一、數(shù)據(jù)采集卡介紹

　　數(shù)據(jù)采集卡是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集（DAQ）功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡，可以通過(guò)USB、PXI、PCI、PCI Express、火線（1394）、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)。

　　數(shù)據(jù)采集卡技術(shù)參數(shù)：

　　●通道數(shù)：就是板卡可以采集幾路的信號(hào)，分為單端和差分。常用的有單端32路/差分16路、單端16路/差分8路

　　●采樣頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，與AD芯片的轉(zhuǎn)換一個(gè)點(diǎn)所需時(shí)間有關(guān)，例如：AD轉(zhuǎn)換一個(gè)點(diǎn)需要T = 10uS，則其采樣頻率f = 1 / T為100K，即每秒鐘AD芯片可以轉(zhuǎn)換100K的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。它用赫茲（Hz），常有100K、250K、500K、800K、1M、40M等

　　●緩存的區(qū)別及它的作用：主要用來(lái)存儲(chǔ)AD芯片轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。有緩存可以設(shè)置采樣頻率，沒(méi)有則不可以。緩存有RAM和FIFO兩種：FIFO應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集卡上，做數(shù)據(jù)緩沖，存儲(chǔ)量不大，速度快。RAM是隨機(jī)存取內(nèi)存的簡(jiǎn)稱。一般用于高速采集卡，存儲(chǔ)量大，速度較慢。

　　●分辨率：采樣數(shù)據(jù)最低位所代表的模擬量的值，常有12位、14位、16位等（12位分辨率，電壓5000mV）12位所能表示的數(shù)據(jù)量為4096（2的12次方），即±5000 mV電壓量程內(nèi)可以表示4096個(gè)電壓值，單位增量為（5000 mV）/ 4096=1.22 mV。分辨率與A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成FS/2n。FS表示滿量程輸入值，n為A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。位數(shù)越多，分辨率越高。

　　●精度：測(cè)量值和真實(shí)值之間的誤差，標(biāo)稱數(shù)據(jù)采集卡的測(cè)量準(zhǔn)確程度，一般用滿量程（FSR，full scale range）的百分比表示，常見(jiàn)的如0.05%FSR、0.1%FSR等，如滿量程范圍為0~10V，其精度為0.1%FSR，則代表測(cè)量所得到的數(shù)值和真實(shí)值之間的差距在10mv以內(nèi)。

　　●量程：輸入信號(hào)的幅度，常用有±5V、±10V 、0~5V 、0~10V ，要求輸入信號(hào)在量程內(nèi)進(jìn)行

　　●增益：輸入信號(hào)的放大倍數(shù)，分為程控增益和硬件增益，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡的電壓放大芯片將AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行固定倍數(shù)的放大。由兩種型號(hào)PGA202 （1、10、100、1000） 和PGA203 （1、2、4、8）的增益芯片。

　　●觸發(fā)：可分為內(nèi)觸發(fā)和外觸發(fā)兩種，指定啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換方式。

　　數(shù)據(jù)采集卡主要類型

　　在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，我們會(huì)安裝很多的各種類型的傳感器，如壓力的、溫度的、流量的、聲音的、電參數(shù)的等等，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制傳感器信號(hào)如壓力傳感器輸出的電壓或者電流信號(hào)不能遠(yuǎn)傳或者因?yàn)閭鞲衅魈嗖季€復(fù)雜，我們就會(huì)選用分布式或者遠(yuǎn)程的采集卡（模塊）在現(xiàn)場(chǎng)把信號(hào)較高精度地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過(guò)各種遠(yuǎn)傳通信技術(shù)（如485、232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)）把數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)或者其他控制器中進(jìn)行處理。這種也算作數(shù)據(jù)采集卡的一種，只是它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)，可以應(yīng)對(duì)各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。

　　如果是在比較好的現(xiàn)場(chǎng)或者實(shí)驗(yàn)室，如學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室，就可以使用USB/PCI這種采集卡。和常見(jiàn)的內(nèi)置采集卡不同，外置數(shù)據(jù)采集卡一般采用USB接口和1394接口，因此，外置數(shù)據(jù)采集卡主要指USB采集卡和1394采集卡。

　　數(shù)據(jù)采集卡，絕大多數(shù)集中在采集模擬量、數(shù)字量、熱電阻、熱電偶，其中熱電阻可以認(rèn)為是非電量（其實(shí)本質(zhì)上還是要用電流驅(qū)動(dòng)來(lái)采集）其中模擬量采集卡和數(shù)字量采集卡用得是最廣泛的。

　　市場(chǎng)上新出一種二合一采集卡。二合一，指的是數(shù)字模擬采集卡，AV+DV采集卡，數(shù)字、模擬二合一，數(shù)字輸入輸出，模擬接口輸入（DV/AV/S-video）。

　　最后雖然說(shuō)是采集卡，但實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要它輸出控制信號(hào)。采集卡廣泛應(yīng)用于安防監(jiān)控、教育課件錄制、大屏拼接、多媒體錄播錄像、會(huì)議錄制、虛擬演播室、虛擬現(xiàn)實(shí)、安檢X光機(jī)、雷達(dá)圖像信號(hào)、VDR紀(jì)錄儀、醫(yī)療X光機(jī)、CT機(jī)、胃腸機(jī)、陰道鏡、工業(yè)檢測(cè)、智能交通、醫(yī)學(xué)影像、工業(yè)監(jiān)控、儀器儀表、機(jī)器視覺(jué)等領(lǐng)域。

　　二、傳感器介紹

　　傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。

　　傳感器主要特點(diǎn)：

　　傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代，而且還可能建立新型工業(yè)，從而成為21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)基礎(chǔ)上的，已成功應(yīng)用在硅器件上做成硅壓力傳感器。

　　傳感器的組成：

　　傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四部分組成，如圖1 所示。

　　圖1.傳感器的組成

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　　敏感元件直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量信號(hào)；轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；變換電路負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)制；轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電。

　　傳感器工作原理：

　　首先向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過(guò)功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過(guò)能源環(huán)形變壓器從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈。由基準(zhǔn)電源與雙運(yùn)放組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源。當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測(cè)得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)儀表放大器放大成1.5v±1v的強(qiáng)信號(hào)，再通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換器變換成頻率信號(hào)，通過(guò)信號(hào)環(huán)形變壓器從旋轉(zhuǎn)的初級(jí)線圈傳遞至靜止次級(jí)線圈，再經(jīng)過(guò)外殼上的信號(hào)處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號(hào)，既可提供給專用二次儀表或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī)處理。

　　由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動(dòng)--靜環(huán)之間只有零點(diǎn)幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

　　傳感器的應(yīng)用：

　　傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域涉及機(jī)械制造、工業(yè)過(guò)程控制、汽車電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和專用設(shè)備等。專用設(shè)備主要包括醫(yī)療、環(huán)保、氣象等領(lǐng)域應(yīng)用的專業(yè)電子設(shè)備。工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用如工藝控制、工業(yè)機(jī)械以及傳統(tǒng)的;各種測(cè)量工藝變量和物理量的，以及傳統(tǒng)的接近/定位傳感器發(fā)展迅速。現(xiàn)代高級(jí)轎車的電子化控制系統(tǒng)水平的關(guān)鍵就在于采用壓力傳感器的數(shù)量和水平，目前一輛普通家用轎車上大約安裝幾十到近百只傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只，種類通常達(dá)30余種，多則達(dá)百種。

　　三、數(shù)據(jù)采集卡與傳感器的區(qū)別

　　1、數(shù)據(jù)采集卡是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào)，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析，處理。

　　2、傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。

　　3、數(shù)據(jù)采集卡是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集卡，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡。

　　4、傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)。