數(shù)據(jù)采集技術(shù)要點(diǎn)剖析（一）

技術(shù)是一個(gè)快速迭代的循 環(huán)。有趣的是，其對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的進(jìn)化而言是呈現(xiàn)雙向作用的：一方面，技術(shù)的涌現(xiàn)使得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各類指標(biāo)和性能得到了質(zhì)的提升，開(kāi)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(gòu)很容易就會(huì)被直接替換或淘汰，這給工程師們又帶來(lái)了嚴(yán)峻的考驗(yàn)與挑戰(zhàn)。

本章節(jié)通過(guò)分析和總結(jié)多家數(shù)據(jù)采集設(shè)備提供商的技術(shù)趨勢(shì)展望報(bào)告等文獻(xiàn)，從五個(gè)方面為您闡述構(gòu)建下一代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所需掌握的技術(shù)要點(diǎn)。

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(shù)產(chǎn)品總監(jiān), MTS傳感器公司

“微創(chuàng)新”是一種脫胎于IT領(lǐng)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(yàn)的角度，不斷地去做微小的改進(jìn)，通過(guò)點(diǎn)滴的積累，最后達(dá)成巨大改善甚至顛覆。

對(duì)于一個(gè)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)講，其中傳感器與數(shù)據(jù)采集設(shè)備接口的連接（即我們所說(shuō)的I/O）這一環(huán)節(jié)往往都受到工程師以及設(shè)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(xiàng)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(huì)得到指數(shù)級(jí)別的放大，而針對(duì)此環(huán)節(jié)的任何微小改善也可能讓工程師的體驗(yàn)獲得質(zhì)的提升。由于這個(gè)原因，近期有一些具備先見(jiàn)之明的數(shù)據(jù)采集設(shè)備商已經(jīng)開(kāi)始將著眼點(diǎn)放在了I/O環(huán)節(jié)中，很多微小創(chuàng)意的產(chǎn)生都令人興奮不已，但需要強(qiáng)調(diào)的是，這些努力其本質(zhì)是為了提高工程師的使用體驗(yàn)，從而高效完成項(xiàng)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(huì)采用如下圖所示的接線拓?fù)?/strong>：對(duì)于每一個(gè)傳感器，在將其輸出引線接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備之外，還需并行地從激勵(lì)電源設(shè)備（如精密電 源）上并聯(lián)上每個(gè)傳感器。可以想象的是，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(shí)所面臨的接線壓力。

正因?yàn)橛脩舢a(chǎn)生了改進(jìn)這 種方法的潛在需求，因此“微創(chuàng)新”開(kāi)始了。下圖是某些數(shù)據(jù)采集設(shè)備商做的一個(gè)巧妙的針對(duì)性改變：將外部激勵(lì)電源的引線事先引入到數(shù)據(jù)采集設(shè)備內(nèi)部，通過(guò)簡(jiǎn) 單的路由，再統(tǒng)一引出到接口層。這樣的一種小改進(jìn)甚至都沒(méi)有造成成本的上升，但卻可以讓工程師不用頻繁在激勵(lì)電源和數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間切換接線，減少出錯(cuò)幾 率，大幅度方便了客戶的接線體驗(yàn)。

但是，這種方法的一個(gè)局 限性在于需要整個(gè)設(shè)備中所有通道的激勵(lì)電壓要求都相同，而這對(duì)于多通道數(shù)據(jù)采集應(yīng)用而言是不切實(shí)際的，因?yàn)橄到y(tǒng)需要測(cè)量不同的物理量，因此就要選用不同的 傳感器。因此，設(shè)備又演變成下圖所示的接口方式：數(shù)據(jù)采集設(shè)備內(nèi)部自帶了對(duì)單個(gè)通道的激勵(lì)電壓功能，通過(guò)總線，上位機(jī)可以控制設(shè)備對(duì)每一通道產(chǎn)生特定的激 勵(lì)電壓，從而對(duì)每一個(gè)不同的傳感器分別對(duì)待。

可以看到，即使只是一個(gè)看似微小的激勵(lì)電壓接線問(wèn)題，通過(guò)層層改善，最終也能成功地將問(wèn)題妥善解決。但是“微創(chuàng)新”的故事并沒(méi)有結(jié)束，此時(shí)，工程師們又開(kāi)始對(duì)一個(gè)已然成熟頗久的技術(shù)產(chǎn)生了老瓶裝新酒的想法。

這個(gè)技術(shù)就是“TEDS”（Transducer Electronic Data Sheets），該協(xié)議是1994年由IEEE和NIST學(xué)會(huì)聯(lián)合發(fā)起，目的是希望用標(biāo)準(zhǔn)接口解決傳統(tǒng)傳感器集成的問(wèn)題。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，TEDS的主要功能是將每個(gè)傳感器都貼上電子標(biāo)簽，當(dāng)時(shí)提出此標(biāo)準(zhǔn)的人們無(wú)法預(yù)料的是，這個(gè)技術(shù)現(xiàn)在對(duì)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(gè)實(shí)際例子可以形象地說(shuō)明這點(diǎn)：

- 就工程師的使用體驗(yàn)而言，當(dāng)線纜插入設(shè)備的某個(gè)通道時(shí)，如果設(shè)備可以馬上檢測(cè)出并做相對(duì)應(yīng)的指示（例如屏幕中某個(gè)通道的燈被點(diǎn)亮），那么在心理上會(huì)由于這 一反饋而得到滿足感。雖然這是一個(gè)看似微不足道的小體驗(yàn)，但是這種及時(shí)反饋的方式可以有效防止工程師沒(méi)有插緊或者插錯(cuò)等不當(dāng)操作。

- 在 首次架設(shè)整套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，工程師們可以一次性地對(duì)每個(gè)通道寫(xiě)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(shí)，只需要隨意地將通道 接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備接頭上即可，而不用做到必須和以前一一對(duì)應(yīng)；這是因?yàn)閿?shù)據(jù)采集設(shè)備已經(jīng)自動(dòng)解析了每一個(gè)插入通道的信息（包括傳感器類型，激勵(lì)要求，通道 位置等），從而完全不影響最終的采集結(jié)果。

- 由于每個(gè)通道都已經(jīng)預(yù)先寫(xiě)入了傳感器的信息，因此在插入通道的同時(shí)，系統(tǒng)就可以自動(dòng)地對(duì)該傳感器進(jìn)行個(gè)性化校準(zhǔn)和標(biāo)定，或者載入特殊熱電偶的分度表等，整個(gè)過(guò)程完全自動(dòng)化，而且出錯(cuò)率極小。