传感器系统介绍讲义课件

数据采集系统底层硬件及实现2023/7/23数据采集概念（DAQ）数据采集（DAQ）就是指从传感器等设备中自动采集物理信号或者电信号，并送到上位机中进行分析、处理的过程。发展趋势：

与传统的测量系统相比，基于PC、PLC、单片机、FPGA的DAQ系统利用其进行处理、存储、显示能力，

提供更强大、更加灵活，并且更具

性价比的测量解决方案。典型数据采集系统构成2023/7/23一、信号和传感器传感器能够将一种物理现象按照一定的规律转换为可测量的电信号。压力、流量、油速、油温传感器电压、电流、电阻等属性2023/7/23一、信号和传感器选择传感器考虑因素：测量类型（振动、加速度、速度、温度、湿度、压力）测量范围（不失真性）测量精度（性能、系统指标的统一、价格、实现可能性）灵敏度（过高易受干扰）信号调理（隔离性能好、抗噪性强）使用环境（可靠性、实现可能、寿命）价格（性价比）2023/7/23一、信号和传感器具体选型举例：输油管压力传感器（压力变送器）参数：量程：-0.1～0～1～150(MPa)

综合精度：0.1％FS输出信号：4～20mA(二线制)、0～5V、供电电压：24DCV(9～36DCV)介质温度：-20～85℃环境温度：常温(-20～85℃)零点温漂移：≤±0.05％FS℃量程温度漂移：≤±0.05％FS℃补偿温度：0~70℃安全过载：150％FS极限过载：200％FS响应时间：5mS(上升到90％FS)负载电阻：电流输出型：最大800Ω；电压输出型：大于5KΩ绝缘电阻：大于2000MΩ(100VDC)密封等级：IP65长期稳定性能：0.1％FS/年振动影响：在机械振动频率20Hz～1000Hz内，输出变化小于0.1％FS电气接口(信号接口)：赫斯曼接头+四芯屏蔽线机械连接(螺纹接口)：1/2-20UNF外形尺寸：M20×Φ26×1152023/7/23二、信号调理某些传感器或者信号，需要额外的设备或者电路，来正确生成可以由数据采集设备准确和安全读取的信号。也就是需要信号调理（放大、滤波、FFT、激励、补偿等）。作用：使难以测量的信号易于测量提高精度，确保安全可直接连接传感器某些传感器需要特定激励（脉冲式传感器、光纤传感器）2023/7/23二、信号调理信号调理过程：2023/7/23三、数据采集硬件数据采集硬件作为传感器和计算机之间的桥梁，可以将连续的电信号转化为计算机可以接受的离散的二进制数据，并通过不同的总线传送到计算机中用以后续处理。2023/7/23三、数据采集硬件典型的器件体现：A/D转换器件（外置式、嵌入式等）考虑因素：连接性采样率分辨率（转换位数：8、12、16位）电压范围绝对精度应用环境……数据采集硬件的选择关系到整个系统的采集精度，信号传输速度，对环境的适应性，分布性等很多方面。甚至数据采集硬件平台的选择，也会决定软件所在的计算机的选择。所以硬件的选择在整个系统中有着举足轻重的地位。2023/7/23三、数据采集硬件数据采集硬件系统图：上位机FPGACPU2023/7/23三、数据采集硬件将FPGA作为整个数据采集系统的控制核心和传输桥梁。一方面根据上位机的指令来完成对整个系统工作模式和状态的精确时序控制另一方面通过FPGA中丰富的宏功能块资源和可嵌入的口核资源来实现高速缓存和高速数据传输接口。从而使得整个系统既可以工作在由FPGA中RAM配合PC机并行接口来实现的数据存储转发模式下又能够工作在由FPGA中的PCI逻辑接口配合PC机PCI总线接口来实现的数据实时传输模式下同时还可以通过FPGA中可编程的PLL来实现ADC的可变速率采样使得整个系统具有较高的灵活性和自适应性能够根据所采集信号的具体情况来选择最合适的处理方式。底层硬件的控制与处理主要可选择：CPU、FPGA、DSP、PLC等

2023/7/232023/7/232023/7/232023/7/232023/7/232023/7/232023/7/232023/7/232023/7/232023/7/232023/7/232023/7/232023/7/232023/7/232023/7/232023/7/232