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在计算机广泛应用的今天,利用计算机进行控制已经得到了普遍的应用。控制技术已经发展达到很高的层次,但这一切都取决于这一基础—数据采集,数据采集的重要性是十分显著的。由于计算机技术、控制技术、网络技术和通信技术的迅猛发展,高校的专业合并与渗透,使工业控制计算机系统、自动化、信息技术改造传统产业、机电一体化、数控、先进制造技术、CIMS之间的技术、专业、学科之间的界限越来越模糊,这是实际发展的需要,技术发展的必然趋势。 计算机强大的数字信号处理能力、信号显示、存储及输入输出功能,使其在信号处理中起到重要的作用。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。它在现代信息领域发挥着重要作用,是信息产品不可或缺的重要组成部分。单片机是PC机中的一个重要分支,因此选择基于单片机数据采集系统设计是很有意义也是很有必要的。今天的大学学生很可能在PC机上自动处理和分析数据,有很多种可供你选择的方法去采集数据。至于选择哪一种方法取决于多种因素,包括任务的复杂度、你所需要的速度和精度、你想要的证据资料等等。无论是简单的还是复杂的,数据采集系统都能够运行并发挥它的作用。
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辽宁工程技术大学课程设计
前言
在计算机广泛应用的今天,利用计算机进行控制已经得到了普遍的应用。控制技术已
经发展达到很高的层次,但这一切都取决于这一基础—数据采集,数据采集的重要性是
十分显著的。由于计算机技术、控制技术、网络技术和通信技术的迅猛发展,高校的专
业合并与渗透,使工业控制计算机系统、自动化、信息技术改造传统产业、机电一体化、
数控、先进制造技术、CIMS之间的技术、专业、学科之间的界限越来越模糊,这是实际
发展的需要,技术发展的必然趋势。
计算机强大的数字信号处理能力、信号显示、存储及输入输出功能,使其在信号处理
中起到重要的作用。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。它在现代信息领域发挥着
重要作用,是信息产品不可或缺的重要组成部分。单片机是PC机中的一个重要分支,因
此选择基于单片机数据采集系统设计是很有意义也是很有必要的。今天的大学学生很可
能在PC机上自动处理和分析数据,有很多种可供你选择的方法去采集数据。至于选择哪
一种方法取决于多种因素,包括任务的复杂度、你所需要的速度和精度、你想要的证据
资料等等。无论是简单的还是复杂的,数据采集系统都能够运行并发挥它的作用。
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姜伟:数据采集控制系统
1.数据采样概述:
随着计算机技术和电子技术的不断发展,计算机在控制领域有了广泛的应用。计算机
强大的数字信号处理能力、信号显示、存储及输入输出功能,使其在信号处理中起到重
要的作用。单片机就是控制领域中应用最为广泛的微机之一。
什么是数据采集系统 : 数据采集系统,正如名字所暗示的,是一种用来采集信息成文
件或分析一些现象的产品或过程。在最简单的形式中,技术人员将烤箱的温度记录在一
张纸上就是数据采集。随着技术的发展,通过电子设备,这个过程已经得到简化和变得
比较精确、多用途和可靠。设备从简单的存储器发展到复杂的电脑系统。数据采集产品
像聚焦点一样为系统服务,和一系列产品一起,诸如传感器显示温度、水流、程度或者
过程。数据采集技术在过去30到40年以来已经取得了很大的飞跃。举例来说,在 40 年以
前,在一个著名的学院实验室中,为追踪用青铜做的坩埚中的温度上升情况的装置是由热电
偶、继电器、查询台、一捆纸和一支铅笔。
今天的大学学生很可能在PC机上自动处理和分析数据,有很多种可供你选择的方法去
采集数据。至于选择哪一种方法取决于多种因素,包括任务的复杂度、你所需要的速度
和精度、你想要的证据资料等等。无论是简单的还是复杂的,数据采集系统都能够运行
并发挥它的作用。此设计就仔细分析一下利用单片机进行数据采样控制。
典型的计算机控制系统的结构框图如图 1.1 所示:计算机只能接收、处理数字信号,使
其输出也是数字量。因此,一方面从现场检测的连续信号必须经过采样。A/D 转换等量化
处理变换成数字信号,才能由计算机进行控制运算和其他处理;另一方面,计算机输出
的离散的数字量也必须经过 D/A 转换器和保持器形成连续信号才能控制需要连续输入的
被控对象。
这所有操作的基础就是采样。
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辽宁工程技术大学课程设计
图 1-1
1.1 信号的采样过程
在计算机控制系统中,信号是以脉冲序列或数字序列的方式传递,把连续信号变换成
数字序列的过程叫做采样过程,实现采样过程功能的装置叫做采样开关。
计算机对某个随机时间变化的模拟量进行采,是利用定时器控制的开关,每隔一定的
时间使开关闭合而完成一次采样。开关重复闭合的时间间隔叫采样周期。所谓采样过程
指:将 一个连 续的输入信号,经采 样开 关后转 变为发 生在采 样开 关闭合 的瞬时 刻
0,T,2T,...nT 的一连串脉冲输出信号。其采样开关是为理想采样开关,它从闭合到断开以
及从断开的到闭合的时间均为零。采样开关平时处于断开的状态,其输入为连续信号 f(t)
在采样开关的输出端得到采样信号 f
*
(t)。
理想的采样开关是不存在,但是实际应用中的采样开关均为电子开关,其动作时间极
短,远远小于采样周期,也就远远小于被控对象的时间常数,因此可以将时机采样开关
简化为理想采样开关,这样有助于简化系统的描述和分析工作。
1.2 采样定理
计算机控制系统是离散信号进行控制运算的,这就带来一个问题离散信号能否实施有
效的控制,或者连续信号所含的信息能否被离散信号表示,或者说离散信号能否表示原
来的连续信号。为了解决这个个疑问香农得出如下结论即著名的香农定理
一个连续的连续的信号 f(t),设其频带宽度是有限的,其最高频率为 ω
max
,如果在等时
间间隔点上对该信号进行连续采样,为了使采样后的离散信号 f
*
(t)能包含原信号 f(t)的全
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姜伟:数据采集控制系统
部信息。则采样角频率只有满足下面的关系:
ω
s
≥2ω
max
采样后的离散信号 f
*
(t)才能无失真的地复现信号 f(t)。否则则不能从 f
*
(t)中恢复 f(t)。
其中,ω
max
是最高角频率,ωs 是采样角频率。它与采样频率 f
S
、采样周期 T 的关系为:
ω
S
=2πf
S
=
证明略。
1.3 信息的恢复
在计算机控制系统中的执行机构和控制对象的输入信号一般为连续信号,这就必须将
计算机输出的数字信号序列还原成连续信号,这就是信号的恢复过程。
由于采样信号在采样在两个采样点时刻才有值,而在两个采样点之间无值,为了使得
两个采样点之间为连续信号过渡,以前一时刻的采样值为参考基值做外推,使得两个采
样点之间的值不为零值,这样来近似连续信号。将数字信号序列恢复成连续信号的装置
叫做采样保持器。
2.数据采集控制系统设计
数据采集和处理系统包括两方面的功能.其一是数据采集,即对信号的(一般为模拟量)
进行检测;其二是数据处理,对于采集到的数据进行各种处理,包括计算、数据转换、
比较判断、统计等,以便得到所需要的结果,为生产管理和过程控制服务。
数据采集和处理必定有输入通道和输出通道,此外还需要配置显示、打印等设备。
2.1 数据采集控制控制系统功能和结构框图
本数据采集控制系统应具有如下功能:
1)能对被检测电压信号实现每点单次采样或多次采样,采集速度为每秒数次。
2)检测结果在 5 位 LED 显示器上显示出来。
3)实现单次采集或多次采集后打印。
4)采集和打印方式由按键选择
根据上述系统功能要求,可得到数据采样系统的硬件结构和主程序结构如图 2.1 所示。
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orangeyangchao
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