第1章　绪论        信号采集是对外界信息的一种获取过程。事实上，多种形式的信息采集贯穿于整个人类的发展过程中。从古代的日暑、候风地动仪到近代的温度计、电压表，无不是人类为了准确获得外界信息的创造。 随着计算机技术的飞速发展与普及，数据采集系统在应用中也越来越重要。要使用计算机对现实世界中的信息进行处理和显示，首先必须将计算机和现实世界联系起来。这需要将真实世界中的各种信号(称为模拟信号)转化为计算机可以识别、存储的信号(称为数字信号)，这一过程即是数据采集。数据采集技术是以前端的模拟信号处理、模拟信号数字化、数字信号处理和计算机控制技术等高科技为基础而形成的一门综合技术。它在许多领域得到了广泛的应用。数字技术促进了上述这些领域的发展，而反过来又对数据采集系统提出了愈来愈高的要求。一个大型的数据采集系统由以下几个部分组成:数据测量、数据采集、数据传送、数据存储、数据处理、分析和显示等。 由于计算机技术的发展和计算机技术在信号处理中的广泛应用，现代的测量 系统在数字信号处理方面的能力也大大加强，形成了数字化测量技术，数字化测量就是借助于各种类型的传感器检测外部世界的各种信号，并转换成电信号，然后进行信号调理和A/D转换，使之转换成为能够在数字系统中进一步处理的数字信号。具体来说，就是将电压、电流、温度、压力等物理信号转化为数字量并传递到计算机中。作为信息源头的传感器对计量测试技术的发展有着重要作用;目前，传感器正不断朝着多功能性和智能性方向发展   在生产现场中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视、记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间过程的有力工具，也是获取科学奥秘的重要手段之一。总之，数据采集系统已经广泛应用于各个领域，并且起着越来越重要的作用。 数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，送入计算机。将计算得到的数据进行显示和打印。以便实现对物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机系统用来控制某些物理量。 数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。   1.1 课题提出的背景 水库大坝失事的教训引起社会公众的严重关切，通过大量的调查研究，使大家清楚的认识到：为了综合开发利用水资源，修建水库大坝是需要的，但也要从人与自然和谐相处的观点合理规划，减少风险，为此必须在勘测、规划、设计、施工、管理的每个工作环节中加强安全意识，保证工程有足够的安全度，以建成有充分安全保障的水库大坝。 大坝安全监测是大坝安全管理工作的耳目，是降低风险，减少事故的重要手段。大坝失事的原因虽然多种多样，但在大多数情况下，总与不能及时掌握它的实际运行性状有关。事实上，绝大多水库大坝破坏过程都不是突然发生的，一般都有一个缓慢的从量变到质变的发生过程。即使大坝存在一定的缺陷，或在设计理论和施工技术上有一些未确定因素，运行中有一定的风险，但只要在大坝运行中通过认真仔细的检查、监测、分析，也能及时发现一些事故前兆，防患于未然。因此对建筑物及其基础和相关边坡、洞室从施工到运行性状的监测，就成为保证其安全运行所必备的措施之一。    监测是指直接或借用专门的仪器设备，对大坝本身及基础岩体，从施工之前开始对施工、蓄水、运行整个过程所进行的量测与分析。这一过程包括三个基本环节：数据量测、数据采集和数据分析。 我国建于上个世纪五、六十年代的中、小型水库来说，目前运行状况的安全监测方面仅停留在初步的人工观测水平上，在自动监测方面基本上还是一片空白，本系统的研究对水库的实时监测具有重要意义。水库大坝的渗漏是影响水库正常安全运行的主要隐患之一.而对水库大坝的实时监测是对渗漏隐患提前预警,以便及早采取措施预防险情的最有效手段。我们应用大坝的水渗流原理，对大坝的进行分析并建立相应关系的数学模型。通过对大坝渗流的测量，一方面可以监视水库水位的变化状况，另一方面可以全面掌握大坝的渗流变化及其安全运行状况。因此，在对水库大坝进行实时监测时，根据水库容量大小和坝基结构的不同，采取设置20到120个不等的观测点，应用传感器技术进行大坝渗流监测，传感器将被测参数转换为频率信号输出，送入多路转换与放大装置进行频率/电压转换与放大处理，经A/D变换后由计算机进行数据采集、运算、信息处理和结果的显示与数据打印，实现对水库运行状况的有效控制。   我国在水库的安全运行监测方面尚处于起步阶段，在自动监测方面基本上还是一片空白，没有现成的系统可直接采用，大多需要根据实际情况，应用现代各种先进监测技术，构筑一个完整实用的水库大坝监测和预警系统。本课题就是为了配合水库大坝预警系统，研制一套应用于水库大坝工程监测的、具有可扩展信号传输通道功能的微机实时数据采集与处理系统。 1.2 数据采集系统的发展现状与趋势 综观20多年的发展过程，单片机正朝模块化、集成化、高速度、高精度，扩大存储容量和加强I/O功能及结构兼容方向发展。今后一段时间，通道多、 精度高、速度快、功能丰富、可靠性高等优点越来越成为高性能采集系统的发展趋势。同时，随着数据采集系统的应用更为广泛，其技术更新也将更快，系统用途的适用程度将更加广泛。预计今后的发展趋势有以下几个方面：   （1）模块化：通过选择合适的硬件模块并在工业标准的软件环境中定制测量应用程序，即可满足各种独特的应用要求。使用模块化仪器建立的系统比传统的仪器具有更高的灵活性、测量精度、数据吞吐量和同步特性。（2）集成化：集成一体化的定义可理解为：人们为有效完成一件或一批任务而在各独立的系统、计算机和各种硬件设备中共享其各自所有的信息、数据、系统特点和功能。集成一体化消除了原先以人工在各系统、计算机和硬软件设备之间的配合误差，未来的数据采集系统就可通过在多个平台间处理信息，以快速、有效地提供所需信息来完成用户要求。（3）高精度：采集系统的高精度决定了系统的稳定程度，本系统中传感器的精度是保证测量系统准确度的第一个重要环