数据采集与处理技术

会计学1数据采集与处理技术4.1

数据采集系统概述第1页/共51页在现代生产过程中，需要对大量的过程参数进行观测、记录与分析，这就要求对过程参数进行检测，然后根据获得的数据作出相应的处理，以便人们对系统运行情况进行了解和决策，这就是数据采集与处理，所构成的系统也就是数据采集系统（SDA）。一、数据采集系统的概念微机数据采集系统的并任不务对就生是产过对程生实产施现场自的动过控程制参，数不定对生时进产行过检程测产、生记直录接、影存响。储、打印、制表、显示及越线报警。第2页/共51页二、数据采集系统的任务分采1.它集辨决的率定模和了拟精对量度A/D转通换道器数的位数要求。

采它样决周定期了系统的结构。2.选取采样周期时要考虑信号处理中采样周期和闭环控制系统的采样周期。.3第3页/共51页三、设计数据采集系统应考虑的问题4.2

模拟数据采集技术第4页/共51页多如路图采所样示开为关8路、模采拟样电保压持自器动、巡回/DA转换数器据等采构集成系了统的ADS。数据输入通道。一、模拟数据采集电路t8路模拟电压自动巡回数据采集系统第5页/共51页（12）延查时询方式（）方式方式断DMA中43第6页/共51页二、模拟数据采集软件的流程图.1数据采集控制方式t延时方式时ADC0809与8051的接口电路第7页/共51页t查询方式时ADC0809与8051的接口电路第8页/共51页t中断方式时ADC0809与8051的接口电路第9页/共51页tDMA方式的接口电路第10页/共51页2.数据采集软件流程图主程序和键盘中断程序第11页/共51页定时中断第12页/共51页和（2常1）规可的用自模各动拟种修系程正统序各相代种比替误，硬差计件，算电提机路高数，测据甚量处至精理完度系全统不对于系统中的各类误差，如非线性误差、温度误差、零点漂移误差、随即误差等，都可实现找出其规律，采用软件的方法加以修正。具需有要如硬下件优。点从：而大大降低系统成本。（4）能够实现对传感器和测量装置的监控，提高系统的可靠性。（）能够对被测参数进行复杂的计算和处理。3第13页/共51页三、模拟量数据采集的处理方法计.b.a根算据要法物求就理的是和精在工度已程，测实确参际定数求DA/转的出换基被器础测的上参位，数数，利的用数并各学设种表计运达出算式相程；应序计算出需要的参数。用计算法处理数据一般可按以下步骤进行：根据被测参数的数学表达式，进行相.c 应的数据处理。的硬件电路；第14页/共51页线.11）性计化算处法理程序设计若如测热量电数偶据，与其转输换出的电电势信E与号被有测明温确度的T之数间学为表非达线式性，关且系该，表可达用式一又个多便项于计式算表，示则：可利用计算机强大的计算功能将该表达式转换为线性关系后再进行计算。项数和系数取决于热电偶类型和测量范围，一般n≤4。第15页/共51页这时，只要由里向外逐次计算，就可把一个高次非线性方程的运算简化了。对可作如下变换第16页/共51页又如孔板流量计测出的差压△P和流量Q之间关系为：对于这种开平方的非线性关系常用牛顿迭代公式进行线性化处理。其迭代公式为：K为系数常用的牛顿迭代初值是y0=（1+x）/2，当yn和之间的误差随着迭代次数减小到规定值时，就停止运算。第17页/共51页第18页/共51页有些非线性参数不能用一般算术运算计算出来时，可采用查表法。即预先编制一张表格，把具有非线性关系的参数按一定顺序置于表内，然后通过查表程序根据被测参数的值最终查出所需的结果。常用的查表法有：2）查表法顺序查表法计算查表法对分查表法第19页/共51页·

顺序查表法顺序查表法的步骤如下：（1）设定表格的起始地址。（2）设定表格的长度。（3）设定要搜索的关键字。

（4）从表格的第一项开始，比较表格数据和关键字，进行数据搜索第。20页/共51页·

计算查表法■■■计算查表法适用于数据按一定的规律排列，并且搜索内容和表格数据地址之间的关系能用公式表示的有序表格。例如：设计一巡回检测报警装置，要求能对16个通道输入值进行比较，当某一通道输入值超过该路的报警值时，发出报警信号。第21页/共51页通道值和报警值的存放地·

对分查表法

对分查表法是先取数据中的中间值(N/2的值,N为数据总数)与要搜索的x值进行比较,若相等,则搜到,若不相等,则根据查找值的大小继续进行,如果x大于N/2值,则下一次取N/2～N的中值与x比较,若x小于N/2处的值,则取0～N/2的中值进逼近要搜索的关键字,直到找到为止。行比较,如此第22逐页/共次51页3）折线法（线性插值法）第23页/共51页在曲实线际斜工率作变中化，越有小许，多替非代线直性线关越系逼只近能特通性过曲一线条，曲则线折来线表法示带，来对的于误这差种就场越合小可。用因折此线，法折及线非法线适用性插于值斜逼率近变法化来不解大决的。特性曲线的线性化。插值基点取得越多，替代直线越逼近实际的曲线，插值计算的误差就越小。因此，只要插值基点足够多，就可以获得足够的精度。图为某热电偶温度T－热电势E的关系曲线。若将曲线分成若干段，把相邻分段点用折线连接起来，用折线代替曲线，则为直线方程关系。EX

－测量热电势；TX

－待求的温度；En-1、En—折线段两端热电势；Tn-1、Tn

－折线段两端温度值；热电偶T-E关系折线近似法第24页/共51页将等·距曲等分线距段分法段就的法是方沿法或主轴要方有向两等种距：离选取分段点。这种方法的优点是使公式中的为常数，从而简化计算，率变化较大时，将会产生一定的误差；否则必须把基点细分，这样将占据更多内存，影响计算进度。节省内存。yx缺点是当函数的曲率和斜第25页/共51页·非非等等距距分分段段法法是根据曲线的形状及其变化率的大小来修正差之间的距离，曲线变化大的，插值间距取小一些；反之去大一点。即各分段点间是不等距的。第26页/共51页这种方法的优点是可以提高精度，但插值点的选取比较麻烦。一般A/D转换后得到的数字量，不一定具有原来物理量的量纲。必须把它变换成带有量纲的数值后才能运算，显示或打印输出，这种转换就是标度变换。第27页/共51页）1前线提性条参件数是的被标测度参变数换值与D/A转换结果为线性关系。线性标度变换的公式为2.工程量标度变换、AmAx为为A0实测际量测仪量表值的；上下限；、为测量值所对应的数字量。小值；最大最的量字数后换D/A转0N为xNmN第28页/共51页例某温度测量仪表的量程为200～800℃，对应模拟信号为1～5V，采用线性热电阻测温。用８位A/D转换器，当输入是０～５Ｖ时的输出是00H～FFH。设某一时刻计算机采集到的数字量为99H，对其进行工程量线性转换。解：已知Am＝800℃,

A0＝200℃,

Nm=FFH=255D,Nx=99H=153D,

在温度为200℃时，因检测所得模拟电压为1V，相应的数字量为N0=255/5=51D,所以对数字量99H的工程量线性转换结果为第29页/共51页例如当用差压变送器来测量流量时，由于差压与流量的平方成正比（）。这样，实际流量Ｑ与差压变送器并经A/D转换后的测量值xN成平方根关系。这时可采用如下计算公式：Am,A0xQ为一实次际测量仪值表（的工上程下量限）；

为测量值所对应的数字量。；量字数的应对限下上表仪xNNm,N0第30页/共51页2）非线性参数的标度变换3.3.上下限检查第31页/共51页数１字)数滤字波滤是波一是种用软程件序程实序现滤的波，，无与需模增拟加滤硬波设器备相，比而，且数滤波字滤器波（有滤以波下程优序点）：可多通道共享，降低了开发成本。第32页/共51页四、数字滤波２３))数字滤波可以对根低据频信信号号的（不如同以01Hz0.，下采）取实不现同滤的波滤，波克方服法了或模滤拟波滤参波数器，的使缺用陷方。便灵活。第33页/共51页４)数字滤波由于不用硬件设备，各回路间不存在阻抗匹配等问题，故可靠性高，稳定性好。1）算术平均值滤波Nix为采第样i次次采数样；值；第34页/共51页y为N个采样值的算术平均值；（1）平均值滤波程序设计在N次采样值中，突出最近几次采样值在平均值中所占比重，这种方法称为加权平均滤波方法。加权平均滤波算法为：Nix为采第样i次次采数样；值；为加权系数对选取要求：；值出输波iC滤,的值样采N次iCy2）加权平均值滤波第35页/共51页中位值滤波的原理是对被测参数连续采样N次（N取奇数），并按大小顺序排列，再取中间值作为本次采样的有效数据。中位值滤波能有效地滤除由于偶然因素引起采样值波动的脉冲干扰，对变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。第36页/共51页（2）中位值滤波限幅滤波的方法是考虑到被测参数在两次采样时间间隔内，一般最大变化的增量△(Y以绝对值表示)总是在一定的范围内，如果前后两次采样值的实际增量│Yk-Yk-1│≤△Y，则认为是正常的，否则认为是干扰造成的，则用上次的采样值代替本次采样。由此得限幅滤波的算法为（3）限幅滤波第37页/共51页第38页/共51页在模拟量输入通道中，常用一阶低通滤波器来消弱干扰，惯性滤波运算公式源于CR低通滤波器的传递函数后向差分离散化处理得（4）惯性滤波第39页/共51页整理后得式中称为滤波系数，且；第40页/共51页Txk为采本样次周采期样；输为Tf入滤；波yk、器yk-1为时本间次常和数上；次滤波输出。为了进一步提高滤波效果，可以把两种不同的数字滤波器组合起来，构成复合数字滤波器。如把算术平均滤波和中值滤波组合起来。即先找出N个采样值的最大值xmax和最小值xmin,使得然后对剩下的N-2个采样值求算术平均值（5）复合滤波第41页/共51页1.输入位数大于输出位数第42页/共51页当在输计入算器机件中精通度过比移输位出的器方件法精实度现高上述时，处如理过采用程位01是非D/A转换常器容采易样的，。而设把输处入理值后存的放位01在二NIH_和进L_IN内制存数单通元过中位8，A/D转换器后输的出输，出就值会存出放现在输TUO内存入单位数元大中于。输则出实位现数该的位情长况变。化的程序如下：五、输入输出数据字长的处理CLR第43页/共51页；清进位标A,IN_H志位；输入值右移一位C

MOVRRCAA,IN_LMOVRRCACCLRMOV；输入值右移一位A,IN_HARRCMOVRRCMOVA,IN_LA

A,TUO；保存转换结果输2.当出输前位入数器8大件于精入输度入比位输XXXXXXXX；数出器件精度低时，如采用8位A/D转换器采样，而通过10位D/A转换器进行输出，就会出现输入位数大于输出位数的情况。输出位数大于输入位数的最好的处理方法是：将8位数左移两位构成10位数，10位数的最低两位用“0”填充。如：转换后的位输出值：。00XXXXXXXX01第44页/共51页4.3

开关数据采集技术8路开关数据采集系电路一、开关数据采集电路第45页/共51页二、开关数据采集软件的一般结构第46页/共51页1.无条件开关数据采样无条件开关数据采样是一种常用的方式，只要用如下两条指令即可。MOVDPTR,#0DFFFHMOVXA@DPTR