數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與基本方法
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【1】良好的性價(jià)比
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，一定要注意在滿足性能指標(biāo)的前提下，盡可能地降低價(jià)格，以便得到高的性能價(jià)格比，這是硬件設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮的一個(gè)主要因素。因?yàn)橄到y(tǒng)在設(shè)計(jì)完成后，主要的成本便集中在硬件方面，當(dāng)然也成為產(chǎn)品爭(zhēng)取市場(chǎng)關(guān)鍵因素之一。
【2】安全性和可靠性
選購(gòu)設(shè)備要考慮環(huán)境的溫度、濕度、壓力、振動(dòng)、粉塵等要求，以保證在規(guī)定的工作環(huán)境下，系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠。要有超量程和過(guò)載保護(hù)，保證輸入、輸出通道正常工作。要注意對(duì)交流市電以及電火花等的隔離。
【3】較強(qiáng)抗干擾能力
有完善的抗干擾措施，是保證系統(tǒng)精度、工作正常和不產(chǎn)生錯(cuò)誤的必要條件。例如強(qiáng)電與弱電之間的隔離措施，對(duì)電磁干擾的屏蔽，正確接地、高輸人阻抗下的防止漏電等。
2、軟件設(shè)計(jì)的基本原則
【1】結(jié)構(gòu)合理
程序應(yīng)該采用結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)。這不僅有利于程序的進(jìn)一步擴(kuò)充或完善，而且也有利于程序的后期修改和維護(hù)。
【2】操作性能好，使用方便，具備良好的人機(jī)界面。
【3】具有一定的保護(hù)措施和容錯(cuò)功能
系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)一定的檢測(cè)程序，例如狀態(tài)檢測(cè)和診斷程序，以便系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，便于查找故障部位。對(duì)于重要的參數(shù)要定時(shí)存儲(chǔ)，以防止因掉電而丟失數(shù)據(jù)。
【4】提高程序的執(zhí)行速度，盡量減小占用系統(tǒng)的內(nèi)存。
【5】給出必要的程序說(shuō)明，便于后期程序維護(hù)。
二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟
1、分析問(wèn)題和確定任務(wù)
在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，必須對(duì)要解決的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查研究、分析論證。如產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)合、面向的客戶類型等。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題提出具體的要求，確定系統(tǒng)所要完成的數(shù)據(jù)采集任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)，確定調(diào)試系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)軟件的手段等。另外，還要對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中可能遇到的技術(shù)難點(diǎn)做到心中有數(shù)，初步定出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線。
2、確定采樣周期Ts
采樣周期Ts決定了采樣數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量。利用采樣定理和系統(tǒng)設(shè)指標(biāo)來(lái)確定采樣周期。
3．系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)階段，一般應(yīng)做以下幾項(xiàng)工作。
【1】進(jìn)行硬件和軟件的功能分配
一般來(lái)說(shuō)，多采用硬件，可以簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)工作，并使系統(tǒng)的速度性能得到改善，但成本會(huì)增加，同時(shí)，也因接點(diǎn)數(shù)增加而增加不可靠因素。若用軟件代替硬件功能，可以增加系統(tǒng)的靈活性，降低成本，但系統(tǒng)的工作速度也降低。要根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求，在確定系統(tǒng)總體方案時(shí)進(jìn)行合理的功能分配。
【2】系統(tǒng)A／D通道方案的確定
（1）模擬信號(hào)輸人范圍、被采集信號(hào)的分辨率；
（2）完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間；
（3）模擬輸入信號(hào)的特性是什么，是否經(jīng)過(guò)濾波，信號(hào)的最高頻率是多少；
（4）模擬信號(hào)傳輸所需的通道數(shù)；
（5）多路通道切換率是多少，期望的采樣/保持器的采集時(shí)間是多少；
（6）在保持期間允許的電壓下降是多少；
（7）通過(guò)多路開(kāi)關(guān)及信號(hào)源串聯(lián)電阻的保持器旁路電流引起的偏差是多少；
（8）所需精度（包括線性度、相對(duì)精度、增益及偏置誤差）是多少；
（9）當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，各種誤差限制在什么范圍，在什么條件下允許有漏碼；
（10）各通道模擬信號(hào)的采集是否要求同步；
（11）所有的通道是否都使用同樣的數(shù)據(jù)傳輸速率；
（12）數(shù)據(jù)通道是串行操作還是并行操作；
（13）數(shù)據(jù)通道是隨機(jī)選擇，還是按某種預(yù)定的順序工作；
（14）系統(tǒng)電源穩(wěn)定性的要求是什么，由于電源變化引起的誤差是多少；
（15）電源切斷時(shí)是否可能損壞有關(guān)芯片（對(duì)CMOS的多路開(kāi)關(guān)是安全的，因?yàn)楫?dāng)電源切斷時(shí)，多路開(kāi)關(guān)是打開(kāi)的；而對(duì)結(jié)型FET多路開(kāi)關(guān)是接通的，因此有損壞芯片的可能。
評(píng)論