数据采集系统基本组成教材

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。

大数据采集与存储的教材
以下是一些关于大数据采集与存储的教材推荐：
1. 《大数据采集与存储技术》作者: 杨士勇
该教材系统介绍了大数据采集与存储的基本概念、技术原理和应用方法。

内容包括数据采集、传输与清洗技术、数据存储与管理技术、大数据仓库与大数据管理系统等。

2. 《大数据采集与存储导论》作者: 张晶、魏东云
这本教材详细介绍了大数据采集与存储的基本概念、架构、技术和方法。

内容包括数据采集与清洗技术、大数据存储与处理技术、大数据仓库与数据湖、NoSQL数据库等。

3. 《大数据采集与存储原理与方法》作者: 任健
该教材系统性地介绍了大数据采集与存储的原理、技术和方法。

内容包括大数据采集技术、数据传输与清洗技术、大数据存储技术、大数据仓库与数据湖、大数据存储性能优化等。

4. 《大数据采集与存储与处理技术》作者: 南京邮电大学
该教材全面介绍了大数据采集、存储与处理的技术和方法。

内容包括数据采集与清洗技术、大数据存储技术、大规模数据处理技术、分布式文件系统等。

以上教材都是针对大数据采集与存储领域的基础知识和技术的介绍，适合大数据相关专业的学生学习。

同时，可以根据个人的学习需求和实际情况选择适合自己的教材。

第 3 章数据处理与应用3.2 数据采集与整理教学设计教学背景信息科技是现代科学技术领域的重要部分，主要研究以数字形式表达的信息及其应用中的科学原理、思维方法、处理过程和工程实现。

当代高速发展的信息科技对全球经济、社会和文化发展起着越来越重要的作用。

义务教育信息科技课程具有基础性、实践性和综合性，为高中阶段信息技术课程的学习奠定基础。

信息科技课程旨在培养科学精神和科技伦理，提升自主可控意识，培育社会主义核心价值观，树立总体国家安全观，提升数字素养与技能。

教材分析本节课的教学内容选自人教/地图出版社第 3 章数据处理与应用 3.2 数据采集与整理，信息技术的发展与普及为我们创造了一个全新的数字化生活环境。

它们在给我们带来生活便利的同时，也在逐渐地改变着我们的生活方式。

南水北调工程是我国继三峡工程之后，又一个重大水利工程。

南水北调工程的主要目的，是将长江流域的水资源科学合理地调配到我国华北和西北部分省市，解决当地水资源短缺问题。

2014 年 12 月 12 日，南水北调中线工程正式通水，开始发挥其巨大的经济效益和社会效益。

南水北调工程建设得益于我国强大的科技与工程实力，其中包括信息技术的大量应用。

不仅每日采集大量数据，同时还要对庞杂的数据进行存储、筛选、加工和分析，以确保整个工程的安全与高效。

可以说，没有巨量的科学数据和强大的科技实力做支撑，修建这样一个浩大的工程是难以想象的。

同学们，在信息社会中，大量数据的产生和积累，为人们提供了认识这个世界的新方式，但也对人们驾驭数据的能力提出了新挑战。

如何利用信息技术有效处理数据，发现并利用其中的价值，已成为信息社会生存的一项基本能力。

在本章的学习中，我们将借助信息技术手段采集、分析和可视化数据，通过“用水分析助决策”项目活动，掌握数据处理和应用的基本方法。

学情分析此节课针对的对象是高一年级的学生，学生对信息技术的关键技术以及信息技术对生活与学习的影响有一定的了解，但对所学内容只是体验性和经验性的认识。

第 19 次课 2 学时注：本页为每次课教案首页第八章数据采集及语音处理技术第一节数据采集统的设计方法一、基本教学内容：1、数据采集系统的设计方法（1）. 数据采集系统的基本构成数据采集系统的基本构成如图8-1-1所示。

主要包括多路模拟开关、信号调理器和图8-1-1 数据采集系统的基本构成A/D转换器这三大部分。

信号调理器一般是通过可编程增益放大器（PGA）、自动补偿或校准电路对模拟信号进行调理，使之能满足A/D转换器对输入电压的要求。

新型A/D 转换器一般都包含采样/保持器（部分A/D转换器中无采样/保持器）、量化器和编码器。

图8-1-1中A点为模拟信号，B点为幅度连续但在时间上离散的信号（亦称离散时间信号或序列），C点为幅度和时间均被离散化的信号，经过编码器即可输出数字信号。

多路模拟开关亦称多路转换器（Multiplexer，MUX），其作用是按规定顺序依次从多路模拟输入信号中选择其中一路送至A/D转换器进行模/数转换。

A/D转换器件的主要作用是实现量化和编码。

量化就是模拟信号先经过在时间轴上抽样后获得取样电平值，再用一个预定精度的数值来近似表示的过程。

（2）. A/D转换的主要类型目前，A/D转换器集成电路的开发应用技术受到了人们的普遍关注，国内外许多半导体公司相继推出一批各具特色的A/D转换芯片。

其设计目标是通过单片IC将模拟输入信号转换成脉冲形式的数字输出信号。

从电路结构上看，目前实现A/D转换的主要类型有闪烁式、积分式、逐次逼近式、∑-△式和流水线式。

2．A/D转换器的选择方法及接口示例A/D转换器的生产厂家一般都提供产品数据手册，包含主要性能指标（静态特性、动态特性、接口特性等）、基本原理及典型用法，这是选择A/D转换器的原始依据。

为正确使用厂家提供的原始资料，充分发掘器件的潜力，在选择适合特定应用场合的A/D 转换器、确保A/D转换精度时，需要注意下述问题。

（1）. A/D转换器位数的选择A/D转换器位数的确定，首先应考虑整个测试系统需要测量的范围和精度。

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dr的基本结构和工作原理（大纲）一、DR概述1.1DR的定义1.2DR的分类1.3DR的应用领域二、DR的基本结构2.1光学部分2.1.1X射线源2.1.2减影器2.1.3X射线探测器2.1.4旋转支架2.1.5几何校正装置2.2电子部分2.2.1数据采集系统2.2.2数据处理系统2.2.3图像重建系统2.2.4图像显示与存储系统三、DR工作原理3.1X射线产生与传播3.2X射线与物体的相互作用3.3X射线探测与信号转换3.4数据采集与处理3.5图像重建与显示四、DR的关键技术4.1高分辨率探测器技术4.2高效率X射线源技术4.3数据处理与图像重建算法4.4几何校正与剂量优化技术4.5多模态成像融合技术五、DR在我国的发展现状与展望5.1发展现状5.2发展趋势5.3市场前景5.4政策与产业环境一、DR概述1.1 DR的定义动态电阻（Dynamic Resistance，简称DR）是一种新型电子元件，它通过改变自身的电阻值来适应电路中的负载变化，从而实现对电路的调节和控制。

DR的基本原理是在电路中引入一种可控的电阻元素，通过控制其电阻值的变化，使得电路的性能得到优化。

DR的出现，为电路设计提供了更多的灵活性和可能性。

scada课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握SCADA（监控与数据采集）系统的基本原理、功能和应用。

通过本课程的学习，学生将能够：1.知识目标：理解SCADA系统的工作原理、组成部分及其在工业控制系统中的应用；掌握SCADA系统的硬件和软件配置、通信协议和数据处理方法。

2.技能目标：能够运用SCADA系统进行数据采集、监控和分析；具备SCADA系统的设计、调试和维护能力。

3.情感态度价值观目标：培养学生对SCADA技术的兴趣和好奇心，提高学生运用SCADA技术解决实际问题的意识，培养学生的创新精神和团队合作能力。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.SCADA系统的基本原理：介绍SCADA系统的工作原理、组成部分及其在工业控制系统中的应用。

2.SCADA系统的硬件和软件配置：讲解SCADA系统的硬件设备、通信协议和数据处理方法。

3.SCADA系统的应用案例：分析典型的SCADA系统应用案例，使学生了解SCADA技术在实际工程中的应用。

4.SCADA系统的设计与调试：教授SCADA系统的设计方法、调试技巧和维护策略。

三、教学方法为了实现本课程的教学目标，将采用以下教学方法：1.讲授法：通过讲解SCADA系统的基本原理、硬件和软件配置等内容，使学生掌握理论知识。

2.案例分析法：分析典型的SCADA系统应用案例，让学生了解SCADA技术在实际工程中的应用。

3.实验法：安排实验室实践环节，让学生动手操作SCADA系统，提高实际操作能力。

4.讨论法：学生进行课堂讨论，激发学生的思考，培养学生的创新精神和团队合作能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，将准备以下教学资源：1.教材：选择合适的SCADA系统教材，为学生提供系统性的理论知识学习。

2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系。

3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，增强课堂教学的趣味性和生动性。

第四章 地震数据采集系统及相关技术第一节 地震数据采集系统组成地震勘探技术、电子技术、计算机技术及信息技术共同推动了地震数据采集仪器的不断发展和更新换代，共经历了模拟光点地震仪、模拟磁带地震仪、集中式数字地震仪和分布式遥测地震仪。

一、 集中式地震数据采集系统：上个世纪70年代中期，数字地震仪的出现，把地震勘探带入了一个崭新的时代， 出现了以DFS －V 和SN338为代表的集中式数字地震仪。

集中式地震数据采集仪器成功用于野外地震勘探约20年。

集中式地震勘探数据采集系统的最大特点是：采用IFP 与14位逐次逼近型A/D 转换器，IFP 采用3～4位增益码，A/D 转换器采用15位（1位符号位，14位尾数）逐次逼近型，集中式数字地震仪动态范围理论上可达168dB ，但实际考虑仪器噪声等因素的影响，仪器的系统动态范围一般不超过120dB 。

()20log DR =⨯记录的最大不失真电平理论（dB ）最小有效电平()max min ()20log 6DR G G n =⨯+⨯理论()20logDR =⨯记录的最大不失真电平系统（dB ）仪器系统等效输入噪声电平其中：min max ~G G 为IFP 放大器的增益范围，n 为模数转换器的位数。

二、分布式遥测地震数据采集系统把数据采集系统中的放大器、滤波器、A/D转换器、数据传输控制逻辑以及整个控制用CPU做在一个小箱体内，称为“采集站”，将采集站放置在检波点上，每个采集站用小线与1～8道检波器连接，各采集站用数字大线或以无线方式与中央控制主机相连，构成分布式（Distributed）数据采集系统。

⒈由于受到采样间隔和大线重量的限制，集中式地震仪生产道数一般不超过120道，适应不了三维地震勘探对道数的要求。

而分布式遥测地震仪的道数可达到上千道甚至上万道，完全能够满足三维地震勘探的需要。

⒉集中式数字地震仪的检波器通过大线与采集系统连接，由于大线上传输的是模拟信号，传输的距离又比较远，因此，信号易受各种干扰因素的影响。

SCADA系统北京易控微网科技有限公司王铁钢著目录第一章SCADA系统概述 (3)1.1.SCADA系统的意义 (3)1.2.SCADA系统的构成 (3)1.3.SCADA的主站系统 (4)1.4.SCADA的通讯系统 (5)1.5.SCADA的远方终端单元 (5)1.6.SCDAD的典型应用 (6)第二章SCADA主站系统 (7)2.1.概述 (7)2.2.系统硬件构成 (7)2.3.系统软件构成 (11)2.3.1.规约接口模块 (12)2.3.2.实时数据库 (12)2.3.3.图形界面 (14)2.3.4.图形工具 (14)2.3.5.报警 (15)2.3.6.历史数据 (15)2.3.7.网络发布 (16)2.3.8.主站系统的工作阶段划分 (16)2.4.SCADA软件的上层应用 (17)第三章SCADA通讯系统 (18)3.1.概述 (18)3.2.有线系统 (21)3.3.无线系统 (22)3.4.网络系统 (23)第四章远程终端单元（RTU） (25)4.1.概述 (25)4.2.远程信号 (25)4.3.远程命令 (27)4.4.远程测量 (28)4.5.远程调节 (29)4.6.交流采样技术 (30)4.7.其它测量技术 (31)4.8.电源系统 (31)4.9.通信接口 (32)4.10.系统软件 (33)第一章SCADA系统概述1.1. SCADA系统的意义SCADA是Supervisory ControI And Data AcquiSition System 的缩写，是对分布距离远，生产单位分散的生产系统的一种数据采集、监视和控制系统。

了解生产情况是实施科学生产的基础，如果生产过程分布很近，可以采用就近控制的办法，就地接线，就地监视，就地控制，对于复杂的过程生产采用DCS系统控制的比较多，也有采用PLC的或者专业控制器。

而对于生产各个环节分布距离非常远的，比如几公里，几十公里，几百公里甚至几千公里的，如变电站，天然气管线，油田，自来水管网，随着技术的发展，人们慢慢发展出远程采集监视控制系统，称为SCADA系统。

主讲人：吕峰（北京油气调控中心）一、SCADA系统的定义及应用1、定义SCADA系统(Supervisory Control And Data Acquisition)，即监视控制与数据采集系统，以计算机控制软件系统、通信线路、现场控制与数据采集单元为基础的生产过程控制与调度自动化系统。

它能通过现场控制与数据采集单元收集场站设施的生产操作信息，并通过通信线路将信息传送到远方的调度控制中心通过计算机软件系统进行显示和报告，控制中心的操作员监视这些信息，并能向远方的场站设施发布控制指令。

一、SCADA系统的定义及应用2、应用领域SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于石油、化工、电力、给水、交通等领域。

油气管道SCADA系统的主要任务是通过各站的站控系统（PLC）或远控截断阀室（RTU）完成管道数据采集、数据处理及存储归档、设备和流程控制、故障处理、安全保护、报警等任务，同时完成批量跟踪、顺序输送、泄漏检测、输油泵运行优化、输油泵故障诊断及分析、仪表故障诊断及分析、罐区管理等功能。

调度操作人员通过SCADA 系统操作员工作站提供/显示的管道系统工艺过程的压力、温度、流量、密度、设备运行状态等信息，完成对管道全线的监控及运行管理。

二、油气管道SCADA系统组成油气管道SCADA系统以4C(C omputer，C ontrol，C ommunication，C RT)技术，即计算机、通讯、控制和图形显示技术为基础，网络结构主要由即中控系统(DCC)，站控系统(SCS)，以及通信系统(COMM)三部分构成,实现遥信、遥测、遥控和遥调，“四遥”功能。

二、油气管道SCADA系统组成1、中控系统SCADA系统的控制中心部分称为主站系统或中控系统，中控系统一般采用先进的服务器、工作站、网络设备等硬件，以及通讯、图形显示、过程控制、数据库等软件构成，整个中控系统是一套集数据采集、信息展示、逻辑控制、数据存储功能的复杂的软硬件系统。

《数据采集与控制》课程教学⼤纲《数据采集与控制》课程教学⼤纲课程编号：0806708028课程名称：数据采集与控制英⽂名称：Data Acquisition and Control Processing课程类型：专业任选课总学时：32 讲课学时：32 实验学时：0学分：2适⽤对象：通信⼯程、电⼦信息⼯程及相关专业四年制本科⽣先修课程：信号与线性系统、数字信号处理⼀、课程性质、⽬的和任务本课程是“通信⼯程、电⼦信息⼯程”专业的⼀门专业任选课。

其⽬的是使学⽣了解并掌握采样基本理论的应⽤，各种模/数和数/模转换芯⽚的使⽤、数据采集系统的组成、线性反馈控制系统的基本概念、基本分析⽅法和校正⽅法等基本问题。

通过本课程的学习，学⽣可以掌握数据采集的各种分析处理技术，掌握线性控制系统数学模型的建⽴和分析⽅法，为将来的进⼀步学习以及毕业后从事专业⼯作打下必要的基础。

⼆、教学基本要求本课程以数据采集与控制的各种分析和处理技术为研究对象。

学完本课程应达到以下基本要求：1、掌握连续信号的采样理论、采样定理的定义、采样定理的实际应⽤、频率混淆原因及解决措施。

2、掌握传感器理论和技术，熟悉常⽤的传感器及其使⽤⽅法。

2、了解模/ 数和数/ 模的转换过程、典型模/ 数和数/ 模转换器的⼯作原理；量化过程、误差、编码。

3、了解数据采集系统的组成、系统的抗⼲扰措施和⼈机接⼝技术。

4、了解典型A/D、D/A的使⽤。

5、了解虚拟仪器技术。

6、理解线性反馈控制系统的基本概念、基本分析⽅法和校正⽅法；7、掌握时域分析法的相关概念和应⽤。

三、教学内容及要求（此部分根据具体课程，可以按照章节列出具体内容，也可以根据内容分块）1、数据采集与系统设计基础了解数据采集系统基本组成，熟悉数据采集与处理技术，数据采集系统的结构形式；了解微型计算机数据采集系统、集散型数据采集系统、分布式数据采集系统；掌握数据采集信号处理基本理论如傅⾥叶变换、拉普拉斯变换和Z变换、短时傅⾥叶变换和⼩波变换、采样定理；了解数据采集技术与系统的发展⽅向。

第一节概述LabVIEW的数据采集（Data Acquisition ）程序库包括了许多NI公司数据采集（DAQ 卡的驱动控制程序。

通常，一块卡可以完成多种功能-模/ 数转换，数/ 模转换，数字量输入/ 输出，以及计数器/ 定时器操作等。

用户在使用之前必须DAQ#的硬件进行配置。

这些控制程序用到了许多低层的DAQ驱动程序。

本课程需要一块安装好的DAC卡以及LabVIEW开发系统。

数据采集系统的组成：DAC系统的基本任务是物理信号的产生或测量。

但是要使计算机系统能够测量物理信号，必须要使用传感器把物理信号转换成电信号（电压或者电流信号）。

有时不能把被测信号直接连接到DAC卡，而必须使用信号调理辅助电路，先将信号进行一定的处理。

总之，数据采集是借助软件来控制整个DAC系统-包括采集原始数据、分析数据、给出结果等。

上图中描述了插入式DAQ卡。

另一种方式是外接式DAC系统。

这样，就不需要在计算机内部插槽中插入板卡，这时，计算机与DAQ系统之间的通讯可以采用各种不同的总线，如USB并行口或者PCMCIA等完成。

这种结构适用于远程数据采集和控制系统。

模拟输入：当采用DAC卡测量模拟信号时，必须考虑下列因素：输入模式（单端输入或者差分输入）、分辨率、输入范围、采样速率，精度和噪声等。

单端输入以一个共同接地点为参考点。

这种方式适用于输入信号为高电平（大于一伏），信号源与采集端之间的距离较短（小于15英尺），并且所有输入信号有一个公共接地端。

如果不能满足上述条件，则需要使用差分输入。

差分输入方式下，每个输入可以有不同的接地参考点并且，由于消除了共模噪声的误差，所以差分输入的精度较高。

输入范围是指ADC能够量化处理的最大、最小输入电压值。

DAQ卡提供了可选择的输入范围，它与分辨率、增益等配合，以获得最佳的测量精度。

分辨率是模/数转换所使用的数字位数。

分辩率越高，输入信号的细分程度就越高，能够识别的信号变化量就越小。

大数据采集系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解大数据采集系统的基本概念、原理及其在现实生活中的应用。

2. 学生能掌握大数据采集的主要方法、技术及相应的数据处理流程。

3. 学生能了解大数据采集过程中的伦理、法律和隐私问题。

技能目标：1. 学生具备运用编程语言或工具进行简单大数据采集的能力。

2. 学生能够运用所学知识，分析并解决大数据采集过程中遇到的实际问题。

3. 学生能够对采集到的大数据进行基本的数据清洗、整理和分析。

情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到大数据采集在现代社会中的重要性，培养对数据科学的兴趣和热情。

2. 学生能够关注大数据采集过程中的伦理、法律和隐私问题，树立正确的数据道德观念。

3. 学生通过小组合作，培养团队协作精神，提高沟通与表达能力。

课程性质分析：本课程旨在帮助学生建立大数据采集的基本概念，掌握相关技术和方法，并培养学生的实际操作能力。

课程内容与课本紧密结合，注重实践性和应用性。

学生特点分析：考虑到学生所在年级，他们对计算机技术和数据处理有一定的基础，具备一定的自学能力和探究精神。

因此，课程设计将注重启发式教学，引导学生主动参与、积极思考。

教学要求：1. 教师应注重理论与实践相结合，提高课程的实用性。

2. 教学过程中要关注学生的个体差异，因材施教，确保每个学生都能掌握课程内容。

3. 教学评估应关注学生在知识、技能和情感态度价值观方面的具体表现，全面评价学生的学习成果。

二、教学内容1. 大数据采集系统基本概念与原理- 大数据定义、特征与应用场景- 数据采集、数据源分类及数据采集方式- 数据传输与存储技术概述2. 大数据采集技术与方法- 网络爬虫技术及其应用- 分布式数据采集框架介绍- 数据挖掘与知识发现方法3. 数据处理流程- 数据清洗、去重与预处理- 数据整合与融合技术- 数据存储与索引技术4. 大数据采集伦理、法律与隐私问题- 数据采集过程中的隐私保护措施- 数据安全与法律法规- 数据道德与责任5. 实践操作与案例分析- 编程语言或工具进行大数据采集实践- 数据采集项目案例分析- 小组合作完成一个大数据采集项目教学内容安排与进度：第一周：大数据基本概念与原理学习第二周：大数据采集技术与方法学习第三周：数据处理流程学习第四周：大数据采集伦理、法律与隐私问题学习第五周：实践操作与案例分析第六周：小组项目实施与展示教材章节及内容关联：《大数据导论》第一章：大数据概念与应用《大数据导论》第二章：大数据技术架构《数据挖掘》第四章：数据预处理《数据伦理与隐私保护》全篇：伦理、法律与隐私问题教学内容注重科学性与系统性，结合课本内容，确保学生能够掌握大数据采集系统的基本知识、技术方法和实践技能。