數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)-緒論

數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)

2教學(xué)內(nèi)容

第1單元

緒論

第2單元

模擬信號(hào)的數(shù)字化處理

第3單元

數(shù)據(jù)采集通道主要部件

第4單元

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括實(shí)驗(yàn)）

第5單元

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

第6單元

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)

3第1單元緒論教學(xué)內(nèi)容

41.1數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能1.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式1.4數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)第1單元緒論本單元教學(xué)內(nèi)容

51.1數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

第1章緒論

61.1

數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

本節(jié)教學(xué)目標(biāo)

理解數(shù)據(jù)采集的定義

理解數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)

了解數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)

了解構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的依據(jù)

71.1

數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

水溫的手動(dòng)控制

圖中，水溫操作員要用手（通過感覺）來測試水的溫度，并將此溫度與他要求的值（給定值）相比較（通過大腦）。

同時(shí)，他要決定（通過大腦）：其手應(yīng)該朝哪個(gè)方向旋轉(zhuǎn)閥門（打開或關(guān)閉）；旋轉(zhuǎn)多大的角度）。1.

數(shù)據(jù)采集在自動(dòng)控制中的位置

8水溫的自動(dòng)控制1.1

數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

采用自動(dòng)控制時(shí)，水溫的手動(dòng)控制的功能，由各種傳感器、儀表、執(zhí)行器來代替。傳感器—

測溫計(jì)：感測水的溫度,如熱電偶、DS18B20等；執(zhí)行器—

調(diào)節(jié)閥：打開或關(guān)閉蒸汽閥；控制器—

調(diào)節(jié)記錄儀：采集、比較、判斷水溫，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

92.

數(shù)據(jù)采集的工程應(yīng)用實(shí)例

1.1

數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)控制量輸出信號(hào)擾動(dòng)……生產(chǎn)過程傳感器數(shù)據(jù)采集控制信號(hào)

10鋼鐵熱連軋數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制1.1

數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

111.1

數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

數(shù)控車床控制面板

防護(hù)罩排屑機(jī)冷卻液箱

121.1

數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

自動(dòng)駕駛汽車

131.1

數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

自動(dòng)控制溫室

141.1

數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

3.

數(shù)據(jù)采集的定義

指采集溫度、壓力、流量等模擬量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、打印的過程。

數(shù)據(jù)采集——

相應(yīng)系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

151.1

數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

4.

數(shù)據(jù)采集的意義

①在生產(chǎn)過程中，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)測，為提高質(zhì)量、安全生產(chǎn)、降低成本提供信息。作用②在科學(xué)研究中，用來獲取微觀、動(dòng)靜態(tài)信息。

例如，物體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)記錄、處理。

161.1

數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

汽車碰撞數(shù)據(jù)采集

17解決人不能解決的問題。意義：5.

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)任務(wù)有①采集傳感器輸出的模擬信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)。②計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。提高工作效率，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)果：1.1

數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

181.1

數(shù)據(jù)采集的意義與任務(wù)

7.

構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的依據(jù)

在保證系統(tǒng)具備采樣精度的條件下，有盡可能高的采樣速度，以滿足實(shí)時(shí)處理、控制的要求。6.

評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)有系統(tǒng)的采樣精度。系統(tǒng)的采樣速度。

191.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能第1單元

緒論

20本節(jié)教學(xué)目標(biāo)

理解模擬信號(hào)與處理

理解數(shù)字信號(hào)與處理

理解二次數(shù)據(jù)計(jì)算

1.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

21數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般具有以下功能：1.

采集數(shù)據(jù)

按照采樣周期，對(duì)模擬、數(shù)字、開關(guān)信號(hào)采樣。2.

模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)—

指信號(hào)幅值隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)。1.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

221.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

特點(diǎn)：在規(guī)定的一段連續(xù)時(shí)間內(nèi)，其幅值為連續(xù)值。優(yōu)點(diǎn)：便于傳送。缺點(diǎn)：易受干擾。信號(hào)類型①由傳感器輸出的電壓信號(hào)②由儀表輸出的電流信號(hào)0～10mA4～20mA

231.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

信號(hào)處理①將采樣信號(hào)②將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)作標(biāo)度變換3.

數(shù)字信號(hào)處理

數(shù)字信號(hào)—指在有限離散瞬時(shí)上取值間斷的信號(hào)。特點(diǎn)：時(shí)間和幅值都不連續(xù)的信號(hào)?！鷶?shù)字信號(hào)

241.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng),TTL電平缺點(diǎn)：需要一套轉(zhuǎn)換電路，增加成本。傳送方式①并行傳送②串行傳送信號(hào)處理：將數(shù)字信號(hào)采入計(jì)算機(jī)后，進(jìn)行碼制轉(zhuǎn)換。如16進(jìn)制→BCD碼，便于在屏幕上顯示。

251.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

4.

開關(guān)信號(hào)的處理

開關(guān)信號(hào)—由按鈕、行程開關(guān)等器件觸點(diǎn)產(chǎn)生的信號(hào)。信號(hào)處理：根據(jù)開關(guān)的狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的操作。5.

二次數(shù)據(jù)計(jì)算

概念一次數(shù)據(jù)—二次數(shù)據(jù)—從傳感器采集的數(shù)據(jù)。對(duì)一次數(shù)據(jù)作計(jì)算得到的數(shù)據(jù)。

261.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

二次數(shù)據(jù)平均、累計(jì)傅里葉變換、積分變換變化率、差值最大值、最小值6.

屏幕顯示

將數(shù)字、圖形、圖表等顯示在屏幕上。7.

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

按時(shí)間間隔，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器。

271.2

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能

8.

打印輸出按時(shí)間間隔，打印輸出數(shù)字、圖形。9.

人機(jī)聯(lián)系

操作人員用鍵盤或鼠標(biāo)與系統(tǒng)對(duì)話，完成運(yùn)行方式的設(shè)置。

281.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式第1單元

緒論

29本節(jié)教學(xué)目標(biāo)

理解微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

理解集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

301.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

1.

微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

311.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

圖1-1微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放大器采樣/保持器傳感器傳感器傳感器…A/D轉(zhuǎn)換器計(jì)算機(jī)顯示器打印機(jī)繪圖機(jī)定時(shí)與邏輯控制接口被測物理量數(shù)字信號(hào)開關(guān)信號(hào)…多路開關(guān)傳感器傳感器傳感器

321.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

(1)(2)(3)(4)(5)一個(gè)工作周期多路開關(guān)放大器采樣／保持A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)總線圖1-2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作時(shí)序1.2

s6

stAD啟動(dòng)脈沖

331.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

系統(tǒng)特點(diǎn)①結(jié)構(gòu)簡單，易實(shí)現(xiàn)②對(duì)環(huán)境要求不高③系統(tǒng)成本低④集散型的基本單元⑤模板齊全，易組成系統(tǒng)2.

集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。

341.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

模擬量輸入模擬量輸入模擬量輸入數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入RS-485RS-485生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集站數(shù)據(jù)采集站數(shù)據(jù)采集站通信接口上位機(jī)圖1-3集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

351.3

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

系統(tǒng)特點(diǎn)①適應(yīng)能力強(qiáng)②可靠性高③實(shí)時(shí)性好④對(duì)硬件要求不高

361.4數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)第1單元

緒論

37本節(jié)教學(xué)目標(biāo)

理解數(shù)據(jù)處理的類型

理解采集信號(hào)的標(biāo)度變換1.4

數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)

381.4

數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)

處理類型①按處理方式實(shí)時(shí)（在線）處理事后（脫機(jī)）處理②按處理性質(zhì)預(yù)處理剔除誤差標(biāo)度變換二次處理微分、積分傅里葉變換

391.4

數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)

處理任務(wù)①對(duì)采集信號(hào)作標(biāo)度變換②消除數(shù)據(jù)中的干擾③分析計(jì)算數(shù)據(jù)中的內(nèi)在特征對(duì)采集到的電信號(hào)作標(biāo)度變換

將沒有物理意義的電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換為原來對(duì)應(yīng)的物理量。

401.4

數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)

消除數(shù)據(jù)中的干擾信號(hào)

消除在數(shù)據(jù)的采集、傳送和轉(zhuǎn)換過程中，系統(tǒng)內(nèi)部和外部干擾在數(shù)據(jù)中混入干擾信號(hào)，以保證采樣精度。分析計(jì)算數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征

對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換計(jì)算，得到表達(dá)采樣數(shù)據(jù)內(nèi)在特征的二次數(shù)據(jù)。

411.5

數(shù)據(jù)處理的類型和任務(wù)

例如，在研究振動(dòng)時(shí)，由于頻譜更能說明振動(dòng)波形對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生影響，因此，常對(duì)采集到的振動(dòng)信號(hào)作傅里葉（FFT）變換，得出振動(dòng)波形的頻譜。圖1-4