一、傳感器與計算機的關系

本篇文章我們要談談數據采集與傳感器之間的關系。在計算機發明之前，人類的數據采集過程是這樣的，用度量衡工具及自身感官感受被測物的信息，然后用紙和筆將數據記錄下來。但隨著科學研究的不斷深入以及生產實踐的要求，人們要處理的數據量變得越來越多，需要的測量信息也越來越精確。這個時候傳統的數據采集和記錄的方法已經遠遠不夠了。為了解決這一問題，計算機和傳感器走進了人們的視野中。

計算機是一種用于高速計算的電子計算機器。它能夠自動、高速處理海量的數據。計算機的發明大大提升了人類的計算能力，但它只能處理0101這樣的電信號，而現實生活中大都是非電量的信號。

如果還是用人工的辦法將信息輸入到計算機中，那么它的效率肯定是不高的。怎么辦呢？這就要用到傳感器了。

傳感器是一種檢測裝置，能夠感受被測物的信息并將感受到的信息按一定的規律變換成為電信號或其它所需形式的信號輸出的裝置。按功能可將傳感器分為：溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、扭矩傳感器等。

二、傳感器與計算機的中介——數據采集卡

傳感器輸出的是模擬信號而計算機可以接收的是數字信號，所以想要將傳感器的信號傳輸到計算機中還需要一個器件——模數轉換器。它可以將傳感器產生的電信號也就是模擬信號轉化為計算機可以接收的數字信號，

但完成這樣的任務需要對模數轉換器進行電路設計、制版、焊接、編程、調試等一系列的工作才可以。為了降低使用門檻，一種使用通用計算機接口的集成了模數轉換器和基本信號調理功能的數據采集設備便應運而生，也就是通常所說的數據采集卡。

三、數據采集卡的分類

我們可以按照以下兩種方式選擇數據采集設備。按照與計算機接口的連接方式可將采集卡分為：USB接口、PCI/PCIE、PXI/PXIE接口、RS232/485接口，以太網接口等。

這些接口類型各有優勢：USB接口的設備適合小規模的系統集成和實驗室應用；PCI和PXI接口的設備適合大規模的集成應用；RS-485和以太網接口的設備在遠距離、分布式場景中更具優勢。

若按照應用分類則可以分為專用數據采集卡和通用數據采集卡。

專用數據采集卡具有針對某種特定類型傳感器的信號調整電路，使得該數據采集卡與這些傳感器的連接更加便捷。

比如熱電偶專用數據采集卡會配置有高增益的放大器和冷端補償電路，但在專用數據采集卡上想要連接其它類型的傳感器就會非常困難，所以使用更多的是通用數據采集卡。它接收的大多是電壓型信號，量程為10V或5V。一般會為通用數據采集卡配置程控放大器用來擴大采集卡的應用范圍。

四、數據采集卡的簡單使用

舉個例子，如果我們想采集環境的濕度應該怎么做呢？首先要選擇一種濕度傳感器，

為了適配一般類型的數據采集卡我們需要讓傳感器輸出標準的電壓信號，也就是10V或5V的電壓信號。這里選擇的是需要5V供電，輸出電壓為0～3V，對應濕度為0～100%的濕度傳感器。

然后，我們要把濕度傳感器的電壓輸出線連接到采集卡的模擬輸入端，這樣才能采集到傳感器的電壓信號。最后通過USB線將電腦和采集卡連接，就可以在電腦上觀察分析濕度傳感器所輸出的信號了。

這里選擇的是Smacq的數據采集卡，它有配套軟件可以在電腦上運行，所以我們要先調整一下軟件的設置參數。勾選AI 0通道，把通道注釋標注為濕度。傳感器的輸出是0-3V，那么量程就設置成5.12V。

因為傳感器輸出速率較低，所以設置采樣率為5就可以了。

勾選單位變換功能，設置傳感器的單位為“%”，將傳感器輸出電壓上限改為3V。

其他設置不變。取消自動調整Y標尺并將坐標量程改變為0～100。啟動采集，軟件就可以顯示采集卡采集到的傳感器輸出電壓。當環境濕度增加后可以明顯在軟件中看到數據的變化情況。

以上這些，就是一次完整的采集濕度傳感器數據的過程。在這個過程中，傳感器輸出的模擬電壓可以很好的被采集卡所采集。那么，當我們找不到能夠和數據采集卡適配的傳感器時該怎么辦？比如這個熱電偶傳感器，它產生的電壓比較小，不適合直接連接到采集卡上。這時就要用到一種叫變送器的設備，將非標準信號轉換為標準信號。

接下來我們看一看變送器對采集數據的影響。

第一次實驗是將K型熱電偶直接連接到采集卡的模擬輸入通道上。

打開軟件，設置相關參數，勾選AI 7通道，由于熱電偶輸出的信號比較小，量程選擇0.64V。

采樣率設置為5。因為通用采集卡沒有冷端補償，所以不能進行單位變換。開啟軟件的數據采集功能，畫布會顯示環境溫度對應的電壓值，提高環境溫度，數據也會發生相應的變化。

溫度上升

溫度下降

第二次實驗將K型熱電偶與變送器連接，因為變送器需要電源供電，所以與采集卡的連接方式略有不同。

完成連接后我們對采集卡軟件進行簡單設置：變送器輸出的是標準的電壓信號，所以通道量程不需改變。

而且可以開啟單位變換功能，傳感器量程上限為350，下限為-130，單位是℃，傳感器輸出電壓是0～10V。

啟動采集，在軟件畫布上就會出現當前的環境溫度。

溫度升高

溫度下降

將兩組實驗數據對比，在同樣的溫度變化下可以明顯看出數據波形的優劣。

當然并非所有非標準電壓輸出的傳感器都要連接變送器：輸出電流信號的傳感器可以使用取樣電阻將電流信號轉變為電壓信號再輸入到采集卡中；

輸出頻率、脈沖信號的傳感器可以使用采集卡的計數器功能進行信號采集。

如果有機會的話，我們將會在文章中介紹它們的采集方法。

以上就是文章的全部內容，希望能給大家帶來些許幫助。您有任何問題都可以評論留言告訴我們。

再見。

審核編輯 黃宇