Сбор данных

Сбор данных — это процесс отбора проб сигналов, измеряющих реальные физические условия, и преобразования полученных выборок в цифровые числовые значения , которыми можно манипулировать с помощью компьютера. Системы сбора данных, сокращенно DAS, DAQ или DAU, обычно преобразуют аналоговые сигналы в цифровые значения для обработки. В состав систем сбора данных входят:

• Датчики , преобразующие физические параметры в электрические сигналы .
• Схема формирования сигнала для преобразования сигналов датчиков в форму, которую можно преобразовать в цифровые значения.
• Аналого-цифровые преобразователи для преобразования кондиционированных сигналов датчиков в цифровые значения.

системы сбора цифровых данных Блок-схема

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

Существуют также пакеты программного обеспечения с открытым исходным кодом, предоставляющие все необходимые инструменты для сбора данных с различного, как правило, конкретного аппаратного оборудования. Эти инструменты созданы научным сообществом, где сложные эксперименты требуют быстрого, гибкого и адаптируемого программного обеспечения. Эти пакеты обычно подбираются индивидуально, но более общие пакеты сбора данных, такие как Максимально интегрированная система сбора данных, можно легко адаптировать и использовать в нескольких физических экспериментах.

История

В 1963 году IBM выпустила компьютеры, специализирующиеся на сборе данных. К ним относятся система сбора данных IBM 7700 и ее преемница, система сбора данных и управления IBM 1800 . Эти дорогие специализированные системы были превзойдены в 1974 году компьютерами общего назначения S-100 и картами сбора данных производства Tecmar /Scientific Solutions Inc. В 1981 году IBM представила персональный компьютер IBM , а Scientific Solutions представила первые продукты для сбора данных на ПК.

Методология

Источники и системы

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

Датчик тензодатчик , который представляет собой тип преобразователя , представляет собой устройство, которое преобразует физическое свойство в соответствующий электрический сигнал (например, , термистор). Система сбора данных для измерения различных свойств зависит от датчиков, которые подходят для обнаружения этих свойств. Формирование сигнала может потребоваться, если сигнал от преобразователя не подходит для используемого оборудования сбора данных. В большинстве случаев сигнал может потребоваться отфильтровать, сформировать или усилить. Другими примерами формирования сигнала могут быть построение моста, подача возбуждения по току или напряжению на датчик, изоляция и линеаризация. Для целей передачи несимметричные аналоговые сигналы , которые более чувствительны к шуму, могут быть преобразованы в дифференциальные сигналы . После оцифровки сигнал можно закодировать для уменьшения и исправления ошибок передачи.

Аппаратное обеспечение сбора данных

Аппаратное обеспечение сбора данных — это то, что обычно является интерфейсом между сигналом и ПК. Это могут быть модули, подключаемые к портам компьютера ( параллельный , последовательный , USB и т. д.) или карты, подключаемые к слотам ( шина S-100 , AppleBus, ISA, MCA , PCI, PCI-E и т. д.) . .) на материнской плате ПК или в модульном ящике ( CAMAC , NIM , VME ). Иногда необходимы адаптеры, и в этом случае внешнюю коммутационную коробку можно использовать .

Карты сбора данных часто содержат несколько компонентов (мультиплексор, АЦП, ЦАП, TTL-IO, высокоскоростные таймеры, ОЗУ). Доступ к ним осуществляется через шину микроконтроллера , который может запускать небольшие программы. Контроллер более гибок, чем аппаратная логика, но дешевле, чем ЦП, поэтому его можно заблокировать с помощью простых циклов опроса. Например:Ожидание триггера, запуск АЦП, просмотр времени, ожидание завершения работы АЦП, перемещение значения в ОЗУ, переключение мультиплексора, получение входного сигнала TTL, позволение ЦАП продолжить нарастание напряжения.

Сегодня сигналы от некоторых датчиков и систем сбора данных можно передавать через Bluetooth.

Драйверы устройств сбора данных

сбора данных Драйверы устройств необходимы для работы оборудования сбора данных с ПК. Драйвер устройства выполняет низкоуровневую запись и чтение регистров на оборудовании, одновременно предоставляя API для разработки пользовательских приложений в различных программах.

Устройства ввода

• 3D-сканер
• Аналого-цифровой преобразователь
• Преобразователь времени в цифру

Аппаратное обеспечение

• Компьютерные автоматизированные измерения и контроль (CAMAC)
• Промышленный Ethernet
• Промышленный USB
• Расширения локальной сети для приборов
• Контроллер сетевого интерфейса
• Расширения PCI для приборостроения
• VMEbus
• VXI

Программное обеспечение для сбора данных

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

См. также

• Черный ящик
• Сбор данных (синоним)
• Регистратор данных
• Устройство хранения данных
• Наука о данных
• Датчик
• Обработка сигналов
• Преобразователь

Дальнейшее чтение

• Саймон Макбит (2002). Регистрация данных автомобилей соревнований: практическое руководство . 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 .
• В. Р. Лео (1994). Методика экспериментов по ядерной физике и физике элементарных частиц . Спрингер. ISBN  978-3-540-57280-0 .
• В. Гонсалес (2012). Сбор данных в экспериментах по физике элементарных частиц . ИнТех. ISBN  978-953-51-0713-2 .
• Чарльз Д. Спенсер (1990). Цифровой дизайн для компьютерного сбора 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 . Тауэри Паб. ISBN  978-1-881096-01-6 .
• Франческо Форнетти (2013). Управление приборами, сбор и обработка данных с помощью MATLAB . Узнать ISBN ООО «РФ»  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] два : 10.1016/j.compind.2011.09.004