数据采集系统基本组成

数据采集(DAQ)基础知识本文介绍了数据采集系统的各个组成部分，并解释各个部分最重要的准则。

本文也定义了用于基于PC 的数据采集系统组成部分的许多通用术语。

简介现今，在实验室研究、测试和测量以及工业自动化领域中，绝大多数科研人员和工程师使用配有PCI、PXI/CompactPCI、PCMCIA、USB、IEEE1394、ISA、并行或串行接口的个人电脑（PC）采集数据。

许多应用使用插入式设备采集数据并把数据直接传送到计算机内存中，而在一些其它应用中数据采集硬件和PC 分离，通过并行或串行接口和PC相连。

从基于PC的数据采集系统中获取适当的结果取决于图示一中的各项组成部分：PC、传感器、信号调理、数据采集硬件和软件。

1. 个人电脑(PC)数据采集系统所使用的计算机会极大地影响连续采集数据的最大速度，而当今的技术已可以使用Pent ium和PowerPC级的处理器，它们能结合更高性能的PCI、PXI/CompactPCI和IEEE1394（火线）总线以及传统的ISA总线和USB总线。

PCI总线和USB接口是目前绝大多数台式计算机的标准设备，而ISA总线已不再经常使用。

随着PCMCIA、USB和IEEE 1394的出现，为基于桌面PC的数据采集系统提供了一种更为灵活的总线替代选择。

对于使用RS-232或RS-485串口通信的远程数据采集应用，串口通信的速率常常会使数据吞吐量受到限制。

在选择数据采集设备和总线方式时，请记住您所选择的设备和总线所能支持的数据传输方式。

计算机的数据传送能力会极大地影响数据采集系统的性能。

所有PC都具有可编程I/O和中断传送方式。

目前绝大多数个人电脑可以使用直接内存访问（Direct memory access，DMA）传送方式，它使用专门的硬件把数据直接传送到计算机内存，从而提高了系统的数据吞吐量。

采用这种方式后，处理器不需要控制数据的传送，因此它就可以用来处理更复杂的工作。

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)系统即数据采集和监控系统，它是电网调度自动化系统的基础和核心，负责采集和处理电力系统运行中的各种实时和非实时数据，是电网调度中心各种应用软件主要的数据来源。

SCADA 系统包括实时数据采集、数据通信、SCADA 系统支撑平台、前置子系统、后台子系统等。

数据采集包括反映物理过程特征的数据的产生，数据发送、接收和数据处理；监视控制不仅包括对物理过程的直接控制，还包括管理性控制，只下发调控指令，由厂站端或者下级调度人工调控。

通常数据采集装置和控制装置安放在厂站端，与主站端监控系统并不在一起，所以要实现数据采集和直接控制功能需要双向数据通信，普通认为数据采集是信号上行的通信，而直接控制是信号下行的通信。

一个 SCADA 系统通常由一个主站和多个子站(远方终端装置 RTU 或者变电站综合自动化系统) 组成。

主站通常在调度控制中心 (主站端) ，子站安装在变电站或者发电厂(厂站端) ，主站通过远动通道或者广域网实现与子站的通信，完成数据采集和监视控制。

国分为五级调度，主站除接收子站信息，还以数据通信方式接受从下级调度控制中心主站转发来的信息，又向上级调度控制中心主站转发本站的信息。

厂站端是 SCADA 系统的实时数据源，又是进行控制的目的地。

SCADA 所采集的数据包括摹拟量测量 (又称为“遥测”)，状态测点 (又称为“遥信”) 和脉冲累加量 (又称为“遥脉”)。

SCADA 系统的主站分为前置子系统和后台子系统，二者通过局域网相联相互进行通信。

前置子系统主要完成与厂站端及其它调度控制中心的通信，并将获得的数据发送给后台子系统。

后台子系统进行数据处理。

SCADA 把这些最近扫描的已经处理的反映被监视系统状态的数据存储在数据库中。

画面联结数据库，于是画面就直观地给出该系统状态的正确景象。

SCADA 为每一个量测量赋予一个状态和记录数值的变化趋势，当设备处于不正常状态或者运行限值已被超过时通知调度员。

目录摘要 (3)引言 (5)第一章数据采集系统的概述 (6)1.1 数据采集系统基本概述 (6)1.1.1 数据采集 (6)1.1.2 数据采集系统的分类 (6)1.1.3 数据采集系统的基本功能 (7)1.1.4 数据采集系统的结构形式 (7)第二章数据采集系统整体设计 (8)2.1 硬件设计原则 (8)2.2 软件设计原则 (8)第三章数据采集系统的硬件设计 (9)3.1 系统工作原理 (9)3.2 硬件工作原理 (9)3.2.1 CPU处理核心模块(STC89C52) (9)3.2.2 DS18B20温度传感器模块 (11)3.3 电路设计 (14)3.3.1 CPU处理模块 (14)3.3.2 显示电路 (15)3.3.3 通信电路 (15)3.3.4 复位电路 (15)3.3.5 温度采集电路 (16)3.3.6 晶振电路 (16)3.3.7 警报电路 (17)第四章数据采集系统的软件设计 (18)4.1 汇编语言和Keil C51 (18)4.2 主程序 (19)4.3 各程序 (19)4.3.1 显示子程序 (19)4.3.2 温度子程序 (20)第五章总结 (21)参考文献 (22)附录：程序 (23)摘要本次设计主要基于单片机STC89C52单片机的多点数据采集，该系统由硬件部分和软件部分组成。

硬件部分是由信号接收、信号采集、AD转换和信号发送四部分组成。

系统以单片机为核心，将被测信号转换为能够被单片机所识别的信号输入单片机实现数据采集。

被测信号一般为模拟数据和数字数据两大类。

主机发送的模拟信号经过AD0809的转换，模拟信号经量化后得到离散的值，即数字信号。

在方案的选择中，主机可以用单片机、ARM、电脑等，采用单片机做主机部分，通信距离会比较短，所以使用上拉电阻通过上拉的作用给信号线提供一个驱动电压，使之传输更稳定，传输距离更远，用来抵消线路中内阻对信号的损耗。

关键词：STC89C52；信号接收；信号采集；A/D转换AbstractThis design is mainly based on single-chip microcontroller STC89C52 multi-point data acquisition, this system is consists of hardware and software components. Hardware part is consists of four parts as signal receiving, signal acquisition, AD transform and signal sending. This System is based on single-chip microcontroller, which is being measured signals converted to what can be single-chip microcontroller identification of the signal input data acquisition.Measured signal is divided into two types of commonly simulation data and digital data.The analog signal sending by the mainframe is changed over through AD0809, then the analog signals via discrete values quantified, namely the digital signal.In the choice of case, mainframe can be MCU, ARM, computers and so on, using the monolithic as the mainframe will make a short communication distance, as the result, we use pull-up resistors to pull through the role of signal lines provide a driving voltage, make transmission more stable, the transmission distance is farther, and offset circuit impedance to signal loss.Key words：STC89C52, signal receiving, signal acquisition, A/D transform引言温度是一种最基本的环境参数，人们的生活与环境的温度息息相关，工业和农业生产中得许多场合对温度有严格的要求，如温室养殖场和冷冻室等，随着科学技术的进步，单片机及相关电子技术飞速发展，应用领域不断拓展，利用单片机和传感器实现对温度的精确测量，提高了生产的自动化程度，成本低廉，应用十分广泛，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。

第八章 IOServer数据采集系统8.1概述KingSCADA的采集系统是指负责和现场设备进行通讯，并采集现场数据和控制现场数据的模块，称之为采集器，也叫IOServer应用。

IOServer应用有设备、变量、链路、网络配置、采集模型、非线性表、存储配置七部分组成。

IOServer依赖于IOServer驱动，通过驱动与IO设备进行通讯。

通讯链路：通讯链路是指计算机通过什么途径和设备进行连接。

链路类别：串口、以太网、OPC。

设备：是通过串口、接口板等方式与KingSCADA的数据采集系统进行数据信息交换的外部数字设备，包括可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）、回路控制器、远程终端单元（RTU）、智能仪表、板卡、变频器等等。

IOServer运行的时候，可以与OPC服务器、DDE服务器通讯，采集服务器上的数据。

采集系统由服务器、组、数据项组成。

服务器：服务器对象（Server）拥有服务器的所有信息，同时也是组对象（Group）的容器。

组对象（Group）拥有本组的所有信息，同时包容并逻辑组织OPC数据项（Item）。

OPC组：OPC组对象（Group）提供了客户组织数据的一种方法。

客户可对之进行读写，还可设置客户端的数据更新速率。

当服务器缓冲区内数据发生改变时，OPC将向客户发出通知，客户得到通知后再进行必要的处理，而无需浪费大量的时间进行查询。

OPC规范定义了两种组对象：公共组和局部组（私有组）。

公共组由多个客户共有，局部组只隶属于一个OPC客户。

一般说来，客户和服务器的一对连接只需定义一个组对象。

数据项：在每个组对象中，客户可以加入多个OPC数据项（Item）。

8.2新建IOServer应用“新建”是为工程建立一个硬盘中不存在的“IOServer应用”。

在工程设计器的主界面，选择“文件”菜单的“新建工程”选项或工具栏的“新建”按钮，弹出如下图8-1所示的“新建应用”的界面，“新建应用”对话框的详细介绍请参考本手册第二章的2.2.1 新建工程/新建应用中的介绍。

数据采集与处理技术试卷⼀、绪论（⼀）、1、“数据采集”是指什么？将温度、压⼒、流量、位移等模拟量经测量转换电路输出电量后再采集转换成数字量后,再由PC 机进⾏存储、处理、显⽰或打印的过程。

2、数据采集系统的组成?由数据输⼊通道，数据存储与管理，数据处理,数据输出及显⽰这五个部分组成。

3、数据采集系统性能的好坏的参数？取决于它的精度和速度。

4、数据采集系统具有的功能是什么?(１）、数据采集，(2）、信号调理,(３）、⼆次数据计算,（4）、屏幕显⽰,(５)、数据存储，（６）、打印输出，(7)、⼈机联系。

5、数据处理系统的分类？分为预处理和⼆次处理两种；即为实时（在线)处理和事后（脱机）处理。

6、集散式控制系统的典型的三级结构?⼀种是⼀般的微型计算机数据采集系统，⼀种是直接数字控制型计算机数据采集系统，还有⼀种是集散型数据采集系统。

７、控制⽹络与数据⽹络的结合的优点?实现信号的远程传送与异地远程⾃动控制。

（⼆)、问答题：1、数据采集的任务是什么?数据采集系统的任务:就是传感器输出信号转换为数字信号,送⼊⼯业控制机机处理,得出所需的数据。

同时显⽰、储存或打印，以便实现对某些物理量的监视，还将被⽣产过程中的PC机控制系统⽤来控制某些物理量。

2、微型计算机数据采集系统的特点是（1）、系统结构简单;（2）、微型计算机对环境要求不⾼;(3)、微型计算机的价格低廉，降低了数据采集系统的成本；(4)、微型计算机数据采集系统可作为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模板及软件齐全，易构成系统,便于使⽤和维修;3、简述数据采集系统的基本结构形式,并⽐较其特点？（１）、⼀般微型计算机数据采集与处理系统是由传感器、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。

（2)、直接数字控制型数据采集与处理系统(DＤＣ）是既可对⽣产过程中的各个参数进⾏巡回检测，还可根据检测结果,按照⼀定的算法，计算出执⾏器应该的状态(继电器的通断、阀门的位置、电机的转速等)，完成⾃动控制的任务。

SCADA系统介绍SCADA系统是工控领域的一个重要应用形态，是一种基于现代信息处理技术及监测技术实现生产过程自动化控制和数据管理的系统，可以实现生产设备的远程监测和控制。

本文将对SCADA系统的定义、功能、组成部分、原理及应用领域等进行详细介绍。

一、 SCADA系统的定义SCADA是英文Supervisory Control And Data Acquisition系统的简称，也叫作监控与数据采集系统。

SCADA系统是一种应用于工业生产控制领域的现代化自动化系统。

SCADA系统通过远程数据采集和数据传输技术，实现了对生产设备的远程监测、控制和管理，其主要功能包括数据采集、数据处理、数据存储、报警和自动控制等。

二、 SCADA系统的功能SCADA系统在企业生产中的主要功能是实现生产设备的远程监测和控制，包括以下几个方面的功能：1、远程监测：通过远程传输数据技术，实时监测生产现场的各项参数数据，如温度、湿度、压力、流量、浓度、电流、电压等。

2、远程控制：通过远程控制技术，远程控制生产线上的各项设备，包括开关灯、开关机、调节温度、调节压力等。

3、数据记录：自动记录生产现场的各项参数数据，并进行存储，便于历史数据的查询和统计分析。

4、报警提示：根据预设的参数阈值，当生产现场某些参数出现异常时，及时发出报警提示，以保障生产设备的安全运行。

三、 SCADA系统的组成部分SCADA系统分为两个主要部分:前端和后端。

前端负责数据采集、数据处理、监视等工作，后端负责数据存储、统计分析、报警处理等工作。

下面将对SCADA系统的组成部分进行详细介绍。

1、前端前端包括数据采集设备、人机界面和通信模块等几个部分。

（1）数据采集设备数据采集设备通常由传感器、信号处理器、数据采集卡、数据采集仪器等组成。

传感器主要负责测量生产现场各项参数，信号处理器则负责对传感器采样的模拟信号进行处理，并将处理后的信号转化为数字量信号，数字量信号经过数据采集卡转化为计算机能够识别的信号，最后数据采集仪器将数据发送到计算机，供后续处理使用。

第三章数据采集系统基本原理第一节数据采集系统基本组成⒈传感器:将被测的物理量转换成电压信号送至仪器输入电路。

⒉仪器输入电路：传感器与仪器之间的匹配电路，它作为传感器的输出负载必须具有足够高的输入阻抗，同时它的输出信号作为仪器的输入信号，要求它具有非常小的输出阻抗。

仪器输入电路对共模干扰信号具有很强的抑制能力，即具有很高的共轭抑制比。

图3-1 数据采集系统的基本组成框图⒊低噪声前置放大器：对检测到的微弱电信号给以固定增益的放大，由于该放大器位于仪器一系列电路的前端，它的噪声是仪器整体系统噪声的主要提供者，因此任何电子仪器测量系统的前置放大器都必须是低噪声电路。

⒋电模拟滤波器①低切滤波器：用来去除低频干扰信号，在地震勘探工作中低频干扰信号主要是指面波信号。

②高切滤波器：它用来去除高频干扰，在数字信息采集系统中，一般都设置采样开关，这样高切滤波器主要用来去除信号中不满足采样定理的假频成分，假频信号的频率是信号中比折叠频率还高的高频成分。

③陷波器：它用来除去50Hz的工业频率干扰。

⒌多路采样开关：在一个采样周期之内，对全部各路信号按先后顺序分别采样一次，将多路系统转换为单路系统，实现多路合一；同时将连续的模拟信号转换为离散的模拟子样脉冲。

⒍模数转换器：则将每一个子样脉冲电压转换为二进制代码。

⒎数据记录系统：将二进制代码按照国际专业技术组织的规定，进行编排和编码，编排主要是将一定长度的二进制数据编排成便于计算机数据处理的字节形式；编码则是为了数据写读的方便，针对数码“1”和“0”对磁带剩余磁通的变化方式所作出的规定。

第二节 输入电路和低噪声前置放大器一、差动放大器输入电路A 1和A 2的输出分别为V 1和V 2，它们可表示为，2111i W FOi W FOV R R V RR V ⋅-⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=1221i W FOi W FO V R R V RR V ⋅-⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=放大器A 3具备输入平衡条件，它的输出V 0表示为()()2121021i i fFW FO f FV V R R R R V V R R V -⋅⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=-⋅-=闭环增益为： fF W FO i i F R R R R V V V K ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=-=21210由于该电路具有很高的输入阻抗和共模抑制比，许多数字地震仪的输入电路都采用了该形式的电路。

远程数据采集与监控系统的设计随着科技的不断进步，远程数据采集与监控系统的需求越来越高。

这种系统可以将实时数据从远程设备采集到中心控制台，并通过互联网进行数据通信和传输。

远程数据采集与监控系统广泛运用于农业、石油、环保、水务等行业，在生产管理、资源配置、安全监控等领域发挥着重要作用。

一、系统组成远程数据采集与监控系统主要由客户端、服务器和远程设备三部分组成。

客户端是指用户通过界面操作进行数据处理、监控管理的计算机软件。

服务器是指系统中的主控制中心，负责采集、储存、处理和传输数据。

远程设备是指位于采集现场的各种测量、控制仪器和传感器。

二、设计要求在设计远程数据采集与监控系统时，需要考虑以下要求：1.实时性：在数据采集和传输过程中，需要保证实时性，确保采集到的数据及时送达到中心控制台。

2.稳定性：系统需要保证稳定的数据传输和存储，确保数据不丢失或被恶意攻击。

3.安全性：系统需要采取一系列安全措施，如身份验证、加密传输等，确保数据不被黑客窃取或篡改。

4.灵活性：系统需要灵活适应不同的应用场景，可以根据实际需求进行定制化设置。

三、系统架构远程数据采集与监控系统需要采用分层架构，将整个系统分成若干个层次，每个层次负责不同的功能，降低系统的耦合度，提高系统的可扩展性。

1.物理层：负责接入远程设备，采集设备信号，并将信号转换成数字信号。

2.传输层：负责将采集到的数据通过互联网传输到服务器，通常采用TCP/IP协议。

3.网络层：负责路由选择和地址转化，确保数据从源到达目的地。

4.传输协议层：负责数据的编码、解码和错误检测。

5.应用层：负责数据的处理、分析和管理，在客户端上进行实时监控和数据报表制作。

四、实现方案基于以上架构，我们可以采用以下实现方案：1.物理层：使用现场总线技术，如Modbus协议、Profibus等；或者采用现代化的传感器网络，如WiFi、ZigBee等。

2.传输层：通过建立VPN虚拟专用网络，确保数据传输过程中的安全性和稳定性。