數(shù)據(jù)采集技術要點剖析（一）

技術是一個快速迭代的循 環(huán)。有趣的是，其對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的進化而言是呈現(xiàn)雙向作用的：一方面，技術的涌現(xiàn)使得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各類指標和性能得到了質的提升，開拓了很多的可能 性；而另一方面，一些傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或架構很容易就會被直接替換或淘汰，這給工程師們又帶來了嚴峻的考驗與挑戰(zhàn)。

本章節(jié)通過分析和總結多家數(shù)據(jù)采集設備提供商的技術趨勢展望報告等文獻，從五個方面為您闡述構建下一代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所需掌握的技術要點。

I/O 微創(chuàng)新

摩爾定律在數(shù)據(jù)記錄儀的作用

光纖數(shù)據(jù)采集與傳輸

極致穩(wěn)定系統(tǒng)

海量數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)管理

1 I/O微創(chuàng)新

—— David Edeal, 技術產品總監(jiān), MTS傳感器公司

“微創(chuàng)新”是一種脫胎于IT領域的方法論，它是一種從客戶的角度出發(fā)，以提高用戶體驗的角度，不斷地去做微小的改進，通過點滴的積累，最后達成巨大改善甚至顛覆。

對于一個多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來講，其中傳感器與數(shù)據(jù)采集設備接口的連接（即我們所說的I/O）這一環(huán)節(jié)往往都受到工程師以及設備廠商的忽略。但是，隨著幾百甚至幾千通道的大規(guī)模系統(tǒng)項目的不斷出現(xiàn)，I/O環(huán)節(jié)中所發(fā)生的任何微小不便，都會得到指數(shù)級別的放大，而針對此環(huán)節(jié)的任何微小改善也可能讓工程師的體驗獲得質的提升。由于這個原因，近期有一些具備先見之明的數(shù)據(jù)采集設備商已經(jīng)開始將著眼點放在了I/O環(huán)節(jié)中，很多微小創(chuàng)意的產生都令人興奮不已，但需要強調的是，這些努力其本質是為了提高工程師的使用體驗，從而高效完成項目。

在一些通道數(shù)并不多的數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)中，工程師們一般會采用如下圖所示的接線拓撲：對于每一個傳感器，在將其輸出引線接入數(shù)據(jù)采集設備之外，還需并行地從激勵電源設備（如精密電 源）上并聯(lián)上每個傳感器?？梢韵胂蟮氖?，這種在通道數(shù)少的情況下看不出任何瑕疵的方法，卻完全滿足不了大通道數(shù)時所面臨的接線壓力。

正因為用戶產生了改進這 種方法的潛在需求，因此“微創(chuàng)新”開始了。下圖是某些數(shù)據(jù)采集設備商做的一個巧妙的針對性改變：將外部激勵電源的引線事先引入到數(shù)據(jù)采集設備內部，通過簡 單的路由，再統(tǒng)一引出到接口層。這樣的一種小改進甚至都沒有造成成本的上升，但卻可以讓工程師不用頻繁在激勵電源和數(shù)據(jù)采集設備之間切換接線，減少出錯幾 率，大幅度方便了客戶的接線體驗。

但是，這種方法的一個局 限性在于需要整個設備中所有通道的激勵電壓要求都相同，而這對于多通道數(shù)據(jù)采集應用而言是不切實際的，因為系統(tǒng)需要測量不同的物理量，因此就要選用不同的 傳感器。因此，設備又演變成下圖所示的接口方式：數(shù)據(jù)采集設備內部自帶了對單個通道的激勵電壓功能，通過總線，上位機可以控制設備對每一通道產生特定的激 勵電壓，從而對每一個不同的傳感器分別對待。

可以看到，即使只是一個看似微小的激勵電壓接線問題，通過層層改善，最終也能成功地將問題妥善解決。但是“微創(chuàng)新”的故事并沒有結束，此時，工程師們又開始對一個已然成熟頗久的技術產生了老瓶裝新酒的想法。

這個技術就是“TEDS”（Transducer Electronic Data Sheets），該協(xié)議是1994年由IEEE和NIST學會聯(lián)合發(fā)起，目的是希望用標準接口解決傳統(tǒng)傳感器集成的問題。簡單來說，TEDS的主要功能是將每個傳感器都貼上電子標簽，當時提出此標準的人們無法預料的是，這個技術現(xiàn)在對于大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言是極具意義的。下面的幾個實際例子可以形象地說明這點：

- 就工程師的使用體驗而言，當線纜插入設備的某個通道時，如果設備可以馬上檢測出并做相對應的指示（例如屏幕中某個通道的燈被點亮），那么在心理上會由于這 一反饋而得到滿足感。雖然這是一個看似微不足道的小體驗，但是這種及時反饋的方式可以有效防止工程師沒有插緊或者插錯等不當操作。

- 在 首次架設整套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，工程師們可以一次性地對每個通道寫入傳感器的各種信息，這樣操作之后，在以后每次工程師啟用系統(tǒng)接線時，只需要隨意地將通道 接入數(shù)據(jù)采集設備接頭上即可，而不用做到必須和以前一一對應；這是因為數(shù)據(jù)采集設備已經(jīng)自動解析了每一個插入通道的信息（包括傳感器類型，激勵要求，通道 位置等），從而完全不影響最終的采集結果。

- 由于每個通道都已經(jīng)預先寫入了傳感器的信息，因此在插入通道的同時，系統(tǒng)就可以自動地對該傳感器進行個性化校準和標定，或者載入特殊熱電偶的分度表等，整個過程完全自動化，而且出錯率極小。