数据采集与处理技术.doc

数据采集与处理技术参考书目：1． 数据采集与处理技术 马明建 周长城 西安交通大学出版社2． 数据采集技术 沈兰荪 中国科学技术大学出版社3． 高速数据采集系统的原理与应用 沈兰荪 人民邮电出版社第一章 绪 论数据采集技术(Data Acquisition)是信息科学的一个重要分支,它研究信息数据的采集、存贮、处理以及控制等作业在智能仪器、信号处理以及工业自动控制等领域，都存在着数据的测量与控制问题将外部世界存在的温度、压力、流量、位移以及角度等模拟量（Analog Signal）转换为数字信号（Digital Signal）, 在收集到计算机并进一步予以显示、处理、传输与记录这一过程，即称为“数据采集”相应的系统即为数据采集系统（Data Acquisition System,简称DAS）数据采集技术以在雷达、通信、水声、遥感、地质勘探、震动工程、无损检测、语声处理、智能仪器、工业自动控制以及生物医学工程等领域有着广泛的应用1．1 数据采集的意义和任务数据采集是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换为数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程相应的系统称为数据采集系统。

数据采集系统的任务：采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机，根据不同的需要由计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据与此同时，将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量数据采集系统的好坏，主要取决于精度和速度1．2 数据采集系统的基本功能1. 数据采集：采样周期2. 模拟信号处理3. 数字信号处理4. 开关信号处理：来自开关器件5. 二次数据计算：平均、累积、变化率、差值、最大值、最小值6. 屏幕显示7. 数据存储8. 打印输出9. 人机联系1．3 数据采集系统的结构形式硬件和软件组成从硬件方面来看，有两种结构形式：一种是微型计算机数据采集系统、另一种是集散型数据采集系统1.3.1微型计算机数据采集系统：由传感器、模拟多路开关、程控放大器、采样/保持器、A/D转换器、计算机及外设等部分组成微型计算机数据采集系统的特点：（1） 系统结构简单，容易实现2） 对环境的要求不高3） 成本低4） 微型计算机数据采集系统是集散型数据采集系统的一个基本组成部分5） 微型计算机的各种I/O模块及软件都比较齐全，很容易构成系统，便于使用和维护。

1.3.2集散型数据采集系统由若干个数据采集站和一台上位机及通信线路组成数据采集站：由单片机数据采集装置构成上位机：为微型计算机，配置有打印机和绘图机集散型数据采集系统的主要特点1） 系统的适应能力强不同的规模都适用2） 系统的可靠性高3） 系统的实时响应性好4） 对系统硬件的要求不高5） 数字信号传输，可靠性高1.4数据采集系统的软件 数据采集系统的软件一般包括： 模拟信号采集与处理程序、 数字信号采集与处理、 脉冲信号采集与处理、 开关信号采集与处理、 运行参数设置程序：采样通道号，采样点数，采样周期，信号量程范围，放大器增益系数，工程单位等系统管理程序：主控程序通信程序 1.5 数据处理的类型和任务1.5.1 数据处理的类型1. 按处理的方式划分: 实时处理和事后处理.2. 按处理的性质划分: 预处理和二次处理1.5.2数据处理的任务1.对采集到的电信号做物理量解释2.消除数据中的干扰信号3.分析计算数据的内在特征第二章 模拟信号的数字化处理2.1 概 述连续的模拟信号转换为离散的数字信号，经历了两个断续过程：1.时间断续：采样 X(t) à Xs(nTs)2.数值断续：量化，即把采样信号Xs(nTs)以最小数量单位的整倍数来度量. 信号转换过程如图所示2.2采样过程 采样过程可以看作脉冲调制过程.2.3 采样定理采样周期Ts决定采样信号的质量和数量:Ts太小, Xs(nTs)数量剧增,占用内存;Ts 太大, 模拟信号的某些信息被丢失.2.3.1采样定理设有连续信号x(t),其频谱为X(f),以采样周期Ts采得的离散信号为xs(nTs) .如果频谱X(f)和采样周期满足下列条件:(1).频谱X(f)为有限频谱,即当F1的绝对值大于等于fc(截止频率)时,x(f)=0;(2).则连续信号 唯一确定.Fc称为截止频率，又称为奈奎斯特频率。

采样定理给出无失真地恢复原信号的条件2.3.2采样定理中两个条件的物理意义1. 连续模拟信号x(t)的频率范围是有限的，即信号的频率f在2.采样周期Ts不能大于信号周期Tc的一半 2.3.3 采样定理不适用的情况 采样定理在时是不适应的例如,设连续信号为: 其采样值为:当 有 则当=0时,采样信号为零,无法恢复原模拟信号. 当时,采样信号幅值小于原模拟信号 当时, 采样信号幅值等于原模拟信号.2.4频率混淆及消除措施2.4.1 频率混淆如果Ts取的过大,使Ts>1/(2fc)时,将会出现x(t)中的高频成分被叠加到低频成分上去的现象,这种现象称为频率混淆.例如:不产生频率混淆现象的临界条件是fs=1/Ts=2fc或者说，当采样间隔一定时，不发生频率混淆的信号最高频率为fc=1/（2Ts）信号能相互混淆的频率为：2.4.2 消除频率混淆的措施：1． 对于频域衰减较快的信号，可用提高采样频率的方法来解决2． 对于频域衰减较慢的信号，可用消除频混滤波器来解决：低通滤波器3． 既采用消除频混滤波器进行滤波，又将采样频率提高到3到5倍2.5 采样技术的讨论解决不失真采样和大数据存储的问题。

1． 常规采样：2． 间歇采样：以丢失模拟信号的部分信息为代价来解决数据存储空间不足的问题3． 变频采样：采样频率可以变化，使测速精度近似不变4． 下采样 。