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采用SoC實(shí)現數據采集系統
作者：
時(shí)間：2016-12-15
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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數據采集系統（首字母縮寫(xiě)為DAS或DAQ）首先對放大、電平轉換等原始信號執行相應的信號調節，然后再進(jìn)行信號數字化和存儲，從而實(shí)現對溫度、壓力和濕度等現實(shí)世界信號的測量。數字信號通常被定期發(fā)送到另一個(gè)數字系統執行進(jìn)一步處理。
數據采集系統的部分應用實(shí)例包括：天氣監測以及對地震儀、壓力、溫度和風(fēng)力風(fēng)向的記錄等。將這些信息饋送到計算機，用于預測雨水以及地震和破壞性強風(fēng)等自然現象及災害。DAS在醫療領(lǐng)域的應用包括可跟蹤心電圖（ECG）或腦電圖（EEG）信號等的患者監護系統。
典型的DAS系統包含如下組件：
●傳感器：將真實(shí)世界現象轉換成等效的電氣模擬信號
● 信號調節電路：將來(lái)自傳感器的信號改變?yōu)榭蓤绦袛底只男问?br />● 模數轉換器：將已調節的模擬信號轉換為數字表示形式
● 存儲與轉發(fā)存儲器：用于存儲在后期將被轉發(fā)至另一系統的數字信號流
● 通信接口：將數字流傳輸至其它系統的經(jīng)由通道
● 微處理器系統或微控制器：排序并控制所有其它組件
圖1顯示了基本數據采集系統的方框圖。這些內部模塊的詳細內容將在下一章節中進(jìn)行闡述。
圖1：從單個(gè)傳感器獲取數據的數據采集系統。
數據采集系統的子系統
a) 傳感器：
如前所述，數據采集系統能夠跟蹤溫度、壓力、濕度、流速等物理參數。由于在電子域中處理非常靈活，因而需要使用適當的傳感器將這些參數轉換成電阻、電流或電壓變化等可測量的電氣量。例如，熱敏電阻、電阻式溫度檢測器（RTD）等傳感器會(huì )隨著(zhù)溫度的變化而相應改變其阻值，而應變計等壓力傳感器則會(huì )根據所施加的壓力相應改變阻值。這些均可通過(guò)惠斯通電橋（wheatstones bridge）[1]轉換成電氣量（例如電壓）。
表1列出了一些在DAQ中監控的通用物理參數以及所使用的適當的傳感器。
表1：常用的電子傳感器。
b) 隔離：
信號采集應用在處理超高電壓信號時(shí)會(huì )造成系統毀損。強烈推薦使用變壓器對高電壓進(jìn)行降壓轉換，也可使用光隔離等其它保護電路[2]。
c) 信號調節：
盡管傳感器在對所監控的信號進(jìn)行電氣解讀方面具有非常寶貴的價(jià)值，但是其可用的電信號幅值水平卻非常低，通常僅為可計量信號的1/10^6或1/10^3。
除了電氣信號測量值的問(wèn)題以外，一些不相干的外部干擾也會(huì )被傳感器拾取并加大噪聲。如果事先知道這些信號的頻率范圍，就可以設計適合的濾波器來(lái)清除噪聲。對于特定位置的溫度監控等應用而言，溫度不會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移發(fā)生顯著(zhù)變化，例如大部分都是變化緩慢且頻率低。因此，在將輸入信號提供給高增益放大器之前有必要先將其饋送到低通濾波器（LPF）進(jìn)行濾波。
數據采集系統通常會(huì )同步跟蹤并行環(huán)境中的眾多信號，并使用單獨的傳感器測量每一種數量值。如圖1所示，如果每種參數都采用單獨的數據采集系統進(jìn)行測量，那么總體系統就會(huì )變得非常龐大。此外，由于測量到的信號量變化非常緩慢，因此無(wú)需對這些信號進(jìn)行持續監控，這樣我們就可以利用統一的通道多路復用不同的已調節信號輸出，以實(shí)現進(jìn)一步處理，如圖2所示。
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