采用SoC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的部分應(yīng)用實(shí)例包括：天氣監(jiān)測(cè)以及對(duì)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(jì)算機(jī)，用于預(yù)測(cè)雨水以及地震和破壞性強(qiáng)風(fēng)等自然現(xiàn)象及災(zāi)害。DAS在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用包括可跟蹤心電圖（ECG）或腦電圖（EEG）信號(hào)等的患者監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。
典型的DAS系統(tǒng)包含如下組件：
●傳感器：將真實(shí)世界現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成等效的電氣模擬信號(hào)
● 信號(hào)調(diào)節(jié)電路：將來(lái)自傳感器的信號(hào)改變?yōu)榭蓤?zhí)行數(shù)字化的形式
● 模數(shù)轉(zhuǎn)換器：將已調(diào)節(jié)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示形式
● 存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)器：用于存儲(chǔ)在后期將被轉(zhuǎn)發(fā)至另一系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)流
● 通信接口：將數(shù)字流傳輸至其它系統(tǒng)的經(jīng)由通道
● 微處理器系統(tǒng)或微控制器：排序并控制所有其它組件
圖1顯示了基本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方框圖。這些內(nèi)部模塊的詳細(xì)內(nèi)容將在下一章節(jié)中進(jìn)行闡述。
圖1：從單個(gè)傳感器獲取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的子系統(tǒng)
a) 傳感器：
如前所述，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠跟蹤溫度、壓力、濕度、流速等物理參數(shù)。由于在電子域中處理非常靈活，因而需要使用適當(dāng)?shù)膫鞲衅鲗⑦@些參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻、電流或電壓變化等可測(cè)量的電氣量。例如，熱敏電阻、電阻式溫度檢測(cè)器（RTD）等傳感器會(huì)隨著溫度的變化而相應(yīng)改變其阻值，而應(yīng)變計(jì)等壓力傳感器則會(huì)根據(jù)所施加的壓力相應(yīng)改變阻值。這些均可通過(guò)惠斯通電橋（wheatstones bridge）[1]轉(zhuǎn)換成電氣量（例如電壓）。
表1列出了一些在DAQ中監(jiān)控的通用物理參數(shù)以及所使用的適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌?br />
表1：常用的電子傳感器。
b) 隔離：
信號(hào)采集應(yīng)用在處理超高電壓信號(hào)時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)毀損。強(qiáng)烈推薦使用變壓器對(duì)高電壓進(jìn)行降壓轉(zhuǎn)換，也可使用光隔離等其它保護(hù)電路[2]。
c) 信號(hào)調(diào)節(jié)：
盡管傳感器在對(duì)所監(jiān)控的信號(hào)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(hào)幅值水平卻非常低，通常僅為可計(jì)量信號(hào)的1/10^6或1/10^3。
除了電氣信號(hào)測(cè)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(hào)的頻率范圍，就可以設(shè)計(jì)適合的濾波器來(lái)清除噪聲。對(duì)于特定位置的溫度監(jiān)控等應(yīng)用而言，溫度不會(huì)隨著時(shí)間的推移發(fā)生顯著變化，例如大部分都是變化緩慢且頻率低。因此，在將輸入信號(hào)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常會(huì)同步跟蹤并行環(huán)境中的眾多信號(hào)，并使用單獨(dú)的傳感器測(cè)量每一種數(shù)量值。如圖1所示，如果每種參數(shù)都采用單獨(dú)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，那么總體系統(tǒng)就會(huì)變得非常龐大。此外，由于測(cè)量到的信號(hào)量變化非常緩慢，因此無(wú)需對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，這樣我們就可以利用統(tǒng)一的通道多路復(fù)用不同的已調(diào)節(jié)信號(hào)輸出，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步處理，如圖2所示。
評(píng)論