数据采集站工作原理

工业数据采集具有一些鲜明的特征，在面对具体需求时，不同场景会对技术选型产生影响，例如设备的组网方式、数据传输方式、数据本地化处理、数据汇聚和管理等。

数据采集系统的组成和基本原理 数据采集系统的基本结构

数据采集系统的组成和基本原理 数据采集系统的基本结构

1. 多种工业协议并存

工业领域使用的通信协议有很多，如PROFIBUS、Modbus、CAN、HART、EtherCAT、EthernetIP、Modbus/TCP、PROFINET、OPC UA，以及大量的厂商私有协议。这种状况出现，很大程度上是因为工业软硬件系统存在较强的封闭性和复杂性。

设想在工业现场，不同厂商生产的设备，采用不同的工业协议，要实现所有设备的互联，需要对各种协议做解析并进行数据转换，这是工业物联网存量改造项目开展时遇到的问题——想要解决“万国牌”设备的数据采集，耗时又费力。

如果是新建设的工厂，应从开始的规划阶段考虑车间、厂级和跨地域的企业级工业物联网应用要求，在没有历史包袱的情况下，通过制定标准，综合评估现场的电磁环境抗干扰要求、数据带宽要求、传输距离、实时性、组网时支持的设备数量限制、星形或Daisy-Chain网络拓扑、后期扩展性等因素，选择合适的技术路线，并设计好OT与IT互通的接口，这将大大降低数据采集的难度和工作量。

2. 时间序列数据

工业数据采集大多数时候带有时间戳，即数据在什么时刻采集。大量工业数据建模、工业知识组件和算法组件，均以时间序列数据作为输入数据，例如时域分析或频域分析方法，都要求原始数据包含时间维度信息。

工业物联网应用越来越丰富，延伸到了更多的场景下，例如室内定位开始在智慧仓储、无人化工厂中探索应用，无论是基于时间还是基于接收功率强度的定位方式，其定位引擎都要求信号带有时间标签，才能完成定位计算，保证时空信息的准确性和可追溯性。

在搭建工业物联网平台时，应结合时间序列数据的特点，在数据传输、存储、分析方面做针对性的考虑。例如时序数据库（Time Series DataBase，TSDB）专门从时间维度进行设计和优化，数据按时间顺序组织管理。

图3-1所示为典型的时间序列数据，存储于关系型数据库中，当数据规模急剧增大时，关系型数据库的处理能力变得吃紧，需要性能更优的数据库。工业数据和互联网数据存在很大别，前者通常是结构化的，而后者以非结构化数据为主。

3. 实时性

工业数据采集的一个很大特点是实时性，包括数据采集的实时性以及数据处理的实时性。例如基于传感器的数据采集，其中一个重要指标为采样率，即每秒采集多少个点。采样率低的如温湿度采集，采样间隔在分钟级；采样率高一些的如振动信号，每秒钟采集几万个点甚至更多，方便后续信号分析处理以获得高阶谐波分量。

有些大的科学装置，例如粒子加速器的束流监测系统，采样率达数兆每秒。采样率越高意味着单位时间数据量越大，如此大的数据量，如果不加处理直接通过网络传输到数据中心或云端，对于网络的带宽要求非常之高，而且如此大的带宽下，很难保证网络传输的可靠性，可能会产生非常大的传输时延。

而部分工业物联网应用，如设备故障诊断、多机器人协作、状态监测等，由于要求在数据采集（感知）、分析、决策执行之间，完成快速闭环，因此对数据的实时处理有着较高的要求。如果将数据上传到云端，云端分析后再绕一圈回来，指导下一步动作，一来一回产生的时延，很多时候将变得不可接受。

上述业务场景将在靠近数据源头的现场对数据进行即时处理，实时分析，提取特征量，然后基于分析的结果进行本地决策，指导下一步动作，同时将分析结果上传到云端，数据量经过本地处理后大大减小了。

03 工业数据采集的体系结构

工业数据采集体系包括设备接入、协议转换、边缘计算。设备接入是工业数据采集建立物理世界和数字世界连接的起点。设备接入利用有线或通信方式，实现工业现场和工厂外智能产品/移动装备的泛在连接，将数据上报到云端。工业数据采集发展了这么多年，存在设备接入的复杂性和多样性。

数据接入后，将对数据进行解析、转换，并通过标准应用层协议如MQTT、HTTP上传到物联网平台。部分工业物联网应用场景，在协议转换后，可能在本地做即时数据分析和预处理，再上传到云端，提升即时性并降低网络带宽压力。

边缘计算近几年发展迅速，大家越来越意识到数据就近处理的优势，无论是实效性还是出于数据安全性考虑，或是网络的可靠性，边缘计算在工业物联网体系中扮演着重要角色，边云协同也逐渐成了共识。

根据硬件载体不同，将设备接入产品分为以下3类，分类并非，不同类别之间的异，在于其侧重点不同。

数据采集系统的构成不包括

数据采集系统的构成不包括滤过器。

数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集通常有两种，一种是从数据源收集、识别和选取数据的过程。另一种是数字化、电子扫描系统的记录过程以及内容和属性的编码过程。

数据采集系统包括了：可视化的报表定义、审核关系的定义、报表的审批和发布、数据填报、数据预处理、数据评审、综合查询统计等功能模块。数据采集系统的构成包括：X线管、准直器、计算机系统、探测器，不包括滤过器。

数据采集系统的组成

1、传感器部分。包括各种电测传感器，它们的作用是感受各种物理变量，如力、线位移、角位移、应变和温度等，并把这些物理量转变为电信号。

2、数据采集仪。作用是对所有的传感器通道进行扫描，把扫描得到的电信号转换成数字量，再根据传感器特性对数据进行传感器系数换算，然后将这些数据传送给计算机，也可将这些数据打印输出、存入磁盘。

3、计算机部分。包括主机、显示器、存储器、打印机、绘图仪和键盘等。计算机的主要作用是作为整个数据采集系统的控制鼎，控制整个数据的采集过程。在采集过程中，通过数据采集程序的运行，计算机对数据采集仪进行控制。

计算机检测系统中数据采集通道由哪些器件构成？各有什么作用？

温度是一种基本的环境参数，日常生活和工农业生产中经常要检测温度。随着半导体技术的飞速发展，各种数字化、智能化温度测量技术的应用范围越来越广，因此掌握温度测控系统的硬件组成及系统软件设计尤为重要。

整个系统采用模块化设计，硬件结构由DS18B20和单片机、LCD1602、蜂鸣器等装置组成，DS18B20温度传感器将物理参量转变为电压并完成信号的调理，调整为数字量，再送入单片机AT89C52读取，单片机对数字量的温度进行处理，并将数据通过LCD1602显示，同时根据预设定的参数控制蜂鸣器是否报警，提醒注意。

本设计在proteus上画出原理图并进行仿真，实现了温度采集的整体功能，包括温度显示和高温报警。验证本设计所使用方案的有效性和正确性，终完成丰富发展了相应的理论知识。

哪位高手能介绍一下数据采集系统的一般结构,组成部分,工作原理?拜托了!

GIS系统即地理信息系统 (GIS, Geographic Information System) 是一种基于计算机的工具，它可以对在地球上存在的东西和发生的进行成图和分析。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库作（例如查询和统计分析等）集成在一起。这种能力使 GIS与其他信息系统相区别，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释、预测结果、规划战略等中具有实用价值。

勘探野外数据采集系统

勘探数据采集系统可把接收到的地面振动转换为电信号，记录这种信号就称为记录。数据采集系统主要由检波器和数字仪组成。

2.1.2.1 检波器

检波器是安置在地面、水中或井下以拾取大地振动的探测器或接收器，它实质是将机械振动转换为电信号的一种传感器。现代检波器几乎完全是动圈电磁式(用于陆地工作)和压电式(用于海洋和沼泽工作)的。这里只介绍接收纵波的垂直检波器。

2.1.2.1.1 检波器的主要类型和工作原理

动圈式检波器 这类检波器结构如图2-1所示，其机电转换通过线圈相对磁铁往复运动而实现。线圈及线枢由一个弹簧系统支撑在磁铁的磁极间隙内，组成一个振动系统。当线圈在磁极间隙中运动时，线圈切割磁力线，同时在线圈两端产生感应电势，感应电势的大小与线圈切割磁通量的速度成正比，也就是说，与其相对于磁铁的运动速度成正比。因此，动圈式检波器也称为速度检波器。大地作垂向运动时，磁铁随之运动，但线圈由于其惯性而趋于保持固定，使线圈和磁场之间有相对运动。对于水平的运动，线圈相对于磁铁是不动的，所以，这种检波器的输出为零。

动磁式检波器 这种检波器主要用于测井，因此生产的数量很少。其结构见图2-2。它是由磁铁及固定在磁铁上的线圈、弹性垫片、软铁隔板组成。波到达时使水压发生变化，水压变化引起软铁隔板相对磁铁发生位移，进而导致磁路的长度变化，引起磁路中磁阻改变，磁阻变化使磁通改变，结果在线圈中产生感应电势。

图2-1 动圈式检波器结构示意图 图2-2 动磁式检波器结构原理示意图

压电式检波器 这种检波器一般用于水下一定深度接收波，它是用压电晶体或类似的陶瓷活化元件作为压力传感元件，当这类物质受到物理形变时(如水压力变化)，它们产生一个与瞬时水压(和信号有关)成正比的电压，因此，这种检波器称作压力检波器或水下检波器。还有一种压力检波器，通常安置在注满油的塑料软管内，油的作用是将水的压力变化传给检波器内的敏感元件。这类检波器包在海洋电缆(称拖缆)内。

涡流检波器 这是一种新型检波器，其结构见图2-3。它是利用惯性部件和固定在机壳里的磁场作相对运动产生涡流，涡流又使固定在机壳里的线圈感应出电流的原理而制成。一个固定的圆柱形磁铁沿轴安装在机壳内，线圈固定地绕在磁铁的外面，非磁性可运动的铜制套筒由弹簧悬挂在磁铁和线圈之间构成惯性部件。当机壳被振动驱动时，固定在机壳里的磁铁和机壳一起运动，但由于弹簧悬挂着的铜制套筒因其惯性而滞后运动，于是，磁场和铜制套筒之间的相对运动在套筒中形成涡流，涡流的变化率引起变化的次生磁场，变化的磁场在固定的线圈中产生电动势而输出电压，通常把这种检波器也称为加速度检波器。

图2-3 涡流检波器的结构图

2.1.2.1.2 检波器的特性及指标要求

人工产生的波再经地下界面反射后传播到地面引起的地面振动是非常微弱的，因此要求检波器具有较高的灵敏度。另外，为分辨地下多层介质，要求检波器的固有振动延续度尽可能小，即应有较大的阻尼系数，再加上检波器的频率特性和相位特性。即我们把固有频率、阻尼系数、灵敏度作为评价检波器的重要参数。它们分别与检波器的弹簧的弹性系数、惯性体的质量、内阻和负载阻抗、机电耦合系数、摩擦系数等有关。一个合格的检波器，应有标定值，而且实测值应与标定值一致。

2.1.2.2 数字记录系统

图2-4为数字记录系统的方框图。图中除检波器外，可分为部分，其中有3个方面的技术水平直接代表了仪的技术水平：

1)前置放大及滤波部分。这一部分属模拟电路部分，主要功能是对检波器接收的电信号放大及滤波。

图2-4 记录系统框图

2)多路转换器部分。这一部分实质是对多道输入信号进行采样。这是一个核心部件，若对很多道(上千道)用小采样间隔采样，就要求在一个采样间隔时间内对所有道采样一次。

3)瞬时增益放大器部分。这是一个变放大系数的放大器，是一个核心部件。该部件体现了记录系统的动态范围，能将能量强弱别很大的波记录下来。

4)A/D转换器。是将模拟信号转换为数字信号，转换后的数字信号的有效数位影响波振幅的精度，目前已普遍采用24位转换器，这也是一个核心部件。

5)数字记录部分。经前几部分得到的数字信号可记录在大容量的磁带或磁盘上，以供后续进行资料处理。