13传感器信号采集与处理技术（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（铁道版·2018）

第二节 数据采集装置的结构配置 第三节 多路模拟开关和采样/保持器 第13章 传感器信号采集与处理技术 第一节 传感器数据采集装置的功能 第五节 数据采集系统设计 第六节 数字滤波技术 第四节 数据采集装置的技术性能 学 习 要 求 1、了解传感器数据采集装置的功能和结构 2、了解多路模拟开关的作用和应用 3、了解采样/保持器的作用和性能 4、掌握数据采集装置的基本性能特点 5、掌握数据采集系统设计的基本原则和 一般步骤 第一节 传感器数据采集装置的功能 数据采集装置：对多个被测参量进行自动连续检测、集中监视、数字显示和打印制表 第二节 数据采集装置的结构配置 2.1 多路扫描数据采集结构 多路输入信号共享一个测量放大器 各路信号输入均配以各自的测量放大器 2.2 多路数据并行采集结构 适用范围：高速的数据采集装置 第三节 多路模拟开关和采样/保持器 3.1 多路模拟开关 多路模拟开关的主要技术指标: (1) 导通电阻和关断电阻 (2) 通道数 (3) 最大输入电压 (4) 切换速度 AD7501原理图 EN A2 A1 A0 选通路数 1 0 0 0 1 1 0 0 1 2 1 0 1 0 3 1 0 1 1 4 1 1 0 0 5 1 1 0 1 6 1 1 1 0 7 1 1 1 1 8 0 × × × 无 AD7501真值表 AD7506原理图 3.2 采样/保持器 采样保持电路是为了保证模拟信号高精度转换为数字信号的电路。 采样保持器工作方式示意图 1．采样保持器工作原理 目前，采样保持电路已有集成电路，保持电容为外接器件，这样可以方便用户根据需要进行选择。 2．采样保持器集成电路AD582 AD582集成电路是由高性能运算放大器、低泄漏电阻的模拟开关和一个高输入阻抗放大器组成。 AD582管脚功能说明如下： （1）＋IN，－IN为模拟输入端； （2）＋LIN，－LIN为逻辑输入端; （3）两个RW端为调零端，可外接一电位器； （4）CH为外接保持电容端； （5）OUTPUT为信号输出端； （6）VCC，VSS为电源端，可分别接＋15V和－15V。 AD582的主要特性是： （1）采样时间较短，最短可达6s； （2）保持电容充电电流与保持电容在保持工作 方式时的漏电流之比可达107，反映该保持器的 性能好，信号采样精度高； （3）输入信号的幅度范围大，最高可达VCC－ VSS，适合于12位A/D转换器的采样； （4）模拟信号和数字信号相互隔离，提高了抗 干扰能力。 第四节 数据采集装置的技术性能 4.1 分辨率与精度 数据采集装置常常要求高分辨率和高精度。 在组成数据采集装置的各单元中，A/D转换器对 数据采集的分辨率和精度起着重要的作用。 A／D转换器的位数越高，数据采集的分辨率和精度也越高。 4.2 采样速度 采样速度是数据采集装置重要的技术指标之一， 数据采集装置的速度主要是由功能元件的延时决定， 其中A／D转换器转换时间起着最主要的作用。 举例说明 第五节 数据采集系统设计 5.1 数据采集系统设计的基本原则 数据采集系统 硬件 软件 1. 硬件设计的基本原则 （1）经济合理 （2）安全可靠 （3）有足够的抗干扰能力 2. 软件设计的基本原则 （1）结构合理 （2）操作性能好 （3）具有一定的保护措施 （4）提高程序的执行速度 可以采用下面的方法来提高程序的执行速度 1）不要将通道选择指令包括在循环体内 2）尽量采用高级语言与汇编语言混合编程 （5）给出必要的程序说明 5.2 系统设计的一般步骤 1. 分析问题和确定任务 2. 确定采样周期TS 3. 系统总体设计 （1）进行硬件和软件的功能分配 （2）系统A／D通道方案的确定 （3）确定微型计算机的配置方案 （4）操作面板的设计 （5）系统抗干扰设计 4. 硬件和软件的设计 5. 系统联调 第六节 数字滤波技术 数字滤波：通过一定的计算程序，对采集的数据进 行某种处理，从而消除或减弱干扰噪声的影响，提高 测量的可靠性和精度。 数字滤波技术优点： （1）不需要增加硬件设备，节省硬件成本 （2）可靠性好 （3）使用灵活 （4）功能强 （5）不会丢失原始数据 6.1 算术平均值法 N＝8算术平均值法程序流程图 y:N次测量的平均值 :第i次的测量值 N:测量次数 6.2 移动平均滤波（递推平均滤波） 移动平均滤波程序框图 :为第n次采样值经滤波后的输出 :为未经滤波的第n-i次采样值 N:为递推平均项数 6.3 加权平均滤波 N项加权递推平均滤波算法为: 式中， 为常数