Получение данных - Data acquisition

Получение данных представляет собой процесс выборки сигналов, которые измеряют физические условия реального мира, и преобразования полученных выборок в цифровые числовые значения, которыми можно управлять с помощью компьютера. Системы сбора данных, сокращенные инициализмами 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 для сбора данных обычно управляются программами, разработанными для различных целей общего назначения. языки программирования такие как Сборка, БАЗОВЫЙ, C, C ++, C #, Фортран, Ява, LabVIEW, Лисп, Паскаль и т.д. Автономные системы сбора данных часто называют регистраторы данных.

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 подгоняются индивидуально, но более общие пакеты DAQ, такие как Максимальная интегрированная система сбора данных может быть легко адаптирован и используется в нескольких физических экспериментах по всему миру.

История

В 1963 году IBM произвела компьютеры, которые специализировались на сборе данных. К ним относятся Система сбора данных IBM 7700, и его преемник, Система сбора и управления данными IBM 1800. Эти дорогостоящие специализированные системы в 1974 году уступили место универсальным. С-100 компьютеры и карты сбора данных, произведенные Tecmar / Scientific Solutions Inc. В 1981 году IBM представила Персональный компьютер IBM и Scientific Solutions представили первые продукты для сбора данных на ПК.[1][2][3][4][5]

Методология

Источники и системы

Сбор данных начинается с физическое явление или физическая собственность быть измеренным. 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 датчики. Система сбора данных - это набор программного и аппаратного обеспечения, которое позволяет 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.

А датчик, который является разновидностью преобразователь, 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 односторонний аналоговые сигналы, которые более восприимчивы к шуму, можно преобразовать в дифференциальные сигналы. После оцифровки сигнал можно закодировать, чтобы уменьшить и исправить ошибки передачи.

Оборудование DAQ

Оборудование DAQ - это то, что обычно служит интерфейсом между сигналом и ПК.[6] Это могут быть модули, которые можно подключать к портам компьютера (параллельно, серийный, USB и т. д.) или карты, подключенные к слотам (Автобус С-100, AppleBus, ISA, MCA, PCI, PCI-E и т. Д.) В Материнская плата ПК или в модульном ящике (CAMAC, NIM, VME). Иногда необходимы переходники, и в этом случае внешний коммутационная коробка может быть использован.

Карты сбора данных часто содержат несколько компонентов (мультиплексор, АЦП, ЦАП, TTL-IO, высокоскоростные таймеры, RAM). Они доступны через автобус по микроконтроллер, который может запускать 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

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

Оборудование

Программное обеспечение DAQ

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 сбора данных, включают: лестничная логика, Visual C ++, Visual Basic, LabVIEW, и MATLAB.Смотрите также:

использованная литература

  1. ^ COMDEX Fall 18 ноября 1981 г. Лас-Вегас, Невада: «Tecmar показывает 20 дополнительных плат IBM PC. LabMaster, LabTender, DADIO, DeviceTender, IEEE-488»
  2. ^ Журнал PC Magazine Vol1 №1, «Принимая 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. ^ Награда за десятилетие прогресса за издание Test & Measurement World Vol 11 № 10: Научные решения – LabMaster Первый в сборе данных с ПК
  6. ^ Регистратор данных, Регистратор, Сбор данных - Фоновая информация http: // localhost: 1613 / Source / UPDESCO / StaticPages / RTI2-hi.aspxon Байт Парадигма - объясняет различия между регистрацией данных и сбором данных.
  7. ^ PowerChrom - Программное обеспечение системы хроматографических данных (CDS) производства EDAQ

дальнейшее чтение

  • Саймон Макбит (2002). Регистрация данных о соревновательных автомобилях: Практическое руководство. J. H. 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). 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. Исследуйте RF Ltd. ISBN  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] Дои:10.1016 / j.compind.2011.09.004

Смотрите также

внешние ссылки