灵活用户自定义的数据采集系统及其运作原理

数据采集是指从传感器和其他待测设备等模拟或数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集系统（DAQ）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。

一个完整的DAQ系统包括计算机、传感器和变换器、信号调理模块、数据采集设备及相关软件，如图12-1所示。

图12-1 典型的DAQ系统

作为系统软硬件的载体，计算机是不可缺少的，而且数据采集系统的性能受计算机处理速度和数据传送的能力影响。传感器和变换器的作用是将各种物理信号（包括电量信号和非电量信号）转换为DAQ系统可以采集的电量信号，传感器感应物理信息，并生成可测量的电信号。例如热电偶、电阻式测温计（RTD）、热敏电阻器和IC传感器可以把温度转变为A/D转换器可转换的模拟信号。从传感器得到的信号可能会很微弱，可能含有大量噪声，也可能是非线性的等，这种信号在进入采集卡之前必须经过信号调理。信号调理的方法主要包括放大、衰减、隔离、多路复用、滤波、激励和数字信号调理等。

通过信号调理后的信号可以与数据采集设备连接。通常情况下，数据采集设备是一个数据采集卡，与计算机的连接可采用多种方式。比如，NI公司的数据采集设备支持的总线类型包括PCI、PCI Express、PXI、PCMCIA、USB、CompactFlash、Ethernet等各种总线。数据采集卡的功能包括模拟输入、模拟输出、数字I/O、触发采集和定时I/O。(www.xing528.com)

软件使计算机与数据采集硬件形成了一个完整的数据采集、分析和显示系统，如图12-2所示。

图12-2 数据采集系统

软件分为驱动程序和上层应用程序。驱动程序可以直接对数据采集硬件的寄存器编程，管理数据采集硬件的操作，并把它和处理器中断、DMA和内存等计算机资源结合在一起。驱动程序隐藏了复杂的硬件底层编程细节，为用户提供容易理解的接口。一般来说，硬件厂商在卖出硬件的同时也会提供驱动程序。上层应用程序用来完成数据的分析、存储和显示等，如LabVIEW就是一个很好的开发上层应用程序的开发平台。