第24講：智能化儀器儀表中的數(shù)據(jù)采集

第23講：智能化儀器儀表中的數(shù)據(jù)采集長春工程學(xué)院能源動力學(xué)院本講主要內(nèi)容

一、智能化儀器儀表中的數(shù)據(jù)采集二、關(guān)于模擬量、數(shù)字量及閉環(huán)控制三、信號轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)知識一、智能化儀器儀表中的數(shù)據(jù)采集微處理器1、工業(yè)控制中的數(shù)據(jù)采集

一、智能化儀器儀表中的數(shù)據(jù)采集生產(chǎn)過程傳感調(diào)理采樣電路A/D轉(zhuǎn)換接口電路處理器監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組側(cè)機(jī)旁側(cè)網(wǎng)絡(luò)總線電纜發(fā)訊器生產(chǎn)過程傳感調(diào)理采樣電路A/D轉(zhuǎn)換接受器接口電路處理器現(xiàn)場側(cè)控制室側(cè)2、信號的傳輸型式

一、智能化儀器儀表中的數(shù)據(jù)采集3、輸入輸出通道

I/O通道的主要任務(wù)是將由檢測器件測取的各種參量變換成計(jì)算機(jī)所能接收的信息形式送入計(jì)算機(jī)。I/O通道分為模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道四種。二、關(guān)于模擬量、數(shù)字量及閉環(huán)控制1、什么是模擬信號和數(shù)字信號

模擬信號：隨時間連續(xù)變化的信號

V時間0V數(shù)字信號：非0即1的非連續(xù)變化的信號

high時間low模擬信號特點(diǎn)：不易存儲不易處理不易傳輸容易失真

數(shù)字信號特點(diǎn)：易于存儲易于處理易于傳輸不易失真

二、關(guān)于模擬量、數(shù)字量及閉環(huán)控制2、閉環(huán)控制系統(tǒng)簡介

D/AA/D傳感器控制裝置微處理電路二、關(guān)于模擬量、數(shù)字量及閉環(huán)控制3、模擬量輸入通道

模擬量輸入通道的基本組成傳感器信號調(diào)理電路采集電路被測信號微機(jī)系統(tǒng)模擬量輸入通道的基本功能①非電量到電量的轉(zhuǎn)換②信號規(guī)格的統(tǒng)一，如0～5V等③數(shù)字量信號的轉(zhuǎn)換（A/D）④通過接口電路送入計(jì)算機(jī)A/D轉(zhuǎn)換輸入接口計(jì)算機(jī)隔離放大采樣開關(guān)0~5V信號統(tǒng)一端子板濾波4~20mA0~5V通道編碼信號生產(chǎn)過程譯碼鎖存

模擬量輸入通道結(jié)構(gòu)二、關(guān)于模擬量、數(shù)字量及閉環(huán)控制3、模擬量輸入通道

把生產(chǎn)現(xiàn)場的非電量轉(zhuǎn)換為電量。包括信號放大、濾波、衰減、阻抗匹配、電平變換、非線性補(bǔ)償、電流/電壓轉(zhuǎn)換等。多路模擬開關(guān)。保持A/D采樣期間輸入信號不變的電路。將采樣得來的模擬信號放大至A/D轉(zhuǎn)換器所要求的輸入電平。將模擬輸入量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由計(jì)算機(jī)讀取、計(jì)算、分析和處理。傳感器模擬量輸入通道信號處理多路轉(zhuǎn)換器采樣保持器放大器A/D轉(zhuǎn)換器控制部分接收CPU命令向通道中各部件發(fā)送控制信號的控制接口。二、關(guān)于模擬量、數(shù)字量及閉環(huán)控制4、模擬量輸出通道

模擬量輸出通道的基本組成顯示器記錄器寄存器D/A調(diào)理電路調(diào)節(jié)器模擬量輸出通道的基本功能①數(shù)字--模擬的轉(zhuǎn)換②信號的放大與驅(qū)動被控對象執(zhí)行器D/A轉(zhuǎn)換輸出接口計(jì)算機(jī)保持器多路開關(guān)選通信號執(zhí)行器譯碼鎖存

模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)模擬量輸出通道信號形式

電壓輸出:速度快、精度高;

電流輸出:傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，用于遠(yuǎn)距離或現(xiàn)場電磁環(huán)境比較惡劣的場合。4、模擬量輸出通道

三、信號轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)知識1、轉(zhuǎn)換過程中的信號描述

生產(chǎn)過程對象采樣器A／D轉(zhuǎn)換器處理器D／A轉(zhuǎn)換器保持器10182221（01010）（10010）（10110）（10101）（00101）（01110）（10011）（10010）252015105T2T3T4T5141918x(t)x*(t)x(nt)y(nt)y*(t)y(t)過程通道中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換香農(nóng)定理指出：為了使采樣信號y*(t)能完全復(fù)現(xiàn)原信號y(t)，采樣頻率f至少要為原信號最高有效頻率fmax的2倍，即f

2fmax。三、信號轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)知識2、采樣定理

15量化：采用一組數(shù)碼(如二進(jìn)制碼)來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。量化過程：將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程。A/D轉(zhuǎn)換器：執(zhí)行量化動作的裝置。三、信號轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)知識3、AD轉(zhuǎn)換(量化)

三、信號轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)知識4、AD轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)

（1)分辨率（Resolution）

（2）量化誤差（Quantizing

Error）（3）A/D轉(zhuǎn)換時間（Converting

Time）（4）線性度（Linearity）5、AD