数据采集与分析技术（第2版）3327.pptx

第1章计算机数据采集与

分析技术概述;

1.1数据采集与分析的基本概念;

数据采集与分析技术所涉及的学科和理论比较多。数据采集主要涉及的学科有测试与仪器科学、信息与通信科学和计算机科学。其中测试与仪器科学侧重于信息的获取，信息

与通信科学侧重于信息的传输，计算机科学侧重于信息的分析处理。;

1.1.1信息和信号

有关信息(Information)至今还没有一个统一的确切定义，不过信息的概念早被人们所理解和接受。早在1948年，维纳(NorbertWiener)在其著作《控制论——动物与机器中的

通信与控制问题》中就指出:“信息既不是物质，也不是能量，信息就是信息”，即提出了“信息”是存在于客观世界的第三要素的著名论断。另一美国学者山农(ClaudeElwood

Shannon)第一次系统地给出了信息的定量描述，成功地用数学公式把物质、能量和信息之间的相互作用和依存关系统一起来。;

信息被认为是客观物质世界的灵魂，因为信息反映了事物的运动状态和运动方式。这里所说的“事物”是广义的事物，既包括客观物质世界中的事物，也包括主观精神世界中的现象;“运动”泛指一切意义上的变化，包括物理的、化学的、生物的、思维的和社会的运动;“运动状态”是指事物的运动在空间上所表现的性状和态势;“运动方式”则是指事物的运动在时间上所表现的过程和规律。从这个广义的信息概念出发，引入不同的约束条件，就可以得到不同的具体的定义。例如信息可以具体为消息、情报和知识等。;

信息本身不是物质，不具有能量，而信号(Signal)是传输信息的载体，也就是说，信息寓于信号之中。信号是含有能量的物质，具有可观测性。在数据采集系统中，把想要获取的信息转换为信号，直接采集处理的是信号，而不是信息。

信号与信息不能混为一谈。信号只是信息的某种形式。实际的信息中往往包含着多种信息成分，其中不关心的成分统称为噪声或冗余信息。在一个具体的数据采集系统里面，可能要花费很多代价来设法去除各种噪声，从而获得满意的所要求的信息。;

1.1.2数据采集

数据采集(DataAcquisition)就是将要获取的信息通过传感器转换为信号，并经过信号调理、采样、量化、编码和传输等步骤，最后送到计算机系统中进行处理、分析、存储和

显示。

数据采集系统是计算机与外部世界联系的桥梁，是获取信息的重要途径。数据采集技术是信息科学的重要组成部分，已广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，并且随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展与普及，数据采集技术将有广阔的发展前景。;

数据采集系统追求的主要目标有两个，一是精度，二是速度。对任何量值的测试都要有一定的精确度要求，否则将失去采集的意义;提高数据采集的速度不仅仅可以提高工作

效率，更主要的是扩大数据采集系统的适用范围，便于实现动态测试。

现代数据采集系统具有如下几个特点：

(1)现代数据采集系统一般都内含有计算机系统，使得数据采集的质量和效率等大为提高，同时显著地节省了硬件资源。;

(2)软件在数据采集系统中的作用越来越大，增加了系统设计的灵活性和功能。

(3)数据采集与数据处理相互结合得日益紧密，形成数据采集与处理相互融合的系统，可实现从数据采集、处理到控制的全部工作。

(4)速度快，数据采集过程一般都具有“实时”特性。对于通用数据采集系统一般希望有尽可能高的速度，以满足更多的应用环境。

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(5)随着微电子技术的发展，电路集成度的提高，数据采集系统的体积越来越小，可靠性越来越高，甚至出现了单片数据采集系统。

(6)数据通信总线在数据采集系统中的应用越来越广泛，总线技术对数据采集系统结构的发展起着重要作用。;

1.1.3系统

系统(System)是指由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的具有特定功能的整体。一个系统，对于给定的输入(激励)，将会有一个既定的输出(响应)。系统是一个相对的概念，一个系统可以分为多个小系统的组成，如何确定系统的边界，取决于系统的结构和研究的目的。例如计算机数据采集系统又可细分为一些较小的子系统，当侧重研究如何把现实世界的物理信号变为电信号时，着重研究传感器系统;当侧重于数字量的计算、处理、存储和显示时，着重于研究计算机系统。;

1.2计算机数据采集系统的组成;

从图1.1可以看出，计算机数据采集系统一般由传感器、前置放大器、滤波器、多路模拟开关、采样/保持器(S/H)、模/数转换器(A/D)和计算机系统组成。;

1.传感器

传感器的作用是把非电的物理量(如速度、温度、压力等)转变成模拟电量(如电压、电流、电阻或频率)。例如，使用热电偶或热电阻可以获得随