動態數據採集

動態數據採集，是指從傳感器和其它待測設備等模擬和數字被測單元中自動採集信息的過程。動態數據採集一般要求結構在動作運行過程中採集數據，而採集點一般是靜態測試數值較大的位置和比較關鍵的部位。通過高速計數器測量輸入、輸出數據，通過傳感器測量輸入、輸出軸扭矩，並將所測數據信息上傳給計算機。計算機根據上傳數據計算出相應的傳動比、系統效率、輸入和輸出功率等信息。動態數據採集的目的是為了測量電壓、電流、温度、壓力或聲音等物理現象。

數據採集，又稱數據獲取，是利用一種裝置，從系統外部採集數據並輸入到系統內部的一個接口。數據採集技術廣泛應用在各個領域。比如攝像頭，麥克風，都是數據採集工具。

被採集數據是已被轉換為電訊號的各種物理量，如温度、水位、風速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數字量。採集一般是採樣方式，即隔一定時間（稱採樣週期）對同一點數據重複採集。採集的數據大多是瞬時值，也可是某段時間內的一個特徵值。準確的數據測量是數據採集的基礎。數據量測方法有接觸式和非接觸式，檢測元件多種多樣。不論哪種方法和元件，均以不影響被測對象狀態和測量環境為前提，以保證數據的正確性。數據採集含義很廣，包括對面狀連續物理量的採集。在計算機輔助製圖、測圖、設計中，對圖形或圖像數字化過程也可稱為數據採集，此時被採集的是幾何量（或包括物理量，如灰度）數據。

在互聯網行業快速發展的今天，數據採集已經被廣泛應用於互聯網及分佈式領域，數據採集領域已經發生了重要的變化。首先，分佈式控制應用場合中的智能數據採集系統在國內外已經取得了長足的發展。其次，總線兼容型數據採集插件的數量不斷增大，與個人計算機兼容的數據採集系統的數量也在增加。國內外各種數據採集機先後問世，將數據採集帶入了一個全新的時代。

為了使ADC的資源能得到充分發揮，避免微處理器在同一時刻只能幹同一件事情之缺點，設計出無的數據採集系統，即整個採集儀全部由硬件線路製成，採集過程無需軟件參與，其結構原理如圖1所示。

圖只表示出兩通道的數據採集儀結構，實際上只要增加圖示通道)或通道􂈗右邊的全等結構，即可將通道數增加到更大範圍，這樣並不影響多通道同時採集。、芯片內帶採樣保持、存儲器單元、緩衝器單元及相關總線組成。

輸出的數據總線直接和存儲器單元的數據總線相連，用於把各輸入端送來的模擬信號轉換成數字信號並存寫於各自存儲器。存儲器單元主要由存儲器和地址切換器組成，而地址切換器的二個輸入(ADD₁、ADD₂)􂈒分別和本機地址總線(1)􂈒及外部計算機地址總線相連，其輸出與存儲器地址總線相連，這樣當採集數據時，使用本機地址總線，數據讀出到計算機時，使用外部計算機地址總線。存儲器的數據總線還和緩衝器單元的輸入端相連，緩衝器單元由三組三態緩衝器組成，其輸出和其它通道的對應單元輸出相接組成三組數據總線，它們分別為X總線，􂈀􂈒Y總線，D總線􂈒，用於把存儲器的數據有選擇的送往這三組數據總線，如圖示。 ^[1] 

面板控制單元主要有下列功能①控制各通道存儲器單元的地址切換器，使存儲器使用本機地址總線還是外部計算機地址總線②控制各通道的緩衝器單元，使哪個通道數據信號送往哪組數據總線，如圖中的（3）、（4）控制線③送觸發信號到計數器單元的端，使計數器清零，進而使基準時鐘輸出，開始一個採集過程。

輸入端分別和總線與總線相連，其模擬輸出端可送往外部的一記錄儀或示波器，用於完成任意兩通道當採集儀通道數大於時信號的同時數模轉換。

存儲器單元中的存儲器當進行數據採集或轉換輸出時使用本機地址總線，僅當外部計算機讀取數據時，才使用計算機地址總線，計算機的數據總線和採集儀的D總線相連。 ^[1] 

現已研製成功的採集儀的最大特點是其結構全部採用硬件線路製成，無需CPU參與或與CPU有關的DMA，就可實現動態數據的高速、多通道同時採集，其特徵是一個時鐘脈衝可使各通道數據同時採集並存寫各自存儲器一次，還使ADC的資源能夠得到完全發揮。

採集數據可分多存儲區域存儲，即內部存儲器可分為10或16個區(即把所有ADC卡上的存儲器全部統一分區)，同時記錄10或16個物理事件信息，供進一步比較.

儀器所採集的數據可直接送往示波器顯示，或直接送往X-Y記錄儀記錄，還可通過專用接口送往外部計算機進行數據處理，所有這些動作過程均由邏輯線路完成。進行D/A轉換時，一個時鐘週期可實現兩通道數據同時讀取一次。但當數據送往計算機時只能一個通道一個通道地進行。 ^[1] 

計算機技術在飛速發展，微機應用日益普及深入。微機在通訊自動化，工業自動控制，電子測量，信息管理和信息系統等方面都得到了廣泛應用。在能源動力、冶金、化工、醫學和電器性能測試等許多場合都需要同時對多通道快速變化的模擬信號進行採集、預處理、數據分析處理、自動報表生成、信號變化趨勢顯示和輸出打印等。應用領域的不斷拓寬，使微型計算機高速數採成為計算機應用中最有潛力和最為活躍的領域之一。研究和開發相關的新技術，實現對傳統產業的技術改造、研製新型特別是智能化的工業產品，是我們目前面對的挑戰和機遇。

20世紀八十年代後期，PC機市場開始快速發展，越來越多的PC機應用得到開發。PC機的廣泛應用不但改變了我們的計算方式，而且對數據採集領域也帶來了翻天覆地的變化。特別是使用越來越先進的計算機技術，使基於PC機的數據採集系統向着高速、高效、智能化、多功能化，多樣化方向發展。 ^[2] 

可編程控制器（PLC）是一種具有極高可靠性的通用工業自動化控制裝置，它具有能力強、可靠性高、配置靈活、編程簡單、使用方便、易於擴展等優點，但PLC在數據儲存、圖形顯示、用户界面等方面功能較差，如果將上位計算機與PLC結合起來，充分利用計算機與PLC本身的資源，就可以使兩者實現優勢互補，組成高性價比的監測控制系統。因此，PLC與上位機之間的串行通信是實現這一目標的關鍵技術。

PLC與上位機通信主要有以下方式：

①運用組態軟件WinCC方法通信速度快，可靠性好，但需購買軟件，價格高，適用於較大控制系統；

②觸摸屏監控方法通信問題已由廠商解決，可靠性高，但靈活性不好，功能不強，且價格較高；

③自由口模式下與上位計算機通信，通信協議完全由用户自己定義，可任意讀取PLC存儲區數據，成本低，編程複雜，對開發人員水平要求較高。其系統連接如圖2所示。 ^[3] 

上位機在通訊過程中始終作為主機，定時發送巡檢指令，等待從機PLC的應答。若無應答信息或應答信息校驗錯誤，系統顯示通訊故障；若接收到正確應答信息，則系統作相應處理，其通訊流程如圖3所示。

在Windows環境下，用VC++提供的通訊控件MSComm編寫所需串行通信程序。在應用程序中添加通訊控件，它有很多重要的屬性，在初始化程序中必須對其進行必要設置。 ^[3] 

系列PLC有兩種通訊模式:一種是點對點(PPI)通訊模式，另一種是對用户完全開放的自由口通訊模式。PPI模式用於PLC間直接連接的通訊，可以組成網絡。自由口模式應用於PLC與計算機間通訊，其通訊流程如圖4所示。

在通訊過程中，PLC始終作為從機等待來自主機的巡檢指令，若接收到錯誤的巡檢指令，則丟棄巡檢信息，等待下一次巡檢；若接收到正確的巡檢指令，則根據指令要求上傳相應數據。 ^[3] 

系統以串行通訊為基礎，建立了基於PLC和上位機為核心的數據採集方案，充分利用了PLC在開關量、模擬量和高速計數方面的強大功能和上位計算機在圖形顯示、數據計算、數據存儲等方面的優勢。相對於單片機為核心的數據採集系統，本系統具有可靠性、穩定性好，數據處理能力強，開發時間短等優點。 ^[3]