数据采集与处理1课件

数据采集与处理

数据采集与处理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

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。相应系统称为数据采集系统。数据采集——第1章概论1.1数据采集的意义与任务1.数据采集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，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。解决靠人不能解决的问题。作用意义：1.1数据采集的意义与任务2.数据采集的意义①在生产3.数据采集系统的任务有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。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。提高工作效率，取得较好的经济效益。结果：3.数据采集系统的任务有①采集传感器输出的模拟信号，并转②1.1数据采集的意义与任务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。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。1.1数据采集的意义与任务5.构成数据采集系统的依据第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。第1章概论1.2数据采集系统的基本功能数据采集系特点：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0～10mA4～20mA1.2

数据采集系统的基本功能

特点：在规定的一段连续时间内，其幅值优点：便于传送。缺点：易信号处理①将采样信号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

→数字信号信号①将采样信号②将转换的数字信号作标度变换3.数字信号处优点：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

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

概念一次数据

—二次数据

—从传感器采集的数据。对一次数据作计算得到的数据。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、行程开关等器件触信号1.2

数据采集系统的基本功能

二次数据平均、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。1.2数据采集系统的基本功能二次数据平均、累计6.屏幕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。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硬件结构形式①1.3

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。1.3数据采集系统的结构形式1.微型计算机数据采集1.3

数据采集系统的结构形式

传感器图1.1微型计算机数据采集系统放大器采样/保持器传感器传感器传感器…A/D转换器计算机显示器打印机绘图机定时与逻辑控制传感器传感器接口被测物理量数字信号开关信号…多路开关1.3数据采集系统的结构形式传感器图1.1微型计算系统组成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。③程控放大器—对模拟信号进行放大。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

系统①传感器—将非电量转换为电信号。②多路开关—分时序图如图1.2所示。1.3

数据采集系统的结构形式

(1)(2)(3)(4)(5)一个工作周期多路开关放大器采样／保持A／D转换数据总线图1.2数据采集系统工作时序1.2s6stAD启动脉冲时序图如图1.2所示。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.集散型数据采集系统系统结构1.3

数据采集系统的结构形式

图1.3集散型数据采集系统模拟量输入模拟量输入模拟量输入数字量输入数字量输入数字量输入RS-485RS-485生产现场生产现场生产现场数据采集站数据采集站数据采集站通信接口上位机1.3数据采集系统的结构形式图1.3集散型数据采集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

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数据采集站与上位机之间通常系统特点①适应能力强②可靠性高③实时性好④对硬件要求不高1.3

数据采集系统的结构形式

系统特点①适应能力强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

处理类型①按处理方式实时（在线）处理事后（脱机）处理②按处理性质预处理剔除误差标度变换二次处理微分、积分傅里叶变换第1章概论1.5数据处理的类型和任务处理①按处理方式实时（在线1.5

数据处理的类型和任务

处理任务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处理任务①对采集信号作标度变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。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。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1.5数据处理的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。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1.6

学习重点和方法2.学习方法①认真听课②注意记笔记③积极回答问题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1.6学习重点和方法2.学习方法①认真听课教学内容

第2章模拟信号的处理第4章测量放大器13第3章模拟多路开关24第1章概论5第5章采样／保持器6第6章模／数转换器８第8章数据采集接口卡9第9章数字信号的采集教学内容第2章模拟信号的处理第4章测量放大器13数据采集与处理

数据采集与处理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

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。相应系统称为数据采集系统。数据采集——第1章概论1.1数据采集的意义与任务1.数据采集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，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。解决靠人不能解决的问题。作用意义：1.1数据采集的意义与任务2.数据采集的意义①在生产3.数据采集系统的任务有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。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。提高工作效率，取得较好的经济效益。结果：3.数据采集系统的任务有①采集传感器输出的模拟信号，并转②1.1数据采集的意义与任务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。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。1.1数据采集的意义与任务5.构成数据采集系统的依据第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。第1章概论1.2数据采集系统的基本功能数据采集系特点：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0～10mA4～20mA1.2

数据采集系统的基本功能

特点：在规定的一段连续时间内，其幅值优点：便于传送。缺点：易信号处理①将采样信号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

→数字信号信号①将采样信号②将转换的数字信号作标度变换3.数字信号处优点：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

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

概念一次数据

—二次数据

—从传感器采集的数据。对一次数据作计算得到的数据。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、行程开关等器件触信号1.2

数据采集系统的基本功能

二次数据平均、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。1.2数据采集系统的基本功能二次数据平均、累计6.屏幕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。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硬件结构形式①1.3

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。1.3数据采集系统的结构形式1.微型计算机数据采集1.3

数据采集系统的结构形式

传感器图1.1微型计算机数据采集系统放大器采样/保持器传感器传感器传感器…A/D转换器计算机显示器打印机绘图机定时与逻辑控制传感器传感器接口被测物理量数字信号开关信号…多路开关1.3数据采集系统的结构形式传感器图1.1微型计算系统组成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。③程控放大器—对模拟信号进行放大。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

系统①传感器—将非电量转换为电信号。②多路开关—分时序图如图1.2所示。1.3

数据采集系统的结构形式

(1)(2)(3)(4)(5)一个工作周期多路开关放大器采样／保持A／D转换数据总线图1.2数据采集系统工作时序1.2s6stAD启动脉冲时序图如图1.2所示。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.集散型数据采集系统系统结构1.3

数据采集系统的结构形式

图1.3集散型数据采集系统模拟量输入模拟量输入模拟量输入数字量输入数字量输入数字量输入RS-485RS-485生产现场生产现场生产现场数据采集站数据采集站数据采集站通信接口上位机1.3数据采集系统的结构形式图1.3集散型数据采集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

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数据采集站与上位机之间通常系统特点①适应能力强②可靠性高③实时性好④对硬件要求不高1.3

数据采集系统的结构形式

系统特点①适应能力强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

处理类型①按处理方式实时（在线）处理事后（脱机）处理②按处理性质预处理剔除误差标度变换二次处理微分、积分傅里叶变换第1章概论1.5数据处理的类型和任务处