如何构建完整的数据采集系统之硬件篇-PPT

ni.com/china|NICONFIDENTIAL如何构建完整的数据采集系统之硬件篇崔鹏NI应用工程师照片2ni.com/china|NICONFIDENTIAL典型的数据采集系统（DAQ）3ni.com/china|NICONFIDENTIAL构建完整的数据采集系统的硬件选择•选择合适的数据采集设备•选择合适的计算机•选择合适的DAQ数据总线4ni.com/china|NICONFIDENTIAL选择合适的数据采集设备•明确需要测量或生成的信号类型•是否需要信号调理•硬件技术指标采样率分辨率绝对精度5ni.com/china|NICONFIDENTIAL测量或生成的信号类型•DAQ设备的信号类型包括：•模拟输入，用于测量模拟信号•模拟输出，用于输出模拟信号•数字输入/输出，用于测量和生成数字信号•计数器/定时器，用于对数字事件迚行计数或产生数字脉冲/信号•DAQ设备分类•单一功能的DAQ设备•多功能DAQ设备6ni.com/china|NICONFIDENTIAL信号调理•大多数传感器需要对信号进行放大或滤波等信号调理•使难以测量的信号易于测量•提高测量精度，确保安全性包含噪音的小电压信号滤波和放大后的信号信号调理7ni.com/china|NICONFIDENTIAL常见信号调理措施8ni.com/china|NICONFIDENTIAL采样率•DAQ设备最重要的参数指标之一，即DAQ设备的ADC采样速率。•至少应以最高频率分量的10倍作为采样频率才能正确地表示原信号9ni.com/china|NICONFIDENTIAL采样率对测量的影响Demo10ni.com/china|NICONFIDENTIAL分辨率•信号中可识别的最小变化，决定了DAQ设备所需的分辨率。•分辨率是指ADC可以用来表示一个信号的二迚制数的位数。100200150500Time(ms)01.255.002.503.756.257.508.7510.00Amplitude(volts)16-Bit与3-Bit分辨率对比(5kHz正弦波)16-bitresolution3-bitresolution000001010011100101110111|||||11ni.com/china|NICONFIDENTIALDemo分辨率对测量的影响12ni.com/china|NICONFIDENTIAL输入值测量值不确定范围绝对精度绝对精度•实际测量时，测量结果总是会和输入值之间有一定的偏差，有一个不确定范围13ni.com/china|NICONFIDENTIALNI产品提供绝对精度指标绝对精度=(读数x增益误差)+(范围x偏移误差)+不确定噪声14ni.com/china|NICONFIDENTIAL构建完整的数据采集系统的硬件选择•选择合适的数据采集设备•选择合适的计算机•选择合适的DAQ数据总线15ni.com/china|NICONFIDENTIAL选择合适的计算机•选择哪种计算机取决于您的数据分析需求、系统运行环境，以及系统需要的通道数•计算机类型概览•PXI系统•台式机•工业计算机•笔记本电脑•上网本电脑16ni.com/china|NICONFIDENTIAL常见的计算机的选择指南表1.针对六大重要性能的计算机选择指南17ni.com/china|NICONFIDENTIALPXI系统•PXI系统由控制器、机箱及其模块化仪器组成•PXI是一个模块化的、坚固的、基于PC平台的测量和自动化的系统•如果您的应用包含多种测量并且要求设备间严栺同步，或者如果您的仪器需要适应将来的应用，那么PXI是您的最佳选择。18ni.com/china|NICONFIDENTIAL构建完整的数据采集系统的考虑因素•选择合适的数据采集设备•选择合适的计算机•选择合适的DAQ数据总线19ni.com/china|NICONFIDENTIAL选择合适的DAQ数据总线•每条总线都有不同的优点：在吞吐量、延迟、便携性或离主机的距离等方面具有不同的优势。•数据采集总线概览•PCI•PCIExpress•USB•PXI•PXIExpress•以太网•无线20ni.com/china|NICONFIDENTIALNI提供的数据采集平台保证工程师选择最合适自己的一款产品！工业级、高性能便携、即插即用中等通道数的便携式采集高性价比无线、分布式数据采集21ni.com/china|NICONFIDENTIALPXI平台•基于CompactPCI，结合仪器扩展和更严格的系统级规范，以确保测量和自动化的开放性和高性能。•基于PXI的DAQ系统•拥有坚固的外壳，能承受工业应用中恶劣的环境•拥有模块化架构，可以将多个设备当做一个独立的仪器放入同一空间•可以扩展系统，其功能将远远超过拥有PCI总线的台式计算机•集成定时和触发功能22ni.com/china|NICONFIDENTIALPCI/PCIExpress•PCI•如今最为常用的一种内部计算机总线。凭借132MB/s的共享带宽，PCI提供高速数据流和确定性数据传输来实现单点控制应用.•PCIExpress•最大优势在于：由独立数据传输线提供专用总线带宽。每个通道的带宽能够达到250MB/s。•从一个单一的x1数据通道扩展到x16的数据通道，吞吐量最大达到4GB/s的。23ni.com/china|NICONFIDENTIALUSB•USB2.0的理论最大带宽为60MB/s•USB设备具有内在的潜在性和不确定性。•通过USB连接的设备具有热插拔功能•总线还具有自动设备检测功能24ni.com/china|NICONFIDENTIAL以太网•以太网测量距离远远超过5米长的USB电缆，是理想的便携式或分布式测量总线•无需集线器、交换机或中继器，单根以太网电缆就能延长100米。•长距离加上由实验室、办公室和生产工厂组成的大量安装基础网络，使以太网成为偏远地区分布式测量的理想选择25ni.com/china|NICONFIDENTIAL无线•通过省去电缆和安装时间，无线技术大大降低了成本。•无线在所有DAQ总线中的延迟性最高，所以需要高速控制或确定性的应用幵不推荐使用无线•无线技术扩展了基于PC的数据采集的灵活性和便携性，可用于例如风电场或土木结构等电缆不便或难以到达的测量应用26ni.com/china|NICONFIDENTIAL完整的数据采集系统需要高效的硬件支持•总结：•选择合适的数据采集设备信号类型、信号调理、硬件技术指标•选择合适的计算机•选择合适的DAQ数据总线