CN113765521B - 数据采集方法 - Google Patents

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CN113765521B CN202110569426.9A CN202110569426A CN113765521B CN 113765521 B CN113765521 B CN 113765521B CN 202110569426 A CN202110569426 A CN 202110569426A CN 113765521 B CN113765521 B CN 113765521B
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李清石
刘强
张孝飞
金长新
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/124—Sampling or signal conditioning arrangements specially adapted for A/D converters
    • H03M1/129—Means for adapting the input signal to the range the converter can handle, e.g. limiting, pre-scaling ; Out-of-range indication

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Abstract

本发明目的是提供了一种数据采集方法，以提高了数据采集的精度和效率。一种数据采集方法，包括以下步骤:(1)用户请求进行数据采集；(2)数据采集器控制程序在采集返回给用户的数据之前调整数据采集器的输入动态范围，使数据采集器的输入动态范围为数据采集器所支持的大于但最接近于待采集数据的输入信号动态范围的输入动态范围；（3）数据采集器以此输入动态范围采集数据返回给用户。

Description

数据采集方法
技术领域
本发明涉及一种数据采集方法，属于仪器技术领域。
背景技术
使用数据采集器采集数据时，在特定的应用场景中数据的数值往往具有相同的或者差别不大的数量级，比如，电压动态范围是毫伏级、十毫伏级、百毫伏级或者伏级。对于电压动态范围在毫伏级的应用，数据采集器采用伏级的输入动态范围设置显然是不合适的，测量结果会有较大的误差，应使输入信号动态范围接近数据采集器的输入动态范围。如何实现自动设置数据采集器输入动态范围的数据采集过程是一个需要解决的技术问题。
发明内容
本发明目的是提供了一种数据采集方法，以提高了数据采集的精度和效率。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种数据采集方法，其特征在于：包括以下步骤:
(1)用户请求进行数据采集；
(2)数据采集器控制程序在采集返回给用户的数据之前调整数据采集器的输入动态范围，使数据采集器的输入动态范围为数据采集器所支持的大于但最接近于待采集数据的输入信号动态范围的输入动态范围；
(3)数据采集器以此输入动态范围采集数据返回给用户。
一种数据采集方法，适用电压动态范围数据采集，包括以下步骤:
(1)用户发起数据点数为n的数据采集请求；
(2)数据采集器控制程序提示用户是否需要进行输入动态范围调整，如果是则执行步骤(4)，如果是则执行步骤(3)；
(3)如果用户选择不进行输入动态范围调整，提示用户是否使用上次数据采集过程使用的输入动态范围，如果不使用上次数据采集过程的输入动态范围，则数据采集器使用默认输入动态范围作为数据采集器使用的输入动态范围，执行步骤(9)进行数据采集，如果用户选择使用上次数据采集过程使用的输入动态范围，作为数据采集器使用的输入动态范围，执行步骤(9)进行数据采集；
(4)如果用户选择进行输入动态范围调整，则启动输入动态范围调整过程；
(5)数据采集器使用当前输入动态范围对输入信号进行数据点数为n0的数据采样；
(6)根据数据采集器当前输入动态范围、数据采集器采样精度和n0个采样数据的模数转换值，经换算得到n0个采样数据的实际值；
(7)由n0个采样数据的实际值得到输入信号动态范围；
(8)更新数据采集器的当前输入动态范围，确认是否调整完成，如果调整完成，则执行步骤(9)，如果调整没有完成，则重复步骤(5)、(6)及(7)；
(9)数据采集器使用输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围，采集数据点数为n的数据返回给用户。
所述数据采集方法优选方案，步骤(2)数据采集器的输入动态范围用
Figure GDA0003339021260000021
表示，Ri关于电压0V对称，
Figure GDA0003339021260000022
表示Ri的电压上限值，且
Figure GDA0003339021260000023
所述数据采集方法优选方案，步骤(5)具体过程如下：
其中，在输入动态范围调整过程启动时，当前输入动态范围
Figure GDA0003339021260000024
是默认输入动态范围
Figure GDA0003339021260000025
也就是最大标称输入动态范围
Figure GDA0003339021260000026
在输入动态范围调整过程中，当前输入动态范围
Figure GDA0003339021260000027
是上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围
Figure GDA0003339021260000028
其中，默认输入动态范围
Figure GDA0003339021260000029
为最大标称输入动态范围
Figure GDA00033390212600000210
数据点数n0＜＜n，且n0个采样点不属于返回给用户的n个采样点。
所述数据采集方法优选方案，步骤(8)具体过程如下：
设定当前输入动态范围为
Figure GDA00033390212600000211
实际值得到输入信号动态范围[Vinput_low,Vinput_high]，上次数据采集过程使用的输入动态范围
Figure GDA00033390212600000212
其中，如果
Figure GDA00033390212600000213
则
Figure GDA00033390212600000214
输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围是
Figure GDA00033390212600000215
其中，如果
Figure GDA0003339021260000031
且
Figure GDA0003339021260000032
则
Figure GDA0003339021260000033
表示如果输入动态范围
Figure GDA0003339021260000034
未作为上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围
Figure GDA0003339021260000035
则
Figure GDA0003339021260000036
也就是在第一次更新数据采集器的当前输入动态范围
Figure GDA0003339021260000037
时适当进行扩大处理，返回步骤(5)继续执行输入动态范围调整过程；
其中，如果
Figure GDA0003339021260000038
且
Figure GDA0003339021260000039
则
Figure GDA00033390212600000310
表示如果输入动态范围
Figure GDA00033390212600000311
已经作为上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围
Figure GDA00033390212600000312
在本次输入动态范围调整过程中测得的输入信号动态范围没有变化，则
Figure GDA00033390212600000313
输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围是
Figure GDA00033390212600000314
其中，如果
Figure GDA00033390212600000315
且
Figure GDA00033390212600000316
则
Figure GDA00033390212600000317
表示如果输入动态范围
Figure GDA00033390212600000318
已经作为上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围
Figure GDA00033390212600000319
在本次输入动态范围调整过程中出现了测得的输入信号动态范围扩大的情况，则
Figure GDA00033390212600000320
输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围是
Figure GDA00033390212600000321
其中，当出现测得的输入信号动态范围扩大的情况时，由于数据采集器的输入动态范围
Figure GDA00033390212600000322
与
Figure GDA00033390212600000323
之间有足够的间隔，不同输入动态范围对应的模数转换步进值不同引起的测量误差不会导致跨越
Figure GDA00033390212600000324
后又跨越
Figure GDA00033390212600000325
其中，如果
Figure GDA0003339021260000041
且
Figure GDA0003339021260000042
则
Figure GDA0003339021260000043
表示如果输入动态范围
Figure GDA0003339021260000044
已经作为上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围
Figure GDA0003339021260000045
在本次输入动态范围调整过程中出现了测得的输入信号动态范围缩小的情况，则
Figure GDA0003339021260000046
输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围
Figure GDA0003339021260000047
本发明的优点在于：
数据采集器控制程序在采集返回给用户的数据之前调整数据采集器的输入动态范围，使数据采集器的输入动态范围为数据采集器所支持的大于但最接近于待采集数据的输入信号动态范围的输入动态范围，数据采集器以此输入动态范围采集数据返回给用户，提高了数据采集的精度和效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所述在特定的应用场景中数据的数值往往具有相同的或者差别不大的数量级，测量结果会有较大的误差，应使输入信号动态范围接近数据采集器的输入动态范围。
为了解决上述问题，本发明采用以下方案：
一种数据采集方法，包括以下步骤：
(1)用户发起数据点数为n的数据采集请求；
(2)数据采集器控制程序提示用户是否需要进行输入动态范围调整；
一般地，在执行新的数据采集应用时，数据采集器需要进行输入动态范围调整，以适应新的应用场景的输入动态范围需求；
一般地，数据采集器有若干个输入动态范围供用户选择，数据采集器的输入动态范围用
Figure GDA0003339021260000051
表示，Ri关于电压0V对称，
Figure GDA0003339021260000052
表示Ri的电压上限值，且
Figure GDA0003339021260000053
(3)如果用户选择不进行输入动态范围调整，提示用户是否使用上次数据采集过程使用的输入动态范围
Figure GDA0003339021260000054
如果不使用上次数据采集过程的输入动态范围
Figure GDA0003339021260000055
则数据采集器使用默认输入动态范围
Figure GDA0003339021260000056
作为数据采集器使用的输入动态范围，执行步骤(9)进行数据采集，如果用户选择使用上次数据采集过程使用的输入动态范围
Figure GDA0003339021260000057
作为数据采集器使用的输入动态范围，执行步骤(9)进行数据采集；
其中，默认输入动态范围
Figure GDA0003339021260000058
为最大标称输入动态范围
Figure GDA0003339021260000059
(4)如果用户选择进行输入动态范围调整，则启动输入动态范围调整过程；
(5)数据采集器使用当前输入动态范围
Figure GDA00033390212600000510
对输入信号进行数据点数为n0的数据采样；
其中，在输入动态范围调整过程启动时，当前输入动态范围
Figure GDA00033390212600000511
是默认输入动态范围
Figure GDA00033390212600000512
也就是最大标称输入动态范围
Figure GDA00033390212600000513
在输入动态范围调整过程中，当前输入动态范围
Figure GDA00033390212600000514
是上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围
Figure GDA00033390212600000515
其中，数据点数n0＜＜n，且n0个采样点不属于返回给用户的n个采样点；
(6)根据数据采集器当前输入动态范围
Figure GDA00033390212600000516
数据采集器采样精度和n0个采样数据的模数转换值，经换算得到n0个采样数据的实际值；
(7)由n0个采样数据的实际值得到输入信号动态范围[Vinput_low,Vinput_high]；
(8)更新数据采集器的当前输入动态范围
Figure GDA00033390212600000517
其中，如果
Figure GDA0003339021260000061
则
Figure GDA0003339021260000062
输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围是
Figure GDA0003339021260000063
其中，如果
Figure GDA0003339021260000064
且
Figure GDA0003339021260000065
则
Figure GDA0003339021260000066
表示如果输入动态范围
Figure GDA0003339021260000067
未作为上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围
Figure GDA0003339021260000068
则
Figure GDA0003339021260000069
也就是在第一次更新数据采集器的当前输入动态范围
Figure GDA00033390212600000610
时适当进行扩大处理，返回步骤(5)继续执行输入动态范围调整过程；
其中，如果
Figure GDA00033390212600000611
且
Figure GDA00033390212600000612
则
Figure GDA00033390212600000613
表示如果输入动态范围
Figure GDA00033390212600000614
已经作为上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围
Figure GDA00033390212600000615
在本次输入动态范围调整过程中测得的输入信号动态范围没有变化，则
Figure GDA00033390212600000616
输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围是
Figure GDA00033390212600000617
其中，如果
Figure GDA00033390212600000618
且
Figure GDA00033390212600000619
则
Figure GDA00033390212600000620
表示如果输入动态范围
Figure GDA00033390212600000621
已经作为上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围
Figure GDA00033390212600000622
在本次输入动态范围调整过程中出现了测得的输入信号动态范围扩大的情况，则
Figure GDA00033390212600000623
输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围是
Figure GDA00033390212600000624
其中，当出现测得的输入信号动态范围扩大的情况时，由于数据采集器的输入动态范围
Figure GDA0003339021260000071
与
Figure GDA0003339021260000072
之间有足够的间隔，不同输入动态范围对应的模数转换步进值不同引起的测量误差不会导致跨越
Figure GDA0003339021260000073
后又跨越
Figure GDA0003339021260000074
其中，如果
Figure GDA0003339021260000075
且
Figure GDA0003339021260000076
则
Figure GDA0003339021260000077
表示如果输入动态范围
Figure GDA0003339021260000078
已经作为上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围
Figure GDA0003339021260000079
在本次输入动态范围调整过程中出现了测得的输入信号动态范围缩小的情况，则
Figure GDA00033390212600000710
输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围
Figure GDA00033390212600000711
(9)数据采集器使用输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围
Figure GDA00033390212600000712
采集数据点数为n的数据返回给用户。
具体实施例1
有一个数据采集器，采样精度为8位，支持的输入动态范围有[-0.01V,0.01V]、[-0.02V,0.02V]、[-0.04V,0.04V]、[-0.05V,0.05V]、[-0.08V,0.08V]、[-0.1V,0.1V]、[-0.2V,0.2V]、[-0.4V,0.4V]、[-0.5V,0.5V]、[-0.8V,0.8V]、[-1.0V,1.0V]和[-2.0V,2.0V]。根据本发明的描述，默认输入动态范围为[-2.0V,2.0V]，最大标称输入动态范围为[-2.0V,2.0V]。
具体步骤如下：
(1)用户发起数据点数为1024的数据采集请求；
(2)数据采集器控制程序提示用户是否需要进行输入动态范围调整，选择进行输入动态范围调整；
(3)启动输入动态范围调整过程：
数据采集器的当前输入动态范围为默认输入动态范围[-2.0V,2.0V]；
数据采集器使用当前输入动态范围对输入信号进行数据点数为32的数据采样；
(4)根据数据采集器当前输入动态范围、数据采集器采样精度和采样数据的模数转换值，经换算得到采样数据的实际值；
(5)由采样数据的实际值得到输入信号动态范围，假设为[-0.015V,0.025V]；
(6)更新数据采集器的当前输入动态范围由于max(|-0.015|,|0.025|)<0.04<0.05，且2.0不等于0.05，所以更新后的当前输入动态范围为[-0.05V,0.05V]；
数据采集器使用更新后的当前输入动态范围[-0.05V,0.05V]对输入信号进行数据点数为32的数据采样，继续执行输入动态范围调整过程，以得到更为精确的采样值；
根据数据采集器当前输入动态范围、数据采集器采样精度和采样数据的模数转换值，经换算得到采样数据的实际值；
由采样数据的实际值得到输入信号动态范围，假设为[-0.025V,0.035V]；
更新数据采集器的当前输入动态范围，由于max(|-0.025|,|0.035|)<0.04<0.05，且0.05等于0.05，所以输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围为[-0.04V,0.04V]；
(7)数据采集器使用输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围[-0.04V,0.04V]采集数据点数为1024的数据返回给用户。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种数据采集方法，适用电压动态范围数据采集，其特征在于：包括以下步骤:
(1)用户发起数据点数为n的数据采集请求；
(2)数据采集器控制程序提示用户是否需要进行输入动态范围调整，如果是则执行步骤(4)，如果是则执行步骤(3)；
(3)如果用户选择不进行输入动态范围调整，提示用户是否使用上次数据采集过程使用的输入动态范围，如果不使用上次数据采集过程的输入动态范围，则数据采集器使用默认输入动态范围作为数据采集器使用的输入动态范围，执行步骤(9)进行数据采集，如果用户选择使用上次数据采集过程使用的输入动态范围，作为数据采集器使用的输入动态范围，执行步骤(9)进行数据采集；
(4)如果用户选择进行输入动态范围调整，则启动输入动态范围调整过程；
(5)数据采集器使用当前输入动态范围对输入信号进行数据点数为n0的数据采样；
(6)根据数据采集器当前输入动态范围、数据采集器采样精度和n0个采样数据的模数转换值，经换算得到n0个采样数据的实际值；
(7)由n0个采样数据的实际值得到输入信号动态范围；
(8)更新数据采集器的当前输入动态范围，确认是否调整完成，如果调整完成，则执行步骤(9)，如果调整没有完成，则重复步骤(5)、(6)及(7)；
(9)数据采集器使用输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围，采集数据点数为n的数据返回给用户；
步骤(2)数据采集器的输入动态范围用 表示，Ri关于电压0V对称，表示Ri的电压上限值，且
步骤(5)具体过程如下：
其中，在输入动态范围调整过程启动时，当前输入动态范围是默认输入动态范围也就是最大标称输入动态范围在输入动态范围调整过程中，当前输入动态范围是上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围
其中，默认输入动态范围为最大标称输入动态范围数据点数n0＜＜n，且n0个采样点不属于返回给用户的n个采样点；
步骤(8)具体过程如下：
设定当前输入动态范围为实际值得到输入信号动态范围[Vinput_low,Vinput_high]，上次数据采集过程使用的输入动态范围
其中，如果则输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围是
其中，如果且则表示如果输入动态范围未作为上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围则也就是在第一次更新数据采集器的当前输入动态范围时适当进行扩大处理，返回步骤(5)继续执行输入动态范围调整过程；
其中，如果且则表示如果输入动态范围已经作为上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围在本次输入动态范围调整过程中测得的输入信号动态范围没有变化，则输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围是
其中，如果且则表示如果输入动态范围已经作为上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围在本次输入动态范围调整过程中出现了测得的输入信号动态范围扩大的情况，则输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围是
其中，当出现测得的输入信号动态范围扩大的情况时，由于数据采集器的输入动态范围与之间有足够的间隔，不同输入动态范围对应的模数转换步进值不同引起的测量误差不会导致跨越后又跨越
其中，如果且则表示如果输入动态范围已经作为上一次输入动态范围调整过程更新后的当前输入动态范围在本次输入动态范围调整过程中出现了测得的输入信号动态范围缩小的情况，则输入动态范围调整过程最后得到的输入动态范围
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