理》
7.3 硬件抗干扰技术
二、隔离技术切断干扰信号通道 隔离是指把干扰源与接收系统隔离开来，正常传输有用信 号，而干扰耦合通道被切断，达到抑制干扰的目的。 常见的隔离方法有光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。 1、光电隔离 它指以光信 号在隔离的发送端和接收端之间 进行信号传输的，所用的器件是 光电耦合器。 由于光信号传输信息时，不 会和其输入和输出的电信号进行 直接耦合，因而具有较强的隔离 和抗干扰的能力。
第七章 抗干扰设计
7.3 硬件抗干扰技术
《数据采集与处理》
一 、抑制干扰源 抑制干扰源的常用措施除选用特殊性能的电源外，重要 的措施是屏蔽。 为减少交流电源的干扰，可采用交流稳压器、不间断电源 （UPS）、隔离变压器、低通滤波器等，以抑制电源电压的 波动和干扰噪声。 屏蔽技术是利用导电或导磁材料制成的壳状屏蔽体，将干 扰源或干扰对象包围起来，从而割断或削弱干扰场的空间耦 合通道，阻止其电磁能量的传输。 例如：屏蔽双胶线可抵御静电和电磁感应干扰；屏蔽房抵 御电磁信号传输。
第七章 抗干扰设计
《数据采集与处理》
二、干扰的表现形式
3、光干扰 系统中的各种半导体元器件都对光敏感，光电强弱会引起 元器件的电动势或阻值变化。 防护：采用半导体封闭技术，将其封闭在不透光的壳体内。 4、湿度干扰 湿度的变化也会引起阻值的变化，漏电流的增加。 防护：采用适当的干燥措施。 5、化学干扰 化学物质对系统器件的腐蚀、损害等。 防护：采用良好的密封措施以及注意保持清洁。
计算队列中数据和 计算平均值 结果存入RAM 返回
第七章 抗干扰设计 3、平滑滤波
《数据采集与处理》
（1）算术平均滤波法 算术平均滤波法适用于对一般的具有随机干扰的信号进 行滤波。 算术平均滤波是要按输入的N个采样数据xi(i ＝1，2，…，N)，寻找这样一个y，使y与各采样值之间的 偏差的平方和最小，即使
第七章 抗干扰设计 3、平滑滤波
《数据采集与处理》
（2）递推平均滤波法（滑动窗口技术） 算术平均滤波方法每计算一次数据，将N次测量结果计算。对 于测量速度较慢或要求数据计算速率较高的实时系统，则 无法使用。 滑动窗口技术是在存储器中，开辟一个区域作为暂存队列使用， 队列的长度固定为N，每进行一次新的测量，把测量结果 放入队尾，而扔掉原来队首的那个数据，这样在队列中始 终有个“最新”的数据。即
第七章 抗干扰设计
《数据采集与处理》
7.3 硬件抗干扰技术
二、隔离技术切断干扰信号通道 2、变压器隔离 变压器仅能传输交流信号，可用来阻 断交流信号中的直流干扰和抑制低频干扰信号的强度。 除此之外，还要适合具体电路的隔离技术。 例如：为防止信号传输过程受到干扰信号影响，采用实时 选频、跳频、扩频、高频自适应技术。 例如：为工业控制系统的噪声干扰，采用继电器隔离。继 电器的线圈传信号，触点接收信号。