多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、清華大學(xué)2012屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第一章緒論1.1課題研究背景和意義數(shù)據(jù)采集是指將位移、流量、溫度、壓力等模擬量采集、轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲、處理、顯示或打印。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的一個重要組成部分，信號處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳感器技術(shù)是現(xiàn)代檢測技術(shù)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集技術(shù)則正是這些技術(shù)的先導(dǎo)，也是信息進(jìn)行可靠傳輸，正確處理的基礎(chǔ)。在工業(yè)生產(chǎn)中，對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，這樣能提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低成本。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，對應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集，這樣獲得大量的動態(tài)信息，是研

2、究物理過程動態(tài)變化的有效手段，也是獲取科學(xué)奧秘的重要手段之一。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)目的，就是把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號，并把數(shù)字信號送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)加以利用觀察，這樣就實(shí)現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的好壞，取決于它的精度和速度，在精度保證的條件下提高采樣速度，滿足實(shí)時采集、實(shí)時處理和實(shí)時控制的要求[1]。數(shù)據(jù)采集常用的方式有在PC機(jī)，也可以在工控機(jī)內(nèi)安裝數(shù)據(jù)采集卡，如RS-422卡、RS-485卡及A/D卡；或?qū)ｉT的采集設(shè)備，包括PCI、PXI、P

3、CMCIA、USB，無線以及火線(FireWire)接口等，可用于臺式PC機(jī)、便攜式電腦以及聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用系統(tǒng)中[2]。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于20世紀(jì)50年代，1956年美國首先研究了用在軍事上的測試系統(tǒng)，目標(biāo)是測試中不依靠相關(guān)的測試文件，由非成熟人員進(jìn)行操作，并且測試任務(wù)是測試設(shè)備高速自動完成的。近年來，數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用受到了人們越來越廣泛的關(guān)注，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也有了迅速的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也朝著微型化、小型化、便攜式，低電壓、低功耗發(fā)展。當(dāng)前市場出售的小型數(shù)據(jù)采集器相當(dāng)于一個功能齊全計(jì)算機(jī)。這些數(shù)據(jù)采集

4、器功能強(qiáng)大，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)采集、處理的自動化設(shè)備。具備實(shí)時采集、自動存儲、即時顯示、即時反饋、自動處理、自動傳輸功能[第50頁共50頁清華大學(xué)2012屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書；不僅能保證現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時性、真實(shí)性、有效性、可用性，而且能很方便輸入計(jì)算機(jī)，應(yīng)用在各個領(lǐng)域。所以根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)采集發(fā)展的實(shí)際需求，研制開發(fā)符合生產(chǎn)需要的多功能智能化的數(shù)據(jù)采集器意義重大。1.2國內(nèi)外數(shù)據(jù)采集研究現(xiàn)狀與問題1.2.1國外信號采集系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀與問題數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)它起始于20世紀(jì)中期，在過去的幾十年里，隨著信息領(lǐng)域各

5、種技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)據(jù)采集方面的技術(shù)也取得了長足的進(jìn)步，采集數(shù)據(jù)的信息化是目前社會的發(fā)展主流方向。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的控制，國內(nèi)外許多技術(shù)公司和科研單位都在積極研制，國外的數(shù)據(jù)采集器的研制已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且種類不斷增多，性能越來越好，功能越來越強(qiáng)大。目前國外許多科研單位和技術(shù)公司都在積極研制便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。市場上較早出現(xiàn)的具有代表性的萬次/S。主要有:美國PASCO公司生產(chǎn)的"科學(xué)工作室”是將數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)的嶄新系統(tǒng)，它由3個部分組成：（1）傳

6、感器：利用先進(jìn)的傳感技術(shù)和實(shí)時采集技術(shù)可實(shí)時采集物理實(shí)驗(yàn)中各物理量的數(shù)據(jù)；（2）計(jì)算機(jī)接口：將來自傳感器的數(shù)據(jù)信號輸入計(jì)算機(jī)，采樣速率最高為25萬次/S;（3）軟件：中文及英文的應(yīng)用軟件。還有美國Fluke公司生產(chǎn)的Hydra系列便攜式數(shù)據(jù)采集器：Hydra系列有三種型號，可滿足不同的應(yīng)用需要。2620AHydra數(shù)據(jù)采集器是和PC配合使用的緊湊式前端；便攜式的2625AHydra數(shù)據(jù)記錄器內(nèi)置有非易失存儲器，可以保存多達(dá)2000次的掃描數(shù)據(jù)，用于獨(dú)立式的應(yīng)用；2635AHydra數(shù)據(jù)采集器具有

7、可插拔的存儲卡，可以保存數(shù)據(jù)和設(shè)置，是最為通用的型號－非常適宜于遠(yuǎn)程監(jiān)控等應(yīng)用。又如TEMPRO天正通大氣環(huán)境部開發(fā)的CR23X微數(shù)據(jù)采集器，美國QUATRONIX公司生產(chǎn)的WAVEBOOK高速便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。這些采集系統(tǒng)有一個共同點(diǎn)，和PC機(jī)的通信時幾乎都采用RS-232口，雖然它們自身帶有存儲器，但存儲容量都不大。近年來，國外市場上又出現(xiàn)了美國CASIO公司的CASIODT-30O、OceanOptics公司的ADCIO00-USB等采用USB接口的便攜式數(shù)據(jù)采集器。國外產(chǎn)品雖然進(jìn)入我國

8、市場較早，但就當(dāng)前市場而言，并沒有占據(jù)市場的主要份額，主要原因是高昂的價格和非漢化的操作界面使其推廣受到限制[5]。第50頁共50頁清華大學(xué)2012屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1.2.2國內(nèi)信號采集系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀與存在的問題由于信號采集系統(tǒng)在現(xiàn)代科技發(fā)展中的重要地位逐漸被人們所認(rèn)識，國內(nèi)研究單位和公司也逐漸開始信號采集系統(tǒng)的研究和發(fā)展。如我國數(shù)字地震觀測系統(tǒng)主要采用TDE-124C型TDE-224C型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)近年來，又成功研制了動態(tài)范圍更大、線性度更高、兼容性更強(qiáng)、低功耗可靠性的TDE-324C