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数据采集卡的简要介绍

02/22 11:09
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数据采集卡的功能特点:

一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器/计时器等,这些功能分别由相应的电路来实现。

数据采集卡模拟输入是采集*基本的功能。它一般由多路开关(MUX)、放大器采样保持电路以及A/D来实现,通过这些部分,一个模拟信号就可以转化为数字信号。A/D的性能和参数直接影响着模拟输入的质量,要根据实际需要的精度来选择合适的A/D。

数据采集卡模拟输出通常是为采集系统提供激励。输出信号数模转换器(D/A)的建立时间、转换率、分辨率等因素影响。建立时间和转换率决定了输出信号幅值改变的快慢。建立时间短、转换率高的D/A可以提供一个较高频率的信号。如果用D/A的输出信号去驱动一个加热器,就不需要使用速度很快的D/A,因为加热器本身就不能很快地跟踪电压变化。因此,应该根据实际需要选择D/A的参数指标。

数字I/O通常用来控制过程、产生测试信号、与外设通信等。它的重要参数包括:数字口路数(line)、接收(发送)率、驱动能力等。如果输出去驱动电机、灯、开关型加热器等用电器,就不必要求较高的数据转换率。路数要能同控制对象配合,而且需要的电流要小于采集卡所能提供的驱动电流。但加上合适的数字信号调理设备,仍可以用采集卡输出的低电流的TTL电平信号去监控高电压、大电流的工业设备。数字I/O常见的应用是在计算机和外设如打印机、数据记录仪等之间传送数据。另外一些数字口为了同步通信的需要还有“握手”线。路数、数据转换速率、“握手”能力都是重要参数,应依据具体的应用场合而选择有合适参数的数字I/O。

数据采集卡的选型指南:

一般数据采集卡选型,按如下步骤进行,详细指标请参阅相应产品的样本或选型指南。

1.明确应用需求

    在选择数据采集卡之前,需分析应用需求,充分了解各种数据采集产品的特点、支持的开发平台种类、运行的操作系统环境以及开发难度等,然后根据有关指标进行合理选择。

2.选择总线的考虑

    应用较广的包括PCI、PXI、USB、ISA等多种总线结构,不同的总线具有不同的传输速度、电气特性、结构尺寸、配置过程等,用户要根据自己所需的特性来选择。

3.选择采样率的考虑

    系统的高采样率取决于ADC芯片变换模拟信号的速率,通常单位是SPS(采样点/s)。根据奈奎斯特采样理论,采样频率务必是信号中高有效频率的两倍以上,否则会产生混叠信号失真,俗称“假频”。对于很多用户,可能需要仔细观察分析信号的细节,往往需要更高的采样速率,通常建议选用高采样率大于信号高频率分量的5~10倍的采集卡。

4.选择分辨率和量程范围的考虑
    先是分辨率。分辨率越高,输入信号的细分程度就越高,能够识别的信号变化量就越小。举个实例:一个正弦波信号,采用分辨率为8bit,A/D转换所获得的数字结果相当于把输入范围细分为256份,一些微小细节变化在A/D转换过程中就会丢失,这正是由于分辨率不够高,在还原数据中产生量化噪声造成的。若采用分辨率为16bit,A/D转换的细分数值就可以从256增加到65536,由量化信噪比为SNR(dB)=(6.02×bit)+1.76,可知量化位数越多信噪比就越高。

   在确定了A/D转换分辨率的情形下,应按照保证信号量化噪声较低,信噪比较高的原则,选择一个合适的量程,再通过信号调理将被采集信号调理在这个合理的量程内。

5.选择合适的产品型号
    后,还有输入阻抗输出阻抗、通道数、信号线数、隔离等技术问题需要考虑,这些都与传感器和信号调理密切相关,务必结合起来统一考虑。在上述各指标选定以后,用户可根据“功能够用”的原则,选择符合要求的采集卡,找到合适的采集卡型号。不要盲目购买价格贵、功能强大的设备。一般来说当精度要求不是很高、采样频率较低时,PCI和USB总线的数据采集卡都可以满足要求;若工作环境比较恶劣,可以采用工控机;当采集精度要求较高,采样频率很高,工作环境比较恶劣时优先选用PXI类型的数据采集产品。品。

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北京阿尔泰科技发展有限公司(www.art-control.com)自主研发的产品包括PC104/PC104+工业主板、工控主板、数据采集卡、多种总线数据采集板卡、分布式采集模块、无线通讯数传采集模块、运动控制卡、测控机箱及测控系统、控制器、无风扇工业电脑、工业平板电脑等,产品被广泛应用于环境、电力、通讯、航天、军工等领域。

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