Что такое многофункциональная плата сбора данных (DAQ-плата)?

2026-01-28

DAQ-плата — это ключевой аппаратный компонент, соединяющий физический мир и цифровые системы. Она преобразует аналоговые и цифровые сигналы, генерируемые различными датчиками или источниками сигналов, в цифровые данные, которые компьютер может обрабатывать и хранить, а также выдает управляющие сигналы. Ее основные функции можно кратко описать как «измерение, измерение и управление».

Основные функции и их описание

1. Сбор и оцифровка данных (основная функция ввода)

Сбор аналоговых сигналов: это наиболее важная функция. С помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) непрерывно изменяющиеся аналоговые сигналы от датчиков (таких как температура, давление, звук, вибрация, напряжение, ток, интенсивность света и т. д.) преобразуются в дискретные цифровые сигналы для компьютерного анализа.

Цифровой ввод сигналов: непосредственно считывает состояние (вкл/выкл, высокий/низкий) переключателей, цифровых датчиков (таких как энкодеры) или уровней TTL/CMOS для подсчета событий, измерения частоты, мониторинга состояния и т. д.

2. Вывод и управление сигналами (основная функция вывода)

Аналоговый вывод сигналов: с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) преобразует сгенерированные компьютером цифровые инструкции в непрерывно изменяющиеся аналоговые напряжения или токи для управления исполнительными механизмами (такими как управление скоростью двигателя, регулировка открытия клапана, управление яркостью источника света, генерация сигналов возбуждения и т. д.).

Цифровые выходные сигналы: Выводят сигналы переключения или цифровые импульсы для управления реле, индикаторными лампами, шаговыми двигателями и выполнения операций переключения и т. д.

3. Синхронизация и подсчет

Высокоточная синхронизация/тактовый сигнал: Обеспечивает точный эталон синхронизации, гарантируя стабильную частоту дискретизации и многоканальную синхронизацию. Это имеет фундаментальное значение для высококачественного анализа динамических сигналов (например, анализа вибрации).

Счетчики/таймеры: Используются для подсчета событий, генерации последовательностей импульсов, измерения частоты, измерения периода, широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и т. д., обычно используются для измерения скорости, обратной связи по положению и генерации управляющих сигналов ШИМ.

4. Обработка сигналов и мультиплексирование (расширенные функции)

Обработка сигналов: Некоторые высокопроизводительные платы сбора данных интегрируют функции обработки сигналов, такие как усиление, ослабление, фильтрация, изоляция и возбуждение (например, обеспечение напряжения моста для тензодатчиков). Это напрямую адаптируется к большему количеству типов датчиков, улучшая качество сигнала и безопасность системы.

Мультиплексирование: позволяет попеременно получать несколько сигналов с помощью одного АЦП, снижая затраты при сохранении производительности и обеспечивая многоканальный синхронный или асинхронный сбор данных.

Основные области применения

Лабораторные исследования и испытания

Физические, химические и биологические эксперименты: сбор различных физических величин (сила, тепло, звук, свет, электричество, магнетизм) и химических величин (значение pH, концентрация) в ходе экспериментальных процессов.

Испытания и проверка продукции: проведение эксплуатационных испытаний (например, испытания на срок службы, экологические испытания, функциональные испытания) электронных изделий, автомобильных деталей и механических компонентов.

Промышленная автоматизация и управление технологическими процессами

Мониторинг производственной линии: мониторинг параметров процесса, таких как температура, давление, расход и уровень жидкости.

Мониторинг состояния оборудования и прогнозирующее техническое обслуживание: анализ состояния оборудования путем сбора сигналов вибрации, шума и температуры.

Управление с обратной связью: в рамках системы управления осуществляется сбор сигналов обратной связи в реальном времени и вывод управляющих команд для регулирования производственного процесса.

Аудио- и вибрационный анализ

Измерение шума, модальный анализ и мониторинг состояния конструкций. Требуются высокие частоты дискретизации и возможности синхронного сбора данных.

Медицинская и биомедицинская инженерия

Сбор физиологических сигналов: сбор и анализ сигналов, таких как электрокардиограмма (ЭКГ), электроэнцефалограмма (ЭЭГ) и электромиография (ЭМГ).

Исследования и тестирование медицинских устройств.

Академические и образовательные приложения

Используется в университетских инженерных и физических лабораториях для проведения учебных экспериментов, позволяя студентам понимать такие концепции, как сбор данных, обработка сигналов и автоматическое управление.

Встроенные системы и разработка прототипов
Используется для быстрого создания систем сбора данных и управления для проверки алгоритмов и конструкций при разработке новых продуктов или прототипов систем.

Ключевые показатели производительности

При выборе платы сбора данных обратите внимание на следующие параметры:

Разрешение: количество бит в АЦП (например, 16-бит, 24-бит), определяющее минимальное разрешаемое изменение напряжения.

Частота дискретизации: количество выборок, регистрируемых в секунду, определяющее максимальную частоту сигнала, которая может быть точно зафиксирована (должна удовлетворять теореме Найквиста о дискретизации).

Диапазон входных сигналов: диапазон измеряемого напряжения/тока.

Количество каналов: количество аналоговых входов/выходов и цифровых входов/выходов.

Возможность синхронизации и синхронизации: точность синхронной дискретизации по нескольким каналам.

Шина интерфейса: способ подключения к компьютеру (например, PCIe, USB, PXI, Ethernet), напрямую влияющий на скорость передачи данных и интеграцию системы.

Поддержка драйверов и программного обеспечения: Совместимость с поддерживаемыми API (например, NI-DAQmx, DAQ Assistant) и распространенным программным обеспечением (LabVIEW, MATLAB, Python) значительно повышает эффективность разработки.

Подведите итоги

Многофункциональная плата сбора данных по сути представляет собой высокоинтегрированный «мост» и «транслятор», преобразующий аналоговую информацию и цифровые состояния из физического мира в компьютерный язык в реальном времени и с высокой точностью, а также преобразующий инструкции по принятию решений в управляющие действия в физическом мире. Это незаменимый основной аппаратный компонент в современных системах измерения, автоматизации, тестирования и исследований и разработок, значительно расширяющий возможности применения компьютеров в реальном мире.

Предыдущий Следующий