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。
数据采集与处理
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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
②集散型数据采集系统
数据采集与处理
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1.3 数据采集系统的结构形式
1. 微型计算机数据采集系统
系统的结构如图1.1所示。
数据采集与处理
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1.3 数据采集系统的结构形式
多路开关 传感器 传感器 放大 传感器
器
被 测 物 理 量
采 样 / 保 持 器
A / D 转 换 器
显示器 计 算
传感器 定时与逻辑控制
传感器
传感器
…
数字信号
开关信号
图1.1 微型计算机数据采集系统
… 接 口
打印机 绘图机
机
数据采集与处理
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1.3 数据采集系统的结构形式
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 组成
③程控放大器— 对模拟信号进行放大。
例如，物体的运动数据记录、处理。 结果： 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。 ②系统计算机对数字信号进行处理。
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5
有
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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。
模拟信号— 指信号幅值随时间连续变化 的信号。
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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。 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
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0～10mA 4～20mA
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数据采集与处理
教师：孙霞
数据采集与处理
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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
数据采集与处理
2
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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。
②串行传送 将数字信号采入计算机后，进 信号处理： 行码制转换。如 BCD→ASCII， 便于在屏幕上显示。
数据采集与处理
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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。
5. 二次数据计算
概念
上位机
通信接口
RS-485 数据 采集 站 模拟量 输入 生 产 现 场 数字量 输入 数据 采集 站 模拟量 输入 生 产 现 场 数字量 输入 RS-485
数据 采集 站 模拟量 输入 生 产 现 场
数字量 输入
图1.3 集散型数据采集系统
数据采集与处理
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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。 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。
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。
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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。
数据采集与处理
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教学内容
1
第1章 概论 2 第2章 模拟信号的处理
3 4 5
第3章 模拟多路开关
第4章 测量放大器 第5章 采样／保持器 第6章 模／数转换器
6 ８
9
第8章 数据采集接口卡
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第9章 数字信号的采集
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第1章 概 论
1.6 学习重点和方法
1. 学习重点: ① 数据采集的基本理论、概念。
② 数据采集理论的运用。 ③ 数据采集程序的设计。
数据采集与处理
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1.6 学习重点和方法
①认真听课
②注意记笔记 ③积极回答问题 2. 学习方法 ④勤于思考，注意灵活应用 基本理论解决实际问题 ⑤独立完成各章作业 ⑥提高编程能力
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。 17 数据采集与处理
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1.3 数据采集系统的结构形式
时序图如图1.2所示。
一个工作周期
启动脉冲
多路开关
(1)
(2)
放大器
采样／保持 A／D转换
1.2s
(3)
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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。
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第1章 概 论
1.3 数据采集系统的结构形式
①硬件 系统组成 ②软件
①微型计算机数据采集系统 结构形式
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。
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1.2 数据采集系统的基本功能
优点： 抗干扰能力强 需要一套转换电路，增加成本。 缺点： ①并行传送 传送方式
相应系统称为数据采集系统。
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1.1 数据采集的意义与任务
2. 数据采集的意义 ①在生产过程中，对工艺参数进 行采集、监测，为提高质量， 作用 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。
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1.1 数据采集的意义与任务
微分、积分
傅里叶变换
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1.5 数据处理的类型和任务
①对采集信号作标度变换处理任务 Nhomakorabea②消除数据中的干扰 ③分析计算数据中的内在特征
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。
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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。
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1.3 数据采集系统的结构形式
系统特点
①适应能力强 ②可靠性高 ③实时性好 ④对硬件要求不高
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第1章 概 论
1.5 数据处理的类型和任务
实时（在线）处理 ①按处理方式 处理 类型 ②按处理性质 事后（脱机）处理
预处理 二次 处理
数据采集与处理
剔除误差 标度变换
一次数据 — 从传感器采集的数据。
二次数据 — 对一次数据作计算得到 的数据。
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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 二次数据 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。
6s
(4)
数据总线
tAD
(5)
图1.2 数据采集系统工作时序
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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
系统结构如图1.3所示 数据采集与处理
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1.3 数据采集系统的结构形式