数据采集系统——计算机测控系统

第一章1.1测控系统的概念测控系统是现代检测技术与现代控制技术发展的必然和现实的需要，是以检测为基础，以传输途径，以处理为手段，以控制为目的的闭环系统。

测控系统的基本构成由四个部分构成：传感检测部分：感知信息（传感技术、检测技术）信息处理部分：处理信息（人工智能、模式识别）信息传输部分：传输信息（有线、无线通信及网络技术）信息控制部分：控制信息（现代控制技术）1.3测控系统的基本特点❖设备软件化：简化硬件、缩小体积、降低功耗、提高可靠性。

❖过程智能化：以计算技术和人工智能为核心。

❖高度灵活性：实现组态化、标准化、分布式。

❖高度实时性：采集、传输、处理、控制高速化。

❖高度可视性：图形编程、三维技术、虚拟现实。

❖测控一体化：测量、控制、管理。

二、测控系统的分类和组成（ppt图10页）1.检测系统又称数据采集系统。

以通用计算或嵌入式计算系统为核心，单纯实现系统信号的检测、处理、记录和显示为目的的系统。

2.控制系统以通用计算机或嵌入式计算系统为核心，单纯以实现控制为目的的系统。

3. 测控系统以通用计算机或嵌入式计算机系统为核心，以实现检测、传输、处理和控制为目的的系统4. 局域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在局部区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统5. 广域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在大范区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统四、测控技术的发展方向◆微型化：向微机电系统方向发展◆网络化：向无线网、自组织网、物联网、泛在网方向发展◆智能化：向人工智能化方向发展◆虚拟化：向虚拟现实方向发展测控系统的网络化（1）有线测控网络工业总线、局域网络、广域网（2）无线测控网络ADhoc自组织网络、传感网（3）混合测控网络物联网、泛在网第二章MEMS器件的封装要求(1)封装应对传感器芯片提供一个或多个环境通路(接口)；(2)封装给传感器带来的应力要尽可能的小；(3)封装与封装材料不应对应用环境造成不良影响；(4)封装应保护传感器及其电子器件免遭不利环境的影响；(5)封装必须提供与外界的通道。

计算机测控系统包含的量化过程
计算机测控系统的量化过程通常包含以下几个步骤：
1. 传感器采集：使用传感器、仪表等设备将待测量的物理量转化为电信号或数字信号。

2. 信号处理：将采集到的信号进行放大、滤波、增益调节、数字化等处理，使其适合输入到计算机系统中。

3. 数据采集：计算机通过数据采集卡、模拟输入模块等设备接收处理后的信号，将其转化为计算机可识别的数据。

4. 数据存储：将采集到的数据存储在计算机的内存或硬盘中，以备后续处理和分析。

5. 数据处理：利用计算机系统中的算法和软件对采集到的数据进行分析、计算、整理等操作，得出所需的测量结果。

6. 结果显示：将处理后的测量结果以图形、数值、报表等形式显示在计算机屏幕、打印机或其他输出设备上。

7. 控制反馈：根据测量结果，计算机系统可以进行反馈控制，通过输出控制信号控制被测对象的运动、温度、压力等参数。

以上步骤是通常的量化过程，实际情况可能有所不同，具体应根据实际应用和系统架构进行调整。

数据采集系统的设计姓名：专业：指导老师：学号：前言数据采集是从一个或多个信号获取对象信息的过程。

随着微型计算机技术的飞速发展和普及，数据采集监测已成为日益重要的检测技术，广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。

数据采集是工业控制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统。

本实验采用89C51系列单片机，89C51系列单片机基于简化的嵌入式控制系统结构，具有体积小、重量轻，具有很强的灵活性，并采用AD0809模数转换芯片，具有很高的稳定性，且节约成本。

（一）、数据采集系统的基本介绍1.1 数据采集系统的简介数据采集系统一般包括模拟信号的输入输出通道和数字信号的输入输出通道。

数据采集系统的输入又称为数据的收集；数据采集系统的输出又称为数据的分配。

1.2数据采集系统的分类数据采集系统的结构形式多种多样，用途和功能也各不相同，常见的分类方法有以下几种：根据数据采集系统的功能分类：数据收集和数据分配；根据数据采集系统适应环境分类：隔离型和非隔离型，集中式和分布式，高速、中速和低速型；根据数据采集系统的控制功能分类：智能化数据采集系统，非智能化数据采集系统；根据模拟信号的性质分类：电压信号和电流信号，高电平信号和低电平信号，单端输入(SE)和差动输入(DE)，单极性和双极性；根据信号通道的结构方式分类：单通道方式，多通道方式。

1.3数据采集系统的基本功能数据采集系统的任务，具体地说，就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机，根据不同的需要由计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。

与此同时，将计算得到的数根进行显示和打印，以便实现对某些物理量的监视。

1.4数据采集系统的结构形式从硬件力向来看，白前数据采集系统的结构形式主要有两种：一种是微型计算机数据采集系统；另一种是集散型数据采集系统。

一．概述1.计算机测控技术的含义：是传感技术，自动控制技术，计算机技术，通信技术，计算机网络技术，智能技术和数据库管理技术综合发展的产物。

2.计算机测控系统的含义：是以测量与控制为目的，在无人直接参与的情况下，应用计算机测控技术实现目标对象的数据采集，信息处理，决策控制，监督管理的综合自动化系统。

3.测试系统特点：网络化，多功能，智能化，易操作，可靠性高等。

4.测控系统的基本组成：测控对象；测控系统硬件（测试主机，检测与执行机构，过程通道，通信与网络接口，人机接口）；测控系统软件（数据采集，分析及处理，控制决策，控制输出，监控报警，数据通信系统管理）5.典型的测控系统：1）基于处理器的测控系统；2）基于工控机的测控系统；3）集散控制系统（DCS）；4）基于现场总线的测控系统；5）工业以太网测控系统；6）基于无线通信的测控系统；7）基于Internet的网络测控系统。

6.微处理器化测控系统的组成：嵌入式微处理器（最核心），外围硬件设备，接口部件及软件。

特点：1）功能丰富，性价比高；2）结构紧凑，可靠性高；3）具有自测试和自诊断功能；4）系统自动化水平高；5）系统能实现复杂的运算和控制功能；6）系统的人机对话能力强；7）系统构成柔性化。

7.集散控制系统（DCS）：体系机构按垂直分解通常分为三级：第一级即分散过程控制级（基础）；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。

集散控制系统特点：1）采用分级递阶结构；2）采用微处理器技术；3）采用工业以太网络通信技术；4）采用高可靠性技术；5）具有丰富的软件功能。

8.现场总线控制系统（FTS）是以现场总线为基础，是开放式，数字化，多点，铜线的网络化控制系统。

FCS的特点：1）全数字化；2）系统开放性；3）互操作与互换性；4）现场是被智能化，功能自治；5）高度分散性；6）高度环境适应性；7）低成本；8）信息系统化。

9.测控系统发展趋势：测控系统的智能化，网络换，虚拟化，多样化，标准化。

119. 测控技术中的数据采集系统如何设计？119、测控技术中的数据采集系统如何设计？在测控技术领域，数据采集系统是获取和处理各种物理量、环境参数等信息的关键环节。

它就像是一双敏锐的眼睛，能够捕捉到我们所需的各种数据，并将其转化为有价值的信息，为后续的分析、控制和决策提供坚实的基础。

那么，如何设计一个高效、准确且可靠的数据采集系统呢？首先，我们需要明确数据采集系统的需求和目标。

这包括要采集哪些类型的数据，比如温度、压力、湿度、电流、电压等等；采集的频率是多少，是每秒采集几次还是每分钟采集几次；数据的精度要求有多高，是精确到小数点后几位；以及数据的存储和传输方式等。

只有清楚地了解这些需求，才能为后续的设计工作指明方向。

在确定了需求之后，接下来就是选择合适的传感器。

传感器是数据采集系统的“触角”，它负责将物理量转化为电信号。

不同的传感器适用于不同的测量对象和测量范围。

例如，测量温度可以使用热电偶、热敏电阻或红外传感器；测量压力可以使用应变式压力传感器、电容式压力传感器等。

在选择传感器时，需要考虑测量范围、精度、响应时间、稳定性、可靠性以及成本等因素。

同时，还要确保传感器能够与后续的信号调理电路和数据采集设备兼容。

信号调理电路是数据采集系统中的重要组成部分。

传感器输出的电信号往往比较微弱、含有噪声或者是非标准的信号形式，需要经过信号调理电路进行放大、滤波、线性化等处理，以提高信号的质量和可用性。

放大电路可以将微弱的信号放大到合适的幅度，便于后续的处理；滤波电路可以去除信号中的噪声和干扰，提高信号的纯度；线性化电路则可以将非线性的传感器输出信号转换为线性信号，方便后续的计算和分析。

数据采集设备是将调理后的信号转换为数字信号并进行存储和处理的关键部件。

常见的数据采集设备有数据采集卡、单片机、嵌入式系统等。

数据采集卡通常安装在计算机中，通过计算机的软件进行控制和数据处理；单片机和嵌入式系统则具有体积小、功耗低、可靠性高等优点，适用于一些对体积和功耗有严格要求的场合。

第一章计算机测控系统概述计算机测控系统是一种用计算机和相关设备进行控制和测量的系统。

它通常包括硬件设备、软件工具和算法，用于收集、分析和处理测量数据，并根据需要控制被测对象。

计算机测控系统被广泛应用于各个领域，如工业自动化、环境监测、科学研究等。

计算机测控系统的基本构成主要包括传感器、数据采集卡和数据处理器。

传感器用于将被测量转换为电信号，传感器的种类多种多样，根据不同的测量对象和需求选择合适的传感器进行测量。

数据采集卡是连接传感器和计算机的接口，它负责将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，然后传输给计算机进行处理。

数据处理器是计算机或嵌入式设备，它负责接收和处理采集到的数据，并根据需要进行控制操作。

计算机测控系统的核心技术包括数据采集和处理、数据传输和通信、控制和决策算法等。

数据采集和处理是系统的基础部分，它涉及到模拟信号转换为数字信号的过程，以及对采集到的数据进行滤波、去噪、校准等处理。

数据传输和通信是系统与外部设备或网络之间进行信息交换的方式，通常使用串口、以太网等接口进行数据传输。

控制和决策算法是系统的核心部分，它根据测量数据进行分析和判断，并根据需要进行自动或手动控制操作。

计算机测控系统的优势在于其高效、准确和灵活的特点。

通过计算机的处理能力和算法优势，可以对大量的测量数据进行实时分析和决策，提高系统的控制精度和效率。

同时，系统的硬件设备可以根据需要进行扩展和更新，以适应不同的测量对象和环境要求。

此外，计算机测控系统还可以实现远程监控和操作，便于用户对系统进行远程控制和数据访问。

然而，计算机测控系统也存在一些挑战和问题。

首先，系统的稳定性和可靠性是一个关键问题，由于测控系统常常运行在复杂的工业环境中，例如高温、强电磁干扰等，因此对系统的硬件设备和软件工具进行可靠性设计是至关重要的。

其次，系统的数据安全和保密性也是需要考虑的问题，特别是在一些敏感领域和国家级重点工程中，对系统的数据进行保护和防护是必不可少的。

1 引言数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。

数据采集是工业控制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统。

数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。

随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。

数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及压力等参数。

在科学研究中，运用数据采集系统可获得大量的动态信息，也是获取科学数据和生成知识的重要手段之一。

随着计算机在工业控制领域的不断推广应用，将模拟信号转换成数字信号已经成为计算机控制系统中不可缺少的重要环节，因此数据采集系统有着更加重要的意义。

本次的课程设计中，我通过查阅有关资料，确定了系统设计方案，并设计了硬件电路图，分析主要模块的功能及他们之间的数据传输和控制关系。

最后利用Protel绘制了电路原理图，Keil编写源代码。

本课程设计采用89C51系列单片机，设计的系统由硬件和软件两部分构成，硬件部分主要完成数据采集，软件部分完成数据处理和显示。

数据采集采用AD0809模数转换芯片，具有很高的稳定性，采样的周期由可编程定时/计数器8253控制。

完成采样的数据后输入单片机内部进行处理，并送到LED显示。

软件部分用Keil 软件编程，操作简单，具有良好的人机交互界面。

程序部分负责对整个系统控制和管理，采用了汇编语言进行了判别通道、数据采集处理、数据显示、数据通信等程序设计，具有较好的可读性。

使系统实现了通过一个A/D转换器采样一个模拟电压，每隔一定时间去采样一次，每次相隔的时间由定时器/计数器芯片8253控制，采样的结果送入A/D转换器芯片0809，转换完成后，把转换好的数字信号送入并行接口芯片8255，然后由中断控制器向CPU发出中断请求，在CPU控制下把8225中的数字送入外设即CRT/LED 显示。

CVI简介随着电子技术、计算机技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域的应用，新的测试理论、测试方法、测试领域以及仪器结构不断出现，电子测量仪器的功能和作用也发生了质的变化，仪器与计算机技术的深层次结合产生了全新的仪器结构概念——虚拟仪器。

它的出现使测试仪器与计算机之间的界限消失，从此开始了测量仪器的新时代。

虚拟仪器强调软件的作用，提出了“软件就是仪器”的概念。

1、虚拟仪器技术随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展，仪器技术领域发生了巨大的变化，美国国家仪器公司（National Instruments,简称NI）于20世纪80年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器的概念，把虚拟测试技术带入新的发展时期，随后研制和推出了基于多种总线系统的虚拟仪器。

经过十几年的发展，虚拟仪器技术将高速发展的计算机技术、电子技术、通信技术和测试技术结合起来，开创了个人计算机仪器时代，是测量仪器工业发展的一个里程碑。

1.1虚拟仪器概念1.虚拟仪器概念所谓虚拟仪器，就是在以个人计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。

操作者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器，虚拟仪器的出现使测量仪器与个人计算机的界限模糊了。

虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用计算机强大的软件功能实现数据信号的运算、分析和处理，利用I/O 接口设备完成信号的采集、测量和处理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。

“虚拟”主要包含以下两方面的含义。

1）新能源强的面板虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。

如由各种开关按键显示器等实现仪器电源的“通”、“断”，被测信号“输入通道”、“放大倍数”等参数设置，测量结果“数值显示”、“波形显示”等。

传统仪器面板上的器件都是实物，而且都通过手动和触摸完成操作的，而虚拟仪器面板控件是外形与实物相似的图表，“通”、“断”、“放大”等对应着相应的软件程序，这些软件已经设计好了，用户只需选用代表该种软件程序的图形控件即可，用计算机的鼠标对其进行操作。

4. 什么是测控系统的关键组成部分？4、什么是测控系统的关键组成部分？测控系统在现代科技领域中扮演着至关重要的角色，它广泛应用于工业生产、航空航天、医疗设备、环境监测等众多领域。

那么，究竟什么是测控系统的关键组成部分呢？让我们一起来深入探讨一下。

首先，传感器是测控系统的“感知器官”。

它们负责将被测量的物理量，如温度、压力、位移、速度等，转换为电信号或其他易于处理和传输的信号。

传感器的精度、灵敏度、响应速度和稳定性直接影响到整个测控系统的性能。

例如，在工业生产中的压力传感器，如果其精度不够高，就可能导致生产过程中的参数控制不准确，从而影响产品的质量。

在航空航天领域，用于测量飞行器姿态和速度的传感器，必须具有极高的灵敏度和可靠性，以确保飞行安全。

数据采集模块则是将传感器输出的信号进行收集和整理的重要环节。

它要能够准确地获取传感器的信号，并进行必要的滤波、放大、模数转换等处理，将模拟信号转换为数字信号，以便后续的计算机处理。

一个高性能的数据采集模块能够有效地减少噪声干扰，提高数据的准确性和可靠性。

计算机系统是测控系统的“大脑”。

它负责对采集到的数据进行处理、分析和存储。

通过各种算法和软件，计算机可以对数据进行实时监测、趋势分析、故障诊断等操作。

强大的计算能力和高效的软件算法是保证测控系统能够快速、准确地处理大量数据的关键。

例如，在复杂的工业控制系统中，计算机需要实时处理多个传感器的数据，并根据预设的控制策略，迅速做出决策，调整生产过程中的参数。

通信模块是测控系统的“信息通道”。

它确保了数据在系统内部各组件之间以及与外部设备之间的顺畅传输。

无论是有线通信还是无线通信，都需要具备高速、稳定、可靠的特点。

在现代测控系统中，网络通信技术的应用越来越广泛，使得远程监控和分布式测控成为可能。

执行机构是测控系统的“行动力量”。

根据计算机系统的指令，执行机构对被控制对象进行相应的操作。

例如，在自动化生产线上，电机、阀门等执行机构根据控制信号来调整生产线的运行速度、物料流量等。

测控系统技术测控系统是指能够对被测对象进行准确测量和控制的系统。

它广泛应用于工业生产、科研实验、环境监测等领域。

测控系统技术的发展，推动了现代化生产和科学研究的进步。

本文将介绍测控系统技术的基本原理、应用领域和发展趋势。

基本原理测控系统技术的基本原理包括传感器、信号调理、数据采集与传输、数据处理与分析以及控制执行等方面。

1.传感器：传感器是测控系统的重要组成部分，用于将被测量转化为与其相对应的信号。

常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。

传感器的选择要根据被测量的特性和精度要求进行。

2.信号调理：传感器输出的信号通常十分微弱，信噪比低，需要进行信号调理以提高信号质量。

信号调理包括放大、滤波、增益调整等过程，以保证后续的数据采集和处理能够获得高质量的信号。

3.数据采集与传输：数据采集器负责将信号转换为数字信号，并通过数据总线传输给计算机或控制设备。

采用模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，并通过串行或并行接口传输。

4.数据处理与分析：通过计算机对采集到的数据进行处理和分析，提取出有用的信息。

数据处理包括数据滤波、数据校正、数据压缩等过程。

数据分析可以通过统计学方法、机器学习算法等手段进行。

5.控制执行：测控系统技术的最终目的是对被测对象进行控制。

通过控制执行器，对被测对象进行控制，以达到预定的目标。

应用领域测控系统技术在众多领域得到了广泛应用。

1.工业生产：在工业生产中，测控系统可用于实时监测生产过程中的各项参数，如温度、压力、流量等。

通过对这些参数的控制和调节，可以提高产品质量和生产效率。

2.科研实验：在科学研究中，测控系统可用于实时监测实验过程中的各种参数，如温度、湿度、压力等。

通过对这些参数的监测和控制，可以保证实验的准确性和可重复性。

3.环境监测：测控系统可应用于环境监测领域，如大气污染监测、水质监测等。

通过测控系统对环境参数进行实时监测和控制，可以及时发现和处理环境问题。