第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集

1、智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第2323讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集长春工程学院能源动力学院长春工程学院能源动力学院智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集一、智能化仪器仪表中的数据采集 二、关于模拟量、数字量及闭环控制三、信号转换基础知识 智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集一、智能化仪器仪表中的数据采集 微处理器微处理器 1、工业控制中的数据采集 智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表

2、原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集一、智能化仪器仪表中的数据采集 生产过程生产过程传感调理传感调理采样电路采样电路A/DA/D转换转换接口电路接口电路处理器处理器监控系统监控系统机组侧机组侧机旁侧机旁侧网络网络总线总线电缆电缆发讯器发讯器生产过程生产过程传感调理传感调理采样电路采样电路A/DA/D转换转换接受器接受器接口电路接口电路处理器处理器现场侧现场侧控制室侧控制室侧2、信号的传输型式 智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集一、智能化仪器仪表中的数据采集 3、输入输出通

3、道 I/O I/O通道的主要任务是将由检测器件测取的各种参量变换成计算机所能接收通道的主要任务是将由检测器件测取的各种参量变换成计算机所能接收的信息形式送入计算机。的信息形式送入计算机。 I/O I/O通道分为模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字通道分为模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道四种。量输出通道四种。智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集二、关于模拟量、数字量及闭环控制1、什么是模拟信号和数字信号 模拟信号：随时间连续变化 的信号 V时间时间0V数字信号：非0即1的

4、非连续变化 的信号 high时间时间low模拟信号特点： 不易存储 不易处理 不易传输 容易失真 数字信号特点： 易于存储 易于处理 易于传输 不易失真 智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集二、关于模拟量、数字量及闭环控制2、闭环控制系统简介 D/AA/D传感器传感器控制装置控制装置微处理电路微处理电路智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集二、关于模拟量、数字量及闭环控制3、模拟量输入通道 模拟量输入通道的基本组成模拟量输入通道的基本组成

5、传感器信号调理电路采集电路被测信号微机系统模拟量输入通道的基本功能模拟量输入通道的基本功能 非电量到电量的转换非电量到电量的转换 信号规格的统一，如信号规格的统一，如0 05V5V等等 数字量信号的转换（数字量信号的转换（A/DA/D） 通过接口电路送入计算机通过接口电路送入计算机智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集A/DA/D转换转换输入输入接口接口计计算算机机隔离放大隔离放大采样开关采样开关05V05V信号统一信号统一端子板端子板滤波滤波420mA420mA05V05V通道编码信号通道编码信号生生产产过过程程译

6、码译码锁存锁存 模拟量输入通道结构模拟量输入通道结构二、关于模拟量、数字量及闭环控制3、模拟量输入通道 智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集把生产现场的非电量转换为电量。把生产现场的非电量转换为电量。包括信号放大、滤波、衰减、阻抗匹配、电平变换、非线包括信号放大、滤波、衰减、阻抗匹配、电平变换、非线性补偿、电流性补偿、电流/ /电压转换等。电压转换等。多路模拟开关。多路模拟开关。保持保持A/DA/D采样期间输入信号不变的电路。采样期间输入信号不变的电路。将采样得来的模拟信号放大至将采样得来的模拟信号放大至A/DA/

7、D转换器所要求的输入电平转换器所要求的输入电平。将模拟输入量转换为数字量，由计算机读取、计算、分将模拟输入量转换为数字量，由计算机读取、计算、分析和处理。析和处理。传感器传感器模拟量输入通道模拟量输入通道信号处理信号处理多路转换器多路转换器采样保持器采样保持器放大器放大器A/D转换器转换器控制部分控制部分接收接收CPUCPU命令向通道中各部件发送控制信号的控制接口。命令向通道中各部件发送控制信号的控制接口。智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集二、关于模拟量、数字量及闭环控制4、模拟量输出通道 模拟量输出通道的基本组

8、成显示器显示器记录器记录器寄存器寄存器D/AD/A调理电路调理电路调节器调节器模拟量输出通道的基本功能 数字数字-模拟的转换模拟的转换 信号的放大与驱动信号的放大与驱动智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集被被控控对对象象执行器执行器D/AD/A转换转换输出输出接口接口计计算算机机保持器保持器多路开关多路开关选通信号选通信号执行器执行器译码译码锁存锁存 模拟量输出通道结构模拟量输出通道结构模拟量输出通道信号形式 电压输出电压输出: : 速度快、精度高速度快、精度高; ; 电流输出电流输出: :传输距离远，传输距离远，

9、 抗干扰能力强，抗干扰能力强， 用于远距离或现场电磁环境比较恶劣的场合。用于远距离或现场电磁环境比较恶劣的场合。 4、模拟量输出通道 智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集三、信号转换基础知识 1、转换过程中的信号描述 生产过程对象采样器AD转换器处理器DA转换器保持器10182221（01010）（10010）（10110）（10101）（00101）（01110）（10011）（10010）25201510 5T 2T 3T 4T5141918x(t)x*(t)x(nt)y(nt)y*(t)y(t)过程通道中的数

10、据转换过程通道中的数据转换智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集0t0T2T3Tt采样器y( t )*y( t )*y( t )y( t ) T图2-7 信号的采样过程香农定理香农定理指出：为了使采样信号指出：为了使采样信号y y* *( (t t) )能完全复现原信号能完全复现原信号y y( (t t) )，采样频，采样频率率f 至少要为原信号最高有效频率至少要为原信号最高有效频率fmax的的2 2倍，即倍，即f 2fmax。三、信号转换基础知识 2、采样定理 智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第2

11、4讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集15量化：量化：采用一组数码采用一组数码( (如二进制码如二进制码) )来逼近离散模拟信号的幅来逼近离散模拟信号的幅 值，将其转换为数字信号。值，将其转换为数字信号。量化过程：量化过程：将采样信号转换为数字信号的过程。将采样信号转换为数字信号的过程。A/DA/D转换器：转换器：执行量化动作的装置。执行量化动作的装置。12minmaxnyyq三、信号转换基础知识 3、AD转换(量化) 智能化仪器仪表原理及应用智能化仪器仪表原理及应用第第24讲：智能化仪器仪表中的数据采集讲：智能化仪器仪表中的数据采集三、信号转换基础知识 4、AD转换性能指标 （1) 1) 分辨率（分辨率（ResolutionResolution） （2 2）量化误差（）量化误差（Quantizing ErrorQuantizing Error） （3 3）A/DA/D转换时间（转换时间（