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Adquisición de datos

La adquisición de datos es el proceso de muestrear señales que miden condiciones físicas del mundo real y convertir las muestras resultantes en valores numéricos digitales que p...

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La adquisición de datos es el proceso de muestrear señales que miden condiciones físicas del mundo real y convertir las muestras resultantes en valores numéricos digitales que pueden ser manipulados por una computadora. Los sistemas de adquisición de datos, abreviados por las siglas DAS, DAQ o DAU, generalmente convierten formas de onda analógicas en valores digitales para su procesamiento. Los componentes de los sistemas de adquisición de datos incluyen:

Diagrama de bloques del sistema de adquisición de datos digitales

Las aplicaciones de adquisición de datos suelen controlarse mediante programas de software desarrollados con diversos lenguajes de programación de propósito general como Assembly , BASIC , C , C++ , C# , Fortran , Java , LabVIEW , Lisp , Pascal , etc. Los sistemas de adquisición de datos autónomos se denominan a menudo registradores de datos .

También existen paquetes de software de código abierto que proporcionan todas las herramientas necesarias para adquirir datos de diferentes equipos de hardware, generalmente específicos. Estas herramientas provienen de la comunidad científica, donde los experimentos complejos requieren software rápido, flexible y adaptable. Si bien estos paquetes suelen ser personalizados, existen paquetes de adquisición de datos más generales, como el Sistema Máximo Integrado de Adquisición de Datos ( MIDS ), que se pueden adaptar fácilmente y se utilizan en diversos experimentos de física.

Historia

En 1963, IBM fabricó ordenadores especializados en adquisición de datos. Entre ellos se encuentran el IBM 7700 Data Acquisition System y su sucesor, el IBM 1800 Data Acquisition and Control System . Estos costosos sistemas especializados fueron superados en 1974 por los ordenadores S-100 de propósito general y las tarjetas de adquisición de datos fabricadas por Tecmar /Scientific Solutions Inc. En 1981, IBM presentó el IBM Personal Computer y Scientific Solutions lanzó los primeros productos de adquisición de datos para PC. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

Metodología

Fuentes y sistemas

La adquisición de datos comienza con el fenómeno físico o la propiedad física que se va a medir. Algunos ejemplos son la temperatura, la vibración, la intensidad de la luz, la presión del gas, el flujo de fluidos y la fuerza. Independientemente del tipo de propiedad física que se mida, el estado físico que se va a medir debe transformarse primero en una forma unificada que pueda ser muestreada por un sistema de adquisición de datos. La tarea de realizar dichas transformaciones recae en dispositivos llamados sensores . Un sistema de adquisición de datos es un conjunto de software y hardware que permite medir o controlar las características físicas de algo en el mundo real. Un sistema completo de adquisición de datos consta de hardware DAQ, sensores y actuadores, hardware de acondicionamiento de señal y una computadora que ejecuta el software DAQ. Si se requiere sincronización (como en los sistemas DAQ en modo evento), se necesita un sistema de sincronización distribuida compensada independiente.

Un sensor , que es un tipo de transductor , es un dispositivo que convierte una propiedad física en una señal eléctrica correspondiente (por ejemplo, galga extensométrica , termistor). Un sistema de adquisición para medir diferentes propiedades depende de los sensores adecuados para detectarlas. Puede ser necesario el acondicionamiento de la señal si la señal del transductor no es compatible con el hardware de adquisición de datos (DAQ) utilizado. En la mayoría de los casos, la señal puede necesitar ser filtrada, conformada o amplificada. Otros ejemplos de acondicionamiento de la señal incluyen la terminación de puente, la aplicación de corriente o voltaje al sensor, el aislamiento y la linealización. Para la transmisión, las señales analógicas de un solo extremo , que son más susceptibles al ruido, pueden convertirse en señales diferenciales . Una vez digitalizada, la señal puede codificarse para reducir y corregir errores de transmisión.

Hardware DAQ

El hardware de adquisición de datos (DAQ) suele ser la interfaz entre la señal y un ordenador. Puede consistir en módulos que se conectan a los puertos del ordenador ( paralelo , serie , USB , etc.) o en tarjetas conectadas a ranuras ( bus S-100 , AppleBus, ISA, MCA , PCI, PCI-E, etc.) en la placa base del ordenador o en una caja modular ( CAMAC , NIM , VME ). En ocasiones, se necesitan adaptadores, en cuyo caso se puede utilizar una caja de conexiones externa .

Las tarjetas DAQ suelen contener varios componentes (multiplexor, ADC, DAC, E/S TTL, temporizadores de alta velocidad, RAM). Estos son accesibles a través de un bus mediante un microcontrolador , que puede ejecutar pequeños programas. Un controlador es más flexible que una lógica cableada, pero más económico que una CPU, por lo que se puede bloquear con simples bucles de sondeo. Por ejemplo: esperar un disparador, iniciar el ADC, consultar el tiempo, esperar a que el ADC finalice, transferir el valor a la RAM, conmutar el multiplexor, obtener la entrada TTL, permitir que el DAC proceda con la rampa de voltaje.

Actualmente, las señales de algunos sensores y sistemas de adquisición de datos se pueden transmitir a través de Bluetooth.

Controladores de dispositivos DAQ

Los controladores de dispositivo DAQ son necesarios para que el hardware DAQ funcione con una PC. El controlador de dispositivo realiza lecturas y escrituras de registros de bajo nivel en el hardware, a la vez que expone una API para el desarrollo de aplicaciones de usuario en diversos programas.

Dispositivos de entrada

Hardware

Software DAQ

El software especializado para la adquisición de datos (DAQ) puede venir incluido con el hardware. Entre las herramientas de software utilizadas para construir sistemas de adquisición de datos a gran escala se encuentra EPICS . Otros entornos de programación que se utilizan para crear aplicaciones DAQ incluyen lógica de escalera , Visual C++ , Visual Basic , LabVIEW y MATLAB .

Véase también

Referencias

  1. ↑ COMDEX Otoño, 18 de noviembre de 1981, Las Vegas, NV, "Tecmar muestra 20 tarjetas de opciones para IBM PC: LabMaster, LabTender, DADIO, DeviceTender, IEEE-488"
  2. ↑ Revista PC Magazine Vol. 1 N.° 1, "Tomando las medidas" por David Bunnell, "Tecmar implementó 20 tarjetas de opción para la IBM PC"
  3. ↑ Revista PC Magazine Vol. 1 N.° 5, "El triunfo de Tecmar" por David Bunnell, Scientific Solutions lanza 20 nuevos productos para PC
  4. ↑ BYTE Vol. 7 N.° 1 "Soluciones científicas: Anuncio de tarjetas de adquisición de datos, productos IEEE-488"
  5. ↑ Test&Measurement World Vol 11 No 10 Premio Década de Progreso: Scientific Solutions – LabMaster , líder en datos de PC

Lecturas adicionales

  • Simon McBeath (2002). Registro de datos de coches de competición: un manual práctico . JH Haynes & Co. ISBN 978-1-85960-653-7.
  • Simon S. Young (2001). Adquisición y análisis de datos computarizados para las ciencias de la vida . Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-56570-7.
  • WR Leo (1994). Técnicas para experimentos de física nuclear y de partículas . Springer. ISBN 978-3-540-57280-0.
  • V. González (2012). Adquisición de datos en experimentos de física de partículas . InTech. ISBN 978-953-51-0713-2.
  • Charles D. Spencer (1990). Diseño digital para la adquisición de datos informáticos . Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-37199-5.
  • BG Thompson y AF Kuckes (1989). IBM-PC en el laboratorio . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 978-0-521-32199-0.
  • Buddy Fey (1996). Data Power: Using Racecar Data Acquisition . Towery Pub. ISBN 978-1-881096-01-6.
  • Francesco Fornetti (2013). Control de instrumentación, adquisición y procesamiento de datos con MATLAB . Explore RF Ltd. ISBN 978-0957663503.
  • Tomaž Kos, Tomaž Kosar y Marjan Mernik. Desarrollo de sistemas de adquisición de datos mediante un lenguaje de modelado específico del dominio. Computers in Industry , 63(3):181–192, 2012.doi : 10.1016/j.compind.2011.09.004