计算机控制系统-4-数据采集与处理技术-分析优秀PPT.ppt

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1、 第第4 4章章 数据采集与处理技术数据采集与处理技术主要内容：主要内容：介绍数据采集系统中的一些基本概念、数据采介绍数据采集系统中的一些基本概念、数据采 集的一般方法、数据处理技术、传感器与变送集的一般方法、数据处理技术、传感器与变送 器、智能仪表技术器、智能仪表技术 重点：重点：数据采集与数据采集与处处理系理系统设计统设计 难点：难点：数据采集与数据采集与处处理系理系统设计统设计实现与理解实现与理解本讲内容本讲内容1传感器、变送器的实际应用。2了解模拟量采集程序和数字量采集程序 的编程方法。3 采样数据的数字滤波、采样数据中奇 异项的剔除及采样数据的平滑处理。数据采集（Data acqui

2、sition）是以传感器、信号的测量与处理、微型计算机等先进技术为基础而形成的一门综合应用技术，好用型很强。数据采集不仅涉及到采样基本理论的应用，还涉及各种芯片的运用、数据采集系统的组成、系统的抗干扰、程序的编制调试等工程应用问题。4.1 数据采集与处理技术概述数据采集与处理技术概述传感器的组成 敏感元件干脆感受被测物理量(力)，并对被测量进行转换输出(应变)；转换元件将敏感元件的输出转换成便于传输和测量的电参量(电阻)或电信号；调理电路则对转换元件输出的信号进行放大、滤波、运算、调制等，以便于实现远距离传输、显示、记录和限制；协助电源为调理电路和转换元件供应稳定的工作电源。4.1.1 传感器

3、概述 有些传感器由敏感元件和转换元件组成。如电感式压力传感器由膜盒和电感线圈组成，膜盒是敏感元件，电感线圈是转换元件。有些传感器不只一个敏感元件。如应变式密度传感器，浮子先将被测液体的密度转换成浮力变化，浮力作用在悬臂梁上使梁产生变形，粘贴在悬臂梁上的电阻应变片再将梁的变形转换成电阻量变化。敏感元件与转换元件之间并无严格的界限。如热电偶传感器干脆将被测温度转换成热电势输出，热电偶既是敏感元件，又是转换元件，也不须要信号调理电路和协助电源。4.1.1 传感器概述按能量关系(被测量与输出电信号的关系)分类能量转换型：干脆将被测量转换为电信号(电压等)。(发电型)例如：热电偶传感器，压电式传感器。能

4、量控制型：先将被测量转换为电参量(电阻等)，在(电参量型)外部辅助电源作用下才能输出电信号。例如：应变式传感器，电容式传感器。传感器的分类4.1.1 传感器概述传感器检测原理 举例：测量压力的电位器式压力传感器举例：测量压力的电位器式压力传感器 1-弹簧管弹簧管 2-电位器电位器结结合合上上述述工工作作原原理理，能能否否将将上上图图方方框框图图中中的的内内容容具体化？具体化？电位器式压力传感器原理框图4.1.1 传感器概述弹簧管放大图 当被测压力当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移

5、。角位移。4.1.1 传感器概述压力传感器的外形及内部结构4.1.1 传感器概述多数状况下都要利用变送器来把传感器的输出转换成遵循统一标准的模拟量或者数字多数状况下都要利用变送器来把传感器的输出转换成遵循统一标准的模拟量或者数字多数状况下都要利用变送器来把传感器的输出转换成遵循统一标准的模拟量或者数字多数状况下都要利用变送器来把传感器的输出转换成遵循统一标准的模拟量或者数字量输出信号，量输出信号，量输出信号，量输出信号，送到显示装置以指针、数字、曲线等形式把被测量显示出来，或者同时送到限制器再送到显示装置以指针、数字、曲线等形式把被测量显示出来，或者同时送到限制器再送到显示装置以指针、数字、曲

6、线等形式把被测量显示出来，或者同时送到限制器再送到显示装置以指针、数字、曲线等形式把被测量显示出来，或者同时送到限制器再通过执行器对其实现限制。通过执行器对其实现限制。通过执行器对其实现限制。通过执行器对其实现限制。国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）规定：规定：过程限制系统的模拟电流信号是过程限制系统的模拟电流信号是4mA-20mA，电压为，电压为1VDC-5VDC。仪表所在区域仪表所在区域现现场场区区域域 一一次次仪仪表表、执执行行机机构构所所在在地地二二次次仪仪表表、安安全全栅栅所所在在地地控控制制室室区区域域 4.1.2 变送器概述变送器概述传感器传感器传感器传感器的作用是基于各种

7、自然规律和基础效应的前提下，把被测变量转化为一个与之成对应的作用是基于各种自然规律和基础效应的前提下，把被测变量转化为一个与之成对应的作用是基于各种自然规律和基础效应的前提下，把被测变量转化为一个与之成对应的作用是基于各种自然规律和基础效应的前提下，把被测变量转化为一个与之成对应关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、电阻、频率、位移、力等等。关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、电阻、频率、位移、力等等。关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、电阻、频率、位移、力等等。关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、电阻、频率、位移、力等等。但传感器的输出信号种类很多、信号微弱并伴有非线性，因此，

8、除了部分单纯以显示为目的的检测系统之外，但传感器的输出信号种类很多、信号微弱并伴有非线性，因此，除了部分单纯以显示为目的的检测系统之外，但传感器的输出信号种类很多、信号微弱并伴有非线性，因此，除了部分单纯以显示为目的的检测系统之外，但传感器的输出信号种类很多、信号微弱并伴有非线性，因此，除了部分单纯以显示为目的的检测系统之外，位移位移力矩力矩HzAmV被测被测变量变量被测对象被测对象Pam3传感器传感器变送器变送器显示、限制显示、限制仪表仪表(装置装置)420mA010mA15VDC数字通信数字通信微弱信号微弱信号微弱信号微弱信号非线性非线性非线性非线性参数检测的基本过程参数检测的基本过程传感

9、器、变送器可以是一体的（多数），也可以使分别的传感器、变送器可以是一体的（多数），也可以使分别的传感器、变送器一体的检测仪表通常统称为传感器、变送器一体的检测仪表通常统称为*变送器变送器参数检测时，传感器是必需的，变送器是不确定的参数检测时，传感器是必需的，变送器是不确定的什么时候不须要变送器什么时候不须要变送器你认为变送器应当具备哪些特征？你认为变送器应当具备哪些特征？稳定稳定单值对应单值对应线性线性4.1.2 变送器概述变送器概述一、一、一、一、变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的输入输出特性通常是指变送器的输入输

10、出特性通常是指变送器的输入输出特性通常是指变送器的输入输出特性通常是指包括敏感元件和变送环节的整体特性包括敏感元件和变送环节的整体特性包括敏感元件和变送环节的整体特性包括敏感元件和变送环节的整体特性 变送器的志向输入输出特性变送器的志向输入输出特性变送器的志向输入输出特性变送器的志向输入输出特性 x xmaxmax和和和和x xminmin分别为变送器测量范围的上限值和下限值分别为变送器测量范围的上限值和下限值分别为变送器测量范围的上限值和下限值分别为变送器测量范围的上限值和下限值y ymaxmax和和和和y yminmin分别为变送器输出信号的上限值和下限值分别为变送器输出信号的上限值和下限

11、值分别为变送器输出信号的上限值和下限值分别为变送器输出信号的上限值和下限值模拟式模拟式模拟式模拟式变送器变送器变送器变送器：y ymaxmax和和和和y yminmin为统一标准信号的上限值和下限值为统一标准信号的上限值和下限值为统一标准信号的上限值和下限值为统一标准信号的上限值和下限值智能式变送器：智能式变送器：智能式变送器：智能式变送器：y ymaxmax和和和和y yminmin为输出数字信号的上限值和下限值为输出数字信号的上限值和下限值为输出数字信号的上限值和下限值为输出数字信号的上限值和下限值 变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输出特性变送器基本的输入输

12、出特性yminymax0(xmin)xmaxyx输出输出输出输出输入输入输入输入4.1.2 变送器概述变送器概述一、一、一、一、变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理 模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原理x测量部分测量部分Kizi放大器放大器Koy反馈部分反馈部分Kfzf+零点调整零点调整零点迁移零点迁移+z0测量部分测量部分测量部分测量部分放大器放大器放大器放大器 反馈部分反馈部分反馈部分反馈部分 模拟式模拟式模拟式模拟式变送器的组成变送器的组成变送器的组成变送器的组成：关键

13、环节关键环节关键环节关键环节：变送器的变送器的变送器的变送器的输入输出关系输入输出关系输入输出关系输入输出关系：4.1.2 变送器概述变送器概述一、一、一、一、变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理当满足当满足当满足当满足KoKf 1KoKf 1的条件时：的条件时：的条件时：的条件时：xKiziKoyKfzf+z0变送器的变送器的变送器的变送器的输入输出关系输入输出关系输入输出关系输入输出关系：模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原理4.1.2 变送器概述变送器概述一、一、一、一、

14、变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的变送器的变送器的变送器的输入输出关系输入输出关系输入输出关系输入输出关系：xKiziKoyKfzf+z0 模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原理4.1.2 变送器概述变送器概述一、一、一、一、变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的变送器的变送器的变送器的输入输出关系输入输出关系输入输出关系输入输出关系：xKiziKoyKfzf+z0假如已有假如已有假如已有假如已

15、有 ymin ymin，ymax ymax 与与与与 xmin xmin，xmax xmax ，如何调整？，如何调整？，如何调整？，如何调整？调整调整调整调整KiKi、KfKf可以变更线性关系的斜率，调试会影响零点可以变更线性关系的斜率，调试会影响零点可以变更线性关系的斜率，调试会影响零点可以变更线性关系的斜率，调试会影响零点调整调整调整调整z0z0可以变更零点，同时也会引起线性关系的平移可以变更零点，同时也会引起线性关系的平移可以变更零点，同时也会引起线性关系的平移可以变更零点，同时也会引起线性关系的平移 模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原理模拟式变送器的构成原

16、理4.1.2 变送器概述变送器概述一、一、一、一、变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理 数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理x检测元件检测元件A/D转换转换CPU通信电路通信电路数字信号数字信号存储器存储器一般形式一般形式一般形式一般形式x检测元件检测元件A/D转换转换CPU通信电路通信电路FSK信号信号存储器存储器D/A转换转换接受接受接受接受HARTHART协议协议协议协议通信方式通信方式通信方式通信方式 在一条电缆上同在一条电缆上同在一条电缆上同在一条电缆上同 时传输两

17、种信号：时传输两种信号：时传输两种信号：时传输两种信号：4 420mADC20mADC模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号 数字信号数字信号数字信号数字信号HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议4.1.2 变送器概述变送器概述一、一、一、一、变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理 数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理数字式变送器软件部分包括数字式变送器软件部分包括数字式变送器软件部分包括数字式变

18、送器软件部分包括:A/DA/DA/DA/D采样程序采样程序采样程序采样程序 量程转换程序量程转换程序量程转换程序量程转换程序 工程量变换程序工程量变换程序工程量变换程序工程量变换程序 滤波滤波滤波滤波程序程序程序程序 误差校正程序误差校正程序误差校正程序误差校正程序 D/A D/A D/A D/A输出程序输出程序输出程序输出程序 通讯程序通讯程序通讯程序通讯程序 协助功能协助功能协助功能协助功能程序程序程序程序x检测元件检测元件A/D转换转换CPU通信电路通信电路FSK信号信号存储器存储器D/A转换转换接受接受接受接受HARTHART协议协议协议协议通信方式通信方式通信方式通信方式 在一条电缆

19、上同在一条电缆上同在一条电缆上同在一条电缆上同 时传输两种信号：时传输两种信号：时传输两种信号：时传输两种信号：4 420mADC20mADC模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号 数字信号数字信号数字信号数字信号4.1.2 变送器概述变送器概述二、二、二、二、变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题 量程调整量程调整量程调整量程调整 变送器的调整变送器的调整变送器的调整变送器的调整使变送器输出信号上限值使变送器输出信号上限值使变送器输出信号上限值使变送器输出信号上限值y ymaxmax与测量范围上限值与测量范围上限值与测量范围上限值与测量范围上限值x xmaxmax相对应相

20、对应相对应相对应 xyxminxmaxyminymax也就是变更变送器也就是变更变送器 输输出出信信号号y与与输输入入信信号号x 之间的比例系数之间的比例系数 量程调整相当于量程调整相当于 变更变送器的变更变送器的 输入输出特性的斜率，输入输出特性的斜率，4.1.2 变送器概述变送器概述二、二、二、二、变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题 量程调整量程调整量程调整量程调整 变送器的调整变送器的调整变送器的调整变送器的调整使变送器输出信号上限值使变送器输出信号上限值使变送器输出信号上限值使变送器输出信号上限值y ymaxmax与测量范围上限值与测量范围上限值与测量范围

21、上限值与测量范围上限值x xmaxmax相对应相对应相对应相对应 xyxminxmaxyminymax变更反馈部分的反馈系数变更反馈部分的反馈系数变更反馈部分的反馈系数变更反馈部分的反馈系数Kf Kf 变更测量部分的转换系数变更测量部分的转换系数变更测量部分的转换系数变更测量部分的转换系数Ki Ki 模拟式变送器的量程调整方法：模拟式变送器的量程调整方法：模拟式变送器的量程调整方法：模拟式变送器的量程调整方法：Kf 量程量程 Ki 量程量程 数字数字数字数字式变送器式变送器式变送器式变送器量程调整方法：量程调整方法：量程调整方法：量程调整方法：软件实现软件实现软件实现软件实现 4.1.2 变送

22、器概述变送器概述二、二、二、二、变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题 零点零点零点零点调整调整调整调整 变送器的调整变送器的调整变送器的调整变送器的调整xy0 xmaxyminymax零点调整的方法：零点调整的方法：零点调整的方法：零点调整的方法：模拟变送器：模拟变送器：模拟变送器：模拟变送器：调调调调Z Z0 0数字变送器：软件数字变送器：软件数字变送器：软件数字变送器：软件使变送器输出信号下限值使变送器输出信号下限值使变送器输出信号下限值使变送器输出信号下限值y yminmin与测量范围下限值与测量范围下限值与测量范围下限值与测量范围下限值x xminmin=0

23、=0相对应相对应相对应相对应 4.1.2 变送器概述变送器概述二、二、二、二、变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题 零点迁移零点迁移零点迁移零点迁移 变送器的调整变送器的调整变送器的调整变送器的调整使变送器输出信号下限值使变送器输出信号下限值使变送器输出信号下限值使变送器输出信号下限值y yminmin与测量范围下限值与测量范围下限值与测量范围下限值与测量范围下限值x xminmin相对应，相对应，相对应，相对应，在在在在x xminmin=0=0时，称为零点调整；在时，称为零点调整；在时，称为零点调整；在时，称为零点调整；在x xminmin00时，称为零点迁移。

24、时，称为零点迁移。时，称为零点迁移。时，称为零点迁移。xyxmaxyminymax0 xminxmaxxminxmax当测量的起始点当测量的起始点当测量的起始点当测量的起始点 由零变为某一负值，由零变为某一负值，由零变为某一负值，由零变为某一负值，称为称为称为称为负迁移负迁移负迁移负迁移。零点迁移的方法：零点迁移的方法：零点迁移的方法：零点迁移的方法：模拟变送器：模拟变送器：模拟变送器：模拟变送器：调调调调Z Z0 0 数字变送器：软件数字变送器：软件数字变送器：软件数字变送器：软件当测量的起始点当测量的起始点当测量的起始点当测量的起始点 由零变为某一正值，由零变为某一正值，由零变为某一正值，

25、由零变为某一正值，称为称为称为称为正迁移正迁移正迁移正迁移；4.1.2 变送器概述变送器概述 零点迁移零点迁移零点迁移零点迁移 变送器的调整变送器的调整变送器的调整变送器的调整xyxmaxyminymax0 xminxmaxxminxmax 量程调整量程调整量程调整量程调整二、二、二、二、变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题xy0 xmaxyminymaxxyxminxmaxyminymax 零点零点零点零点调整调整调整调整4.1.2 变送器概述变送器概述二、二、二、二、变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题 变送器的线性化变送器的线性化变

26、送器的线性化变送器的线性化 模拟式变送器模拟式变送器模拟式变送器模拟式变送器非线性补偿方法非线性补偿方法非线性补偿方法非线性补偿方法使反馈部分与使反馈部分与使反馈部分与使反馈部分与 传感器组件具有传感器组件具有传感器组件具有传感器组件具有 相同的非线性特性相同的非线性特性相同的非线性特性相同的非线性特性 使测量部分与使测量部分与使测量部分与使测量部分与 传感器组件具有传感器组件具有传感器组件具有传感器组件具有 相反的非线性特性相反的非线性特性相反的非线性特性相反的非线性特性 数字式变送器数字式变送器数字式变送器数字式变送器非线性补偿方法非线性补偿方法非线性补偿方法非线性补偿方法:软件实现软件实

27、现软件实现软件实现 4.1.2 变送器概述变送器概述二、二、二、二、变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题 变送器的信号传输方式变送器的信号传输方式变送器的信号传输方式变送器的信号传输方式 气动变送器气动变送器气动变送器气动变送器：两根气动管线（气源和信号）两根气动管线（气源和信号）两根气动管线（气源和信号）两根气动管线（气源和信号）电动模拟式变送器电动模拟式变送器电动模拟式变送器电动模拟式变送器：二线制二线制二线制二线制 四线制四线制四线制四线制 数字式变送器数字式变送器数字式变送器数字式变送器：双向双向双向双向全数字量传输信号全数字量传输信号全数字量传输信号全数字

28、量传输信号 HARTHART通讯通讯通讯通讯协议方式协议方式协议方式协议方式4.1.2 变送器概述变送器概述RLErrIo+VT二线制二线制变送器变送器(250-2r)24V420mA二、二、二、二、变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题 变送器的信号传输方式变送器的信号传输方式变送器的信号传输方式变送器的信号传输方式电动模拟式变送器电动模拟式变送器电动模拟式变送器电动模拟式变送器的信号传输方式的信号传输方式的信号传输方式的信号传输方式 四线制四线制四线制四线制：供电电源和输出供电电源和输出供电电源和输出供电电源和输出电流电流电流电流信号分别用二根导线传输信号分别用二

29、根导线传输信号分别用二根导线传输信号分别用二根导线传输 二线制二线制二线制二线制：供电供电供电供电电源和输出电流信号同时电源和输出电流信号同时电源和输出电流信号同时电源和输出电流信号同时用用用用二根导线传二根导线传二根导线传二根导线传输输输输RLIo电源电源四线制四线制变送器变送器25024VDC420mADC4.1.2 变送器概述变送器概述二、二、二、二、变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题变送器的共性问题 变送器的信号传输方式变送器的信号传输方式变送器的信号传输方式变送器的信号传输方式电动模拟式变送器电动模拟式变送器电动模拟式变送器电动模拟式变送器的信号传输方式的信号传输方式的

30、信号传输方式的信号传输方式二线制的优点：二线制的优点：二线制的优点：二线制的优点：节约连接电缆、有利于平安防爆和抗干扰节约连接电缆、有利于平安防爆和抗干扰节约连接电缆、有利于平安防爆和抗干扰节约连接电缆、有利于平安防爆和抗干扰二线制变送器的使用条件：二线制变送器的使用条件：二线制变送器的使用条件：二线制变送器的使用条件：工作电流：工作电流：工作电流：工作电流：工作电压：工作电压：工作电压：工作电压：二二二二次次次次仪仪仪仪表表表表2 2 2 2二二二二次次次次仪仪仪仪表表表表1 1 1 1+目前大多数变送器目前大多数变送器目前大多数变送器目前大多数变送器均为二线制变送器均为二线制变送器均为二线

31、制变送器均为二线制变送器RLErrIo+VT二线制二线制变送器变送器(250-2r)24V420mA两线制变送器由于信号起点电流为4mA.DC，为变送器供应了静态工作电流，同时仪表电气零点为4mA.DC，不与机械零点重合，这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障。而且两线制还便于运用平安栅,利于平安防爆。4.1.2 变送器概述变送器概述 28数控车床数控车床数控车床数控车床限制面板限制面板限制面板限制面板 防护罩防护罩防护罩防护罩排屑机排屑机排屑机排屑机冷却液箱冷却液箱冷却液箱冷却液箱 4.1.3 4.1.3 数据采集的工程应用实例数据采集的工程应用实例数据采集的工程应用实例数据采集的工程应用

32、实例 29自动驾驶汽车自动驾驶汽车自动驾驶汽车自动驾驶汽车 4.1.3 4.1.3 数据采集的工程应用实例数据采集的工程应用实例数据采集的工程应用实例数据采集的工程应用实例 30图图图图4.1-1 4.1-1 微型计算机数据采集系统微型计算机数据采集系统微型计算机数据采集系统微型计算机数据采集系统放大放大放大放大 器器器器采采采采样样样样/保保保保持持持持器器器器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器A A/D D转转转转换换换换器器器器计计计计算算算算机机机机显示器显示器显示器显示器打印机打印机打印机打印机绘图机绘图机绘图机绘图机定时与逻辑控制定时与逻辑控制

33、定时与逻辑控制定时与逻辑控制接接接接口口口口被被被被测测测测物物物物理理理理量量量量数字信号数字信号数字信号数字信号开关信号开关信号开关信号开关信号多路开关多路开关多路开关多路开关传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器4.1.4 4.1.4 数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式 微型计算机数据采集系统微型计算机数据采集系统微型计算机数据采集系统微型计算机数据采集系统 31模拟量模拟量模拟量模拟量输入输入输入输入模拟量模拟量模拟量模拟量输入输入输入输入模拟量模拟量模拟量模拟量输入输入输入输入数字量数字量数字量数字量输入输入输入输入数字量数字量数字量数字量

34、输入输入输入输入数字量数字量数字量数字量输入输入输入输入RS-485RS-485RS-485RS-485生生生生产产产产现现现现场场场场生生生生产产产产现现现现场场场场生生生生产产产产现现现现场场场场数据数据数据数据采集采集采集采集 站站站站数据数据数据数据采集采集采集采集 站站站站数据数据数据数据采集采集采集采集 站站站站通信接口通信接口通信接口通信接口上位机上位机上位机上位机图图图图4.1-2 4.1-2 集散型数据采集系统集散型数据采集系统集散型数据采集系统集散型数据采集系统4.1.4 4.1.4 数据采集系统的结构形式数据采集系统的结构形式 4.2.1 多路模拟信号数据采集多路模拟信号

35、数据采集以以8 8路模拟路模拟量接受量接受AD574AAD574A为为例例CD4051口地址口地址：bff8HbfffHAD574A启动口地址启动口地址：7fffH读读AD574A高高8位口地址位口地址：7ffeH读读AD574A低低4位口地址位口地址：7fffH1、电路电路可以接受延时、查询、中断三种方式可以接受延时、查询、中断三种方式4.2 模模拟数据采集技术拟数据采集技术2、实现实现8路模拟量巡回检测路模拟量巡回检测程序程序unsigned int RAD8;main()unsigned char xdata*pCD4051，*pRH，*pRL ；IT0=1；EX0=1；EA=1；pCD

36、4051=0 xbff8；pRL=0 x7fff；while(1)；AD574A()interrupt 0 unsigned char order=0;RADorder=*pRH*16+*pRL&15；if(order+=7)order=0;pCD4051=0 xbff8；pCD4051+；*pRL=0；/*8路转换结果数组*/*序次*/*8路指针、读结果指针*/*INT0负跳变恳求中断*/*允许INT0中断*/*指向0路*/*pCD4051=0；*pRL=0；/*等待*/*启动AD574A*/*接通0路*/*指向AD574A*/*开中断*/*pCD4051=0；/*获得并保存转换结果*/*指

37、向下一路*/*若8路完毕，重新起先*/*接通下一路*/*启动AD574A*/pRH=0 x7ffe；4.2 模模拟数据采集技术拟数据采集技术1、有效性检查、有效性检查4.2.2 模拟量数据采集软件的流程图（略）模拟量数据采集软件的流程图（略）检查被测量是否在信号标准的上下限值范围内。包括：有效性检查与数字滤波技术包括：有效性检查与数字滤波技术4.2.3 模拟量数据采集的预处理方法模拟量数据采集的预处理方法 所谓数字滤波，就是通过确定的计算或推断程序削减干所谓数字滤波，就是通过确定的计算或推断程序削减干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波

38、。与模拟滤波器相比，有以下几个优点与模拟滤波器相比，有以下几个优点:(1)(1)数字滤波是用程序实现的，不须要增加硬设备，所以牢数字滤波是用程序实现的，不须要增加硬设备，所以牢靠性高，稳定性好。靠性高，稳定性好。(2)(2)数字滤波可以对频率很低数字滤波可以对频率很低(如如0.01HZ)0.01HZ)的信号实现滤波，的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷。克服了模拟滤波器的缺陷。(3)(3)数字滤波器可以依据信号的不同，接受不同的滤波方法数字滤波器可以依据信号的不同，接受不同的滤波方法或滤波参数，具有敏捷、便利、功能强的特点。或滤波参数，具有敏捷、便利、功能强的特点。主要数字滤波算法：主要数字

39、滤波算法：算术平均值法、中位值滤波法、加权平均滤波算术平均值法、中位值滤波法、加权平均滤波 2 数字滤波技术数字滤波技术 算术平均值法是对输入的N个采样数据xi(i=1N)，找寻这样一个y，使y与各采样值间的偏差的平方和为最小，使由一元函数求极值原理可得：算术平均值法例：某压力仪表采样数据如下：1234567891024252027246024252623序 号采样值采样数据明显存在被干扰现象（彩色数据）。接受算术平均值滤波后，其采样值为：Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+26+23)/10=28干扰被平均到采样值中去了 特点1）、N值确定了信号平滑度和灵敏度。随着N的增大

40、，平滑度提高，灵敏度降低。应当视具体状况选择N，以便得到满足的滤波效果。2）、对每次采样值给出相同的加权系数，即1/N。在不同采样时刻采集数据受到同样重视。事实上某些场合须要增加新采样值在平均值中的比重，可接受加权平均值滤波法。滤波公式为：3）、平均值滤波法一般适用于具有周期性干扰噪声的信号，但对偶然出现的脉冲干扰信号，滤波效果尚不志向。中位值滤波法中位值滤波法 中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样m次(m3)且是奇数，并按大小依次排列；再取中间值作为本次采样的有效数据。特点:中位值滤波法对脉冲干扰信号等偶然因素引发的干扰有良好的滤波效果。如对温度、液位等变更缓慢的被测参数接受此法会收到良好

41、的滤波效果；对流量、速度等快速变更的参数一般不宜接受中位值滤波法。中值滤波中值滤波 FLT10：MOV A，R2 ；R2R3否?CLR C SUBB A，R3 JC FLT11；R2R3，交换 XCH A，R3 MOV R2，AFLT11：MOV A，R3；R3R4否?CLR C SUBB A，R4 JCFLT12 ；R3R4，交换 XCH A，R3 XCH A，R4 ；R3R2否?CLRC SUBB A，R2 JNC FLT12 ；R3R2，结束 MOV A，R2 ；否则R2为中值 MOV R3，A ；中值送入R3FLT12：RET中值滤波程序主要中值滤波程序主要由数据排序和取中间值由数据排

42、序和取中间值两部分组成。数据排序两部分组成。数据排序可接受几种常规的排序可接受几种常规的排序方法，如冒泡法、沉底方法，如冒泡法、沉底法等。下面给出一个中法等。下面给出一个中值滤波程序的实例。值滤波程序的实例。该中值滤波程序采该中值滤波程序采样次数样次数N选为选为3，三次采，三次采样后的数据分别存放在样后的数据分别存放在R2，R3，R4中，执行之中，执行之后，中值放在后，中值放在R3。抗脉冲干扰平均值滤波法抗脉冲干扰平均值滤波法 中位值滤波法和平均值滤波法结合起来运用，滤波效果会更好。即在每个采样周期，先用中位值滤波法得到m个滤波值，再对这m个滤波值进行算术平均，得到可用的被测参数。123456

43、789242520272460242526例：某压力仪表采样数据如下：序 号采样值采样数据明显存在被干扰现象（彩色数据）。接受去脉冲干扰平均值滤波后，其采样值为：25.33对1、2、3次采样中位值滤波后值：24对4、5、6次采样中位值滤波后值：27对7、8、9次采样中位值滤波后值：25123456789242520272460242526例：某压力仪表采样数据如下：序 号采样值采样数据明显存在被干扰现象（彩色数据）。剩下七个采样值用干扰平均值滤波，平均值为：25去掉最小值：20去掉最大值：60滑动平均滤波滑动平均滤波滑动平均滤波法把n个测量数据看成一个队列，队列的长度固定为n，每进行一次新的采

44、样，把测量结果放入队尾，而去掉原来队首的一个数据，这样在队列中始终有n个“最新”的数据。然后把队列中的n个数据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果。滑动平均值滤波对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低；但对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用差，不易消退由于脉冲干扰引起的采样值的偏差，因此它不适用于脉冲干扰比较严峻的场合，而适用于高频振荡系统。上述各种平均滤波法中，每次采样在平均结果中的上述各种平均滤波法中，每次采样在平均结果中的比重是均等的。为了增加最终一次（或某一次）在平均比重是均等的。为了增加最终一次（或某一次）在平均结果中的比重，以增加实时性，可接受加权平均滤波结果中的比重，以增

45、加实时性，可接受加权平均滤波 加权平均滤波加权平均滤波 所谓加权平均的含义是指参与平均运算的各采样值按不同的比例进行相加求均。加权系数一般先小后大，以突出后若干次采样的作用，加强系统对参数变更趋势的辨识。N项加权平均滤波的算法为：式中 C0，C1，CN1为常数，它们的选取有多种方法，但应满足 C0 C1 CN1 1 WEIGHT:MOV R0，#DATA；清CLRA MOVR2，03HLOOP:MOV R0，A INC R0 DJNZ R2，LOOP MOV R5，#SAMP ；采样值首址送R5 MOV R6，#COEFF ；系数首址送R6 MOV R1，#PRODT ；乘积首址送R1 MOV

46、 R2，#N ；滤波数据项数送R2LOOP1:ACLL MULT21 ；计算CkYk，最低字节为小数部分设采样值已存于内部设采样值已存于内部RAM中中SAMP起先的单元中，采样值为双起先的单元中，采样值为双字节，加权系数字节，加权系数Ck为二位小数，扩大为二位小数，扩大256倍变成整数后，以二进制倍变成整数后，以二进制形式存于形式存于COEFF起先的单元中。起先的单元中。程序中调用双字节乘以单字节的程序中调用双字节乘以单字节的乘法子程序乘法子程序MULT21，R5指出被乘数低位地址，指出被乘数低位地址，R6指出乘数地址，指出乘数地址，乘积放在乘积放在PRODT起先的三个单元中，由起先的三个单元

47、中，由R1指出。运算结果去掉最指出。运算结果去掉最低字节后即为滤波值，存于低字节后即为滤波值，存于DATA起先的单元中。起先的单元中。MOV R0，#DATA；累加 MOV R7，#03HCLR C LOOP2:MOV A，R0 ADDC A，R1 MOV R0，A INC R0 INC R1 DJNZ R7，LOOP2 INC R5 ；修正 INCR5 INCR6 DJNZR2，LOOP1 RET开关量的软件抗干扰技术开关量的软件抗干扰技术1.开关量(数字量)信号输入抗干扰措施 干扰信号多呈毛刺状，作用时间短，利用这一特点，我们在采集某一开关量信号时，可多次重复采集，直到连续两次或两次以上结果完全一样方为有效。2.开关量(数字量)信号输出抗干扰措施 在软件上，最为有效的方法就是重复输出同一个数据。只要有可能，其重复周期尽可能短些。输出设备是电位限制型还是同步锁存型，对干扰的敏感性相差较大。前者有良好的抗“毛刺”干扰实力，后者不耐干扰，当锁存线上出现干扰时，它就会盲目锁存当前的数据，也不管此时数据是否有效。