基于MATLAB的数据采集与分析系统设计(3)

　　本文完成了一种基于MATLAB的数据采集系统的方案的设计，实现了在MATLAB下利用声卡和MATLAB数据采集工具箱进行的数据采集与分析。

　　全文的结构安排如下：

　　第一章  绪论，说明了研究背景、意义、国内外现状，以及系统的发展现状。

　　第二章  主要介绍了系统结构特点及性能

　　第三章  主要介绍了声卡、MATLAB软件及其工具箱的使用

　　第四章  主要讨论了系统结构功能设计与实现，以及数据采集与分析的具体过程

　　第五章  主要对数据采集进行了举例

　　2数据采集系统结构特点

　　2.1  系统组成结构

　　数据采集系统主要由两部分组成：采集子系统和子系统，即下位机智能数据采集系统和上位机 HMI（Human Machine Interface）系统。采集子系统实现将客观世界被测对象信号采集和转换为能被计算机处理的数字信号的功能等；计算机子系统实现对采集数据的控制、存储和处理等功能，计算机起着对采集数据的存储和处理、分析、提供人机接口与其他计算机的数据和交换的功能。

　　数据采集系统涉及多学科，所研究的对象是或生物等各种非电或电信号。根据各种非电或电信号的特征，利用相应的归一化技术，将其转换为可真实反映事物特征的电信号后，经A／D转换器转换为计算机可识别的有限长二进制数字编码，以此作为研究自然科学和实现实时控制的重要依据，实现对宏观和微观自然科学的量化认识，典型的数据采集系统组成如图2-1所示。

　　　　　　　　　　图2-1   典型数据采集系统的组成

　　而一般的外置式数据采集系统结构如图2-2所示。模拟信号由传感器采得经过信号调理模块送入数据采集硬件设备。在数据采集设备中完成A／D转换，包括采样、量化、编码，转化成数字信号后送入与之相连的PC机中。根据不同的要求，在PC机上利用MATLAB以及二次编程实现数据的实时分析与处理。用户可以通过人机交互界面修改、设定各项参数来控制数据采集硬件设备的工作状态，同时可以得到数据的采集与分析结果， 从而实现数据采集与分析的自动化。

　　　　　　　图2-2 一般的外置式数据采集系统结构

　　利用声卡在WINDOWS环境下开发数据采集系统时，由于受编程的限制，其数据分析与处理的功能非常有限。例如，为了对所采集的数据进行功率谱分析，则需要用户以VB或C语言来编写功率谱分析的子程序，这显然增加了开发的难度，并且也极不利于分析功能的进一步扩展。

　　而利用声卡作为A／D转换工具，经过衰减和取样电路得到的模拟信号送至声卡的线路输入端LINEIN，并利用MATLAB中提供的数据采集工具箱，可满足控制声卡进行数据采集的要求。用户通过调用MATLAB命令， 可对采集的数据进行分析和处理。

　　整个系统可分为数据采集和数据分析两大部分，以友好的图形界面与用户进行交互沟通。数据采集部分实现数据采集功能，根据用户选择的采样频率和预设的采样时间，从声卡获得用户需要的数据；数据分析部分对采集到的数据进行频谱分析。全部数据的时域和频域波形以图形方式直观地呈现于用户面前。此外，还提供保存数据以及回放数据的功能。

　　图2-3给出了基于MATLAB的数据采集系统的简图，主要部件数据采集工具箱提供了硬件驱动程序和MATLAB环境之间“对话”所需的硬件驱动程序适配器、数据采集引擎和M-文件函数．

　　图2-3  基于MATLAB的数据采集系统简图