第四章-DAQ数据采集技术PPT课件

1、数据采集技术（DAQ）Data Acquisition Techniques,林 君 Tel:8502473,数据采集功能,ADC,DAC,cntr/ timer,digital,DAQ Board,插入式数据采集卡的优越性,灵活 费用较低 性能选择范围大 大量的软件工具可用利用PC技术,数字化技术,信号分类,信号根据其所传递的有用信息进行分类,信息,状态,速率,幅值,形状,频率,Signals,Analog,Digital,On-Off,Time Domain,Pulse Train,Frequency Domain,DC,on,off,t,1,0,t,0.985,t,t,f,数字信号,开关

2、信号,连续脉冲信号,Input: Read an optical encoder Output: Generate a square wave 分辨率 时钟频率,Input: Sense a switch closure Output: Close a valve 驱动程序的功能 通道数,DAQ卡需要考虑的指标,数字信号调理,Common-Mode Voltages or High Voltages,Electromechanical Relays or Solid-State Relays,Optical Isolation,Electromechanical Relays or Solid

3、-State Relays,数字I/O,模拟信号,时域信号,Vibration Speech Sonar 分辨率 采样率 AC 精度 触发 滤波器,Temperature Pressure Flow Strain DC 精度,频域信号,直流信号,ECG Blood pressure Single-shot events Chromatograph 分辨率 采样率 AC 和 DC 精度 触发,DAQ卡需要考虑的指标参数,模拟信号调理,低电压信号,电流输入/输出,RTDs 和热敏电阻,热电偶,应变仪,隔离 放大 噪声滤波,电流与电压的转换; 隔离，放大，噪声滤波,隔离，放大，噪声滤波 冷端补偿,激

4、励电源 隔离，放大，噪声滤波,激励电压 全桥和半桥设置 隔离，放大，噪声滤波,多功能I/O,Demo,变送器/传感器,物理现象传感器 温度热电偶 RTD IC 传感器 热敏电阻 光真空管光电传感器 声麦克风 力和压力应变仪 压电传感器,热电偶,价格较低，坚固 可承受高温 可迅速感知温度的快速变化 需要作冷端补偿 电压量很小 需要放大 输出非线性 需要冷端补偿,RTDs,精度比热电偶高 不需要冷端补偿 比热电偶昂贵 需要电流源 非线性输出，需要线性化 2路RTDs接线，简单，但要考虑接线电阻误差 3路和4路 RTD 接线，消除了接线电阻误差,热敏电阻,需要电流源或电压源激励 非线性化强烈，需要线

5、性化 敏感度高 电阻高,应变片,需要电压源 需要桥式电路设置 非线性化输出，需要线性化,DAQ卡的前端信号调理模块,Signal Conditioning Extensions for Instrumentation （SCXI,SCXI 选择,信号调理 多路复用 放大 隔离 滤波 传感器激励 冷端补偿,SCXI的其它特性,可扩展，最多到3,072通道 紧凑，在7英寸空间可达384个通道 灵活，可以和最新的采集卡，软件，和计算机配合工作 高速，和E系列的采集卡配合扫描速度达33KHz 设置方便 结构开放,Demo,A/D 分辨率,Code width = smallest detectable

6、 change in voltage,AD的输入范围,增益 * 2,n,n = # of ADC bits,16-bit ADC,3-bit ADC,Amplitude,code width,Time,0,20,100,120,140,40,60,80,10.00 9.75 7.50 6.25 5.00 3.75 2.50 1.25 0,111 110 100 011 010 001 000,A/D 采样率,Nyquist 原理 采样率 2倍的最高频率,Adequately sampled,Aliased due to undersampling,多通道采集,采集模式,通道设置,扫描顺序 增益

7、 范围 单端/差分输入 单极/双极,连续扫描 同步采样 间隔扫描,Strain gauge 1 Strain gauge 2,Battery 1 Battery 2,Temp Pressure,Demo,实时系统集成总线 RTSIReal-Time Systems Integration Bus RTSI,在板卡之间连接时钟和触发信号 完成数据采集的同步操作 在DSP卡串行传输数据,触发,软件触发,条件获取 (软件) 由 AI Buffer Read 设定 AI Read 调用 AI Buffer Read,模拟触发,数字触发,Demo,应用软件,接口软件,软件,LabVIEW LabWind

8、ows/CVI Component Works Visual Basic C/C,PCI-MIO-16E-1,DAQ 卡,NI-DAQ,要求: 可以所有采集卡的功能 向下兼容 通用的 API 功能齐全的设置工具 方便易用,DAQ的软件接口,NI-DAQ,Application Software,Demo,软件开发平台选择,VirtualBenchReady-to-Run Virtual Instruments,Virtual Instruments Scope Dynamic signal analyzer Arbitrary waveform generator Function gener

9、ator DMM Data logger,Demo,软件开发平台,Graphical Programming,Visual C,LabWindows/CVI,Visual Basic,Graphical Programming LabVIEW,Empowering technology Natural flowchart notation Eliminates syntactical details Reduces development time Rapid prototyping Self-documenting Intuitive and easy to learn Ideal for

10、code reusability Modularity and hierarchy,Demo,What is Measurement Studio,Measurement Hardware,LabWindows/CVI,Measurement Components,Measurement StudioTools for Visual C,Compiler integration,Intellisense ClassWizard,Visa GPIB Analysis,Application Wizard,Measurement classes Acquisition Analysis,User

11、interface through ActiveX Utility classes Data objects,Data Object,Measurement Studio Tools for Visual Basic,Measurement and automation ActiveX controls,LabWindows/CVI,ANSI C Standard Language Compiler Editor Debugger Open System,Built-in Instrumentation Libraries,Productivity Tools for faster devel

12、opment,Standard ANSI C Language Open, powerful Multithreaded,Demo,33,数据采集的基本原理,3.1,34,数据采集的基本原理,35,数据采集的基本原理,36,采样定理的推导,37,采样定理的推导,38,采样定理的推导,39,采样定理的推导,40,采样率的确定,41,数据采集系统的设计,42,MUX切换 PGA切换 S/H A/D开始工作 A/D转换完成 读取数据 存储数据 循环至结束,数据采集系统的设计,43,数据采集系统的设计,44,数据采集系统的设计,45,数据采集系统的设计,46,数据采集系统的设计,47,浮点放大数据采集系统设计,48,数据采集系统的设计,49,数据采集系统的设计,50,数据采集系统的设计,51,数据采集系统的设计,52,数据采集系统的设计,53,设计一个四路数据采集系统,各路输入信号性能要求 第一路：单次阻尼振荡波形，持续时间为0.4-1s，阻尼振荡频率f0=500Hz，输出振荡峰峰值VP-P=0.5V 第二路：来自某一热电偶输出，温度范围0-400度，相