Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Сбор данных - это процесс выборки сигналов, которые измеряют реальные физические условия и преобразование полученных выборок в цифровые числовые значения, которыми можно управлять с помощью компьютера. Системы сбора данных, сокращенно обозначаемые как DAS, DAQ или DAU, обычно преобразуют аналоговые сигналы в цифровые значения для обработки. Компоненты систем сбора данных включают:

  • Датчики для преобразования физических параметров в электрические сигналы.
  • Схема преобразования сигнала для преобразования сигналов датчиков в форму, которая может быть преобразована в цифровые значения.
  • Аналого-цифровые преобразователи для преобразования кондиционированных сигналов датчиков в цифровые значения.
Блок-схема системы сбора цифровых данных

Приложения сбора данных обычно управляются программами, разработанными с использованием различных языков программирования общего назначения, таких как Assembly , BASIC , C , C ++ , C # , Fortran , Java , LabVIEW , Lisp , Pascal и т. Д. Автономные системы сбора данных часто называют данными регистраторы .

Существуют также программные пакеты с открытым исходным кодом, предоставляющие все необходимые инструменты для сбора данных с различного, как правило, специального оборудования. Эти инструменты созданы научным сообществом, где для сложных экспериментов требуется быстрое, гибкое и адаптируемое программное обеспечение. Эти пакеты обычно настраиваются индивидуально, но более общие пакеты DAQ, такие как Maximum Integrated Data Acquisition System, можно легко адаптировать и использовать в нескольких физических экспериментах по всему миру.

История [ править ]

В 1963 году IBM выпустила компьютеры, которые специализировались на сборе данных. К ним относятся IBM 7700 Data Acquisition System и ее преемница, IBM 1800 Data Acquisition and Control System . Эти дорогостоящие специализированные системы были заменены в 1974 году компьютерами общего назначения S-100 и картами сбора данных, производимыми Tecmar / Scientific Solutions Inc. В 1981 году IBM представила персональный компьютер IBM, а Scientific Solutions представила первые продукты для сбора данных на ПК. [1] [2] [3] [4] [5]

Методология [ править ]

Источники и системы [ править ]

Сбор данных начинается с физического явления или физического свойства, которое необходимо измерить. Примеры этого включают температуру, интенсивность света, давление газа, поток жидкости и силу. Независимо от типа измеряемого физического свойства, физическое состояние, которое должно быть измерено, должно быть сначала преобразовано в унифицированную форму, которая может быть измерена системой сбора данных. Задача выполнения таких преобразований ложится на устройства, называемые датчиками.. Система сбора данных - это набор программного и аппаратного обеспечения, позволяющего измерять или контролировать физические характеристики чего-либо в реальном мире. Полная система сбора данных состоит из аппаратного обеспечения сбора данных, датчиков и исполнительных механизмов, оборудования формирования сигнала и компьютера, на котором выполняется программное обеспечение сбора данных. Если требуется синхронизация (например, для систем сбора данных в режиме событий), требуется отдельная компенсированная распределенная система синхронизации.

Датчика , который представляет собой тип датчика , представляет собой устройство , которое преобразует физическое свойство в соответствующий электрический сигнал (например, тензодатчик , термистор). Система сбора данных для измерения различных свойств зависит от датчиков, которые подходят для обнаружения этих свойств. Обработка сигнала может потребоваться, если сигнал от преобразователя не подходит для используемого оборудования DAQ. В большинстве случаев сигнал может нуждаться в фильтрации, формировании или усилении. Различные другие примеры преобразования сигнала могут включать завершение моста, обеспечение возбуждения датчика током или напряжением, изоляцию, линеаризацию. Для целей передачи несимметричные аналоговые сигналы, которые более восприимчивы к шуму, могут быть преобразованы в дифференциальные сигналы . После оцифровки сигнал можно закодировать, чтобы уменьшить и исправить ошибки передачи.

Оборудование DAQ [ править ]

Оборудование DAQ - это то, что обычно связывает сигнал и ПК. Это могут быть модули, которые можно подключать к портам компьютера ( параллельный , последовательный , USB и т. Д.), Или карты, подключенные к слотам ( шина S-100 , AppleBus, ISA, MCA , PCI, PCI-E и т. Д.). .) в материнской плате ПК или в модульном ящике ( CAMAC , NIM , VME ). Иногда необходимы переходники, и в этом случае можно использовать внешний коммутационный блок .

Карты сбора данных часто содержат несколько компонентов (мультиплексор, АЦП, ЦАП, TTL-IO, высокоскоростные таймеры, RAM). Они доступны через шину с помощью микроконтроллера , который может работать небольшие программы. Контроллер более гибок, чем проводная логика, но дешевле, чем ЦП, поэтому его можно блокировать с помощью простых циклов опроса. Например: ожидание триггера, запуск АЦП, поиск времени, ожидание завершения работы АЦП, перемещение значения в ОЗУ, переключение мультиплексора, получение входного сигнала TTL, разрешение ЦАП на изменение напряжения.

Драйверы DAQ-устройств [ править ]

Драйверы DAQ-устройств необходимы для того, чтобы оборудование DAQ могло работать с ПК. Драйвер устройства выполняет низкоуровневую запись и чтение регистров на оборудовании, одновременно предоставляя API для разработки пользовательских приложений в различных программах.

Устройства ввода [ править ]

  • 3D сканер
  • Аналого-цифровой преобразователь
  • Время-цифровой преобразователь

Оборудование [ править ]

  • Компьютерные автоматизированные измерения и контроль (КАМАК)
  • Промышленный Ethernet
  • Промышленный USB
  • Расширения LAN для КИПиА
  • Контроллер сетевого интерфейса
  • Расширения PCI для инструментовки
  • VMEbus
  • VXI

Программное обеспечение DAQ [ править ]

Специализированное программное обеспечение DAQ может поставляться с оборудованием DAQ. Программные инструменты, используемые для создания крупномасштабных систем сбора данных, включают EPICS . Другие среды программирования, которые используются для создания приложений DAQ, включают релейную логику , Visual C ++ , Visual Basic , LabVIEW и MATLAB .

Ссылки [ править ]

  1. ^ COMDEX Fall 18 ноября 1981 г. Лас-Вегас, Невада, «Tecmar показывает 20 дополнительных плат IBM PC. LabMaster, LabTender, DADIO, DeviceTender, IEEE-488»
  2. ^ PC Magazine Vol1 № 1, «Взятие меры» Дэвида Баннелла, «Tecmar развернула 20 дополнительных карт для IBM PC»
  3. ^ PC Magazine Vol1 № 5, "Tecmar Triumph" Дэвида Баннелла, Scientific Solutions выпускает 20 новых продуктов для ПК
  4. ^ BYTE Vol7 №1 "Научные решения - Реклама плат сбора данных, шаговых контроллеров, продуктов IEEE-488".
  5. ^ Test & Measurement World Vol 11 № 10 Премия за десятилетие прогресса: научные решения - LabMaster первым в области сбора данных с ПК

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Саймон Макбит (2002). Регистрация данных автомобилей соревнований: Практическое пособие . JH Haynes & Co. ISBN 978-1-85960-653-7.
  • Саймон С. Янг (2001). Компьютеризированный сбор и анализ данных для наук о жизни . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-56570-7.
  • WR Лео (1994). Методы проведения экспериментов по ядерной физике и физике элементарных частиц . Springer. ISBN 978-3-540-57280-0.
  • В. Гонсалес (2012). Сбор данных в экспериментах по физике элементарных частиц . InTech. ISBN 978-953-51-0713-2.
  • Чарльз Д. Спенсер (1990). Цифровой дизайн для сбора компьютерных данных . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-37199-5.
  • Б.Г. Томпсон и А.Ф. Кукес (1989). IBM-PC в лаборатории . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-32199-0.
  • Бадди Фей (1996). Мощность данных: использование сбора данных гоночных автомобилей . Towery Pub. ISBN 978-1-881096-01-6.
  • Франческо Форнетти (2013). Инструментальное управление, сбор и обработка данных с MATLAB . Познакомьтесь с ISBN RF Ltd. 978-0957663503.
  • Томаж Кос, Томаж Косар и Марьян Мерник. Разработка систем сбора данных с использованием предметно-ориентированного языка моделирования. Компьютеры в промышленности , 63 (3): 181–192, 2012. [1] doi : 10.1016 / j.compind.2011.09.004

См. Также [ править ]

  • Черный ящик
  • Регистратор данных
  • Устройство хранения данных
  • Датчик
  • Обработка сигналов
  • Преобразователь