NO7信号处理电子课件 传感器与检测技术(第2版）.ppt

目录“软件即是仪器”是国家仪器公司提出的虚拟仪器理念的核心思想。从这一思想出发，基于计算机或工作站、软件和I/O 部件来构建虚拟仪器。I/O 部件可以是独立仪器、模块化仪器、数据采集板（DAQ）或传感器。信号处理目录同其他技术相比，虚拟仪器具有以下优势信号处理（1）性能高（2）扩展性强（3）开发时间少（4）无缝集成目录通过熟悉串口信号在检测仪表或模块中的使用，了解RS232 信号的一般功能和使用条件，掌握串口信号处理的使用方法与软件程序的简单编写。知识目标任务一 认识RS232 信号接口目录通过温度显示仪表中的串行口，将温度信号传递给计算机并实时绘制温度变化曲线，通过串行口的实践操作和训练，认识串行口的传输过程，了解信号定义范围和一般使用方法，掌握LabVIEW 语言中有关串行口获取信息的程序编写流程。技能目标任务一 认识RS232 信号接口目录1.虚拟仪器虚拟仪器（virtual instrument，VI）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。一、虚拟仪器和LabVIEW 语言任务一 认识RS232 信号接口目录粗略地说这种结合有两种方式任务一 认识RS232 信号接口（1）一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器（2）另一种方式是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能目录虚拟仪器的主要特点如下任务一 认识RS232 信号接口（1）尽可能采用通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件（2）可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。（3）用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。目录虚拟仪器的发展随着计算机的发展和采用总线方式的不同，可分为以下五种类型。任务一 认识RS232 信号接口GPIB 总线方式的虚拟仪器并行口式虚拟仪器VXI 总线方式虚拟仪器PXI 总线方式虚拟仪器PC 总线方式的插卡型虚拟仪器12345目录虚拟仪器的发展经历了以下过程任务一 认识RS232 信号接口（1 1）GPIB GPIB VSI VSI PXI PXI 总 总线方式，适合大型高精 线方式，适合大型高精度集成系统。度集成系统。（2 2）PC PC 插卡 插卡 并口式 并口式 串口 串口 USB USB 方式，适合于普 方式，适合于普及型的廉价系统。及型的廉价系统。目录2.LabVIEW语言LabVIEW 是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究试验室所接受，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW 集成了与满足GPIB、VXI、RS232 和RS485 协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX 等软件标准的库函数。任务一 认识RS232 信号接口目录一般的LabVIEW 程序任务一 认识RS232 信号接口 在程序运行时显示状态，为人机界面 流程图是程序运行流程前面板 设计程序只需要从工具箱中将相应的部件移至面板中加以连线并设置参数即可完成。流程图工具箱目录任务一 认识RS232 信号接口目录1.串行接口的分类二、串口知识任务一 认识RS232 信号接口串行接口RS232 RS422 RS485通用串行总线RJ45 接口目录2.RS232的串行传输机制任务一 认识RS232 信号接口（11）DCDDCD（2 2）RxD RxD（3 3）TxD TxD（4 4）DTR DTR（5 5）SG SG（6 6）DSR DSR（77）RTSRTS（88）CTSCTS（99）RIRI目录任务一 认识RS232 信号接口目录实训目标电炉上放置一烧杯的清水，使用温度传感器和相应的数显表头检测水的温升曲线，将数显表头中的串口与计算机中的串口连接并使用LabVIEW 软件设计程序记录并显示水的温升曲线。实训一使用带串口的数显表头和虚拟仪器LabVIEW 程序记录水的温升曲线目录实训一使用带串口的数显表头和虚拟仪器LabVIEW 程序记录水的温升曲线目录实训一使用带串口的数显表头和虚拟仪器LabVIEW 程序记录水的温升曲线目录实训一使用带串口的数显表头和虚拟仪器LabVIEW 程序记录水的温升曲线目录实训一使用带串口的数显表头和虚拟仪器LabVIEW 程序记录水的温升曲线目录实训一使用带串口的数显表头和虚拟仪器LabVIEW 程序记录水的温升曲线目录实训一使用带串口的数显表头和虚拟仪器LabVIEW 程序记录水的温升曲线目录实训一使用带串口的数显表头和虚拟仪器LabVIEW 程序记录水的温升曲线目录注意事项（1）连接串口时，应断开电源，否则可能引起串口中的芯片损坏。（2）检测时，热电阻传感器的伸出导线不能与水发生接触。（3）使用电炉加热清水时，应注意安全，不要用手直接接触电炉、烧杯等热体，同时避免被水蒸气烫伤。实训一使用带串口的数显表头和虚拟仪器LabVIEW 程序记录水的温升曲线目录通过熟悉信号接口，了解模拟量转换为数字量的一般功能和使用条件，掌握使用数据采集模块或者数据采集卡进行信号处理的一般原理和方法。知识目标任务二 认识数字量和模拟量的转换目录通过数据采集卡中开关量、数字量和A/D 转换器的实践操作和训练理解，初步认识由模拟量转换为数字量的过程，了解工业中常用的信号转换器的使用方法和一般规程。技能目标任务二 认识数字量和模拟量的转换目录当计算机处理后的数字量输出用于控制执行机构时，由于大多数执行机构，如电动执行机构和气动执行机构等，只能接收模拟量，因此，还必须把数字量转换成模拟量，以便送入执行机构，对被控对象进行控制和调节。前者称为模/数(A/D)转换，后者称为数/模(D/A)转换。实现相应转换功能的设备，称为A/D 转换器和D/A 转换器。一、数/模转换和模/数转换任务二 认识数字量和模拟量的转换目录1.数/模转换任务二 认识数字量和模拟量的转换并行串行目录并行D/A 转换电路是将数字量各位代码同时转换。因此转换速度较快，但使用的元件多，成本高。串行D/A 转换电路，其数字量各位代码是串行输入的，在时钟脉冲的作用下，控制转换电路一位接一位地工作，其转换速度比并行转换慢得多，但电路简单，使用方便。任务二 认识数字量和模拟量的转换目录任务二 认识数字量和模拟量的转换目录D/A 转换电路的主要性能指标有以下几点任务二 认识数字量和模拟量的转换 1.1.2.2.3.3.分辨力绝对精度转换时间目录2.模/数转换A/D 转换就是把连续变化的模拟电量转换成数字量。由于模拟量主要是电压，所以这里主要讨论电压数字的转换。任务二 认识数字量和模拟量的转换目录A/D 转换的分类方法很多，按转换方式，可分为任务二 认识数字量和模拟量的转换直接法间接法目录直接法是把电压直接转换为数字量，如逐次比较型的A/D 转换器。这类转换是瞬时比较，转换速度快，但抗干扰能力差。间接法是先把电压转换成某一中间量，再把中间量转换成数字量。任务二 认识数字量和模拟量的转换目录A/D 转换的方法虽然有多种，但常用的是任务二 认识数字量和模拟量的转换逐次比较型 双积分型目录图7-15 所示是逐次比较型A/D 转换器的简化框图。它是一个具有反馈回路的闭环系统，包括四个基本部分，即D/A 转换器、数码设定器、电压比较器和控制器。任务二 认识数字量和模拟量的转换目录模数转换的主要性能指标有以下几点任务二 认识数字量和模拟量的转换1分辨力2 精度3 转换时间与转换速率目录数据采集（DAQ）又称为数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。二、数据采集任务二 认识数字量和模拟量的转换目录被采集数据是已被转换为电信号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量，但模拟量一般经过数据采集后均转换为数字量供分析或记录软件使用。采集一般是采样方式，即每隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时状态值，也可是某段时间内的一个特征值（如平均值或者均方根值）。任务二 认识数字量和模拟量的转换目录按存储方式和接口形式，数据采集单元分为任务二 认识数字量和模拟量的转换数据采集单元数据采集卡 数据采集模块 数据采集仪表目录1.数据采集卡PCIe-6320PCIe-6320 是国家仪器公司生产的一种工控产品，属于低成本多功能PCI总线卡。任务二 认识数字量和模拟量的转换目录PCIe-6320 的主要功能有以下几个方面。（1）16路单端模拟量输入。（2）16位 A/D 转换器，采样速率可达 250 kHz。（3）每个输入通道的检测电压值有10 V、5 V、1 V0.2V，最大工作电压可达11 V。（4）自动通道/增益扫描。任务二 认识数字量和模拟量的转换目录（5）4096采样 FIFO 缓冲器。（6）最大工作电流20 mA。（7）数字输入/输出接口24个，最大传输率达到1 MHz。（8）具有可编程触发器/定时器。任务二 认识数字量和模拟量的转换目录对数据采集板卡进行编程的方式主要有以下三种任务二 认识数字量和模拟量的转换 1.1.2.2.3.3.软件触发方式中断传输方式DMA 传输方式目录PCIe-6320 的输入/输出端口如图7-17 所示任务二 认识数字量和模拟量的转换目录如此多的输入和输出端口数量难以连接引线，所以一般还要配合相应的端子和连接线，图7-18 所示为与PCIe-6320 相配合的端子和引线。任务二 认识数字量和模拟量的转换目录2.数据采集模块数据采集模块完成的功能和数据采集卡相类似，都能将传感器输出由模拟量转换为数字量进行传输，以及进行各种信号转换。任务二 认识数字量和模拟量的转换目录它们的不同之处在于：数据采集模块以功能单元为基础，可以方便地单独分布于传感器周围和其他任何地方实现转换，并能够将各种转换单元进行组合实现工业网络连接，使用很少的接线就可以实现检测和控制的功能，如图7-19 所示。任务二 认识数字量和模拟量的转换目录如图7-20 所示，在网络中使用一个控制器作为服务器，其他的工业数据采集转换模块作为客户端，使用总线方式进行连接，就可以实现分布式的工业数据采集功能。任务二 认识数字量和模拟量的转换目录实训目标使用电阻尺的模拟输出口与数据采集卡中的模拟量接口相连接，编写LabVIEW 程序使得电阻尺位置数值能够显示于计算机上，通过此项实训，进一步掌握一般传感器模拟量转换的方法和程序编写技巧。实训二 使用数据采集卡模拟量接口传输信号目录实训二 使用数据采集卡模拟量接口传输信号目录实训二 使用数据采集卡模拟量接口传输信号目录实训二 使用数据采集卡模拟量接口传输信号目录注意事项（1）信号连接接线应该采用屏蔽双绞线，由于信号电流很小，可以采用小线径（如0.12 mm2）的铜导线；连接接线时，应断开电源，否则可能引起数据采集卡或者变送模块损坏。实训二 使用数据采集卡模拟量接口传输信号目录（2）编写软件时，可以通过项目浏览器或者在菜单栏上的新建项目选项，在程序规范中生成exe 格式的可执行文件，脱离LabVIEW 进行检测。编写软件时，尽量找到相近的例程，通过改变某些参数进行设计，这样既可以减少工作量，又可以深入理解其中的工作原理和正确的编程方法。事实上，国家仪器公司提倡这种程序设计手段，在其网页上有大量的例程可供选择。实训二 使用数据采集卡模拟量接口传输信号目录（3）使用电阻尺传感器时，应避免将电阻尺拉至极限位置，或者大力快速移动电阻尺拉杆，以免损伤电阻尺。实训二 使用数据采集卡模拟量接口传输信号目录思考与练习1.在本项目任务一中，使用波形图显示只能实时地表现温升曲线。请思考和查找相关的方法，将串口数据输入至某个文件中或者输入至Excel 等形成数据表文件进行记录。2.请搜集一些资料，针对本项目任务二中的实训任务，使用某一种数据采集卡制定一个应用方案。思考与练习