现代数据采集与信号处理实验

数据采集与处理技术是计算机应用的一个重要分支,主要研究信息数据的采集、存贮、处理及显示等内容,为控制、预测、评估和决策提供依据。它在国防、国民经济建设和其它工程领域中具有广泛的应用。本课程针对控制科学与工程、仪器科学与技术、电气科学、机械电子工程等领域的需求,以模拟量的数据采集为重点,讲解了数据采集系统的结构、实现技术和设计方法,以及系统各硬件部件的工作原理、数据处理技术、测控总线技术、无线传感器网络、误差分析方法等内容。

数据采集系统的结构

 

数据采集系统各硬件部件的工作原理

 

数据采集系统的总线技术   基于无线传感器网络的数据采集系统

 

* 实验过程与实验内容

本实验在学生掌握 C 语言、电路、模拟电路、数字电路、嵌入式处理器等课程的基础上,向学生综合讲述了现代数据采集和信号处理的最新知识。同时结合虚拟仿真技术,在基于串行总线、无线传感网络、USB 总线,PCI/PXI/LXI 总线和 CAN 总线等硬件平台基础上,搭建了虚拟数据采集和数据处理软件平台,通过这些实验的训练,使得学生对数据采集和信号处理有了更深层次的认知,提高了理论和实践结合的能力,为培养学生的综合能力提供了重要的支撑。

具体实验内容包括:

数据采集系统的工作原理和基本部件:介绍数据采集系统的主要组成,为学生迅速掌握该门课程打下基础。基于串口的数据采集技术实验:使用嵌入式平台,基于该平台的串口资源,通过虚拟仿真软件构建上位机软件架构,并通过虚拟仪器界面实现基于串口的低速通信和数据采集。

基于无线网络的数据采集技术实验:利用 Zigbee 技术搭建无线传感器网络平台,基于该平台,借助于虚拟仿真软件实现分布式数据采集。基于 USB 的数据采集技术实验:采用高速 USB 总线技术,结合虚拟仿真技术,实现基于 PC 机的中速数据采集过程。基于 PCI/PXI/LXI 的数据采集技术试验:引入 PCI/PXI/LXI 等高速总线技术,通过基于PCI/PXI/LXI 的可重构资源,实现了虚拟示波器、虚拟信号发生器、虚拟万用表等多类数据采集和数据发生虚拟仪器。

基于 CAN 的数据采集技术试验:借助于 CAN 总线协议的完备性和数据校验的先进性,通过虚拟仿真技术,实现了分布式控制和数据采集。现代数据处理技术系列实验:基于上述串口、无线网络、USB 总线,PCI/PXI/LXI 总线和 CAN 总线,在完成数据采集的情况下,在 PC 机上实现了进一步的数据处理。