سیستم دستیابی به داده ها (Data Acquisition System) چیست؟

سامانه جمع‌آوری داده (Data Acquisition System): چشم و گوش دیجیتالی شما در دنیای واقعی

سلام دوستان!

تا حالا فکر کردید چطوری اطلاعات دنیای واقعی، مثل دما، فشار، صدا یا نور، وارد کامپیوتر میشن؟ فرض کنید یه کارخونه میخواد دمای یه مخزن رو دائماً چک کنه و اگر خیلی بالا رفت، یه آلارم بده. یا مثلاً یه مهندس میخواد ارتعاشات یه پل رو بررسی کنه تا ببینه سالم هست یا نه. برای این کارها به یه چیزی نیاز داریم که بتونه این اطلاعات رو از دنیای واقعی بگیره و به زبون کامپیوتر ترجمه کنه. این دقیقاً کاریه که یه سامانه جمع‌آوری داده، یا همون Data Acquisition System (به اختصار DAS یا DAQ)، انجام میده.

به زبان ساده، یه سامانه جمع‌آوری داده مثل یه پل ارتباطی بین دنیای آنالوگ (دنیای واقعی) و دنیای دیجیتال (کامپیوتر) عمل میکنه. این سامانه، اطلاعات آنالوگ رو (مثل دما، فشار و غیره) به اطلاعات دیجیتال (به صورت اعداد) تبدیل میکنه تا کامپیوتر بتونه اونها رو بفهمه، پردازش کنه و ذخیره کنه.

اجزای اصلی یک سامانه جمع‌آوری داده

یه سامانه جمع‌آوری داده معمولاً از این اجزا تشکیل شده:

• حسگرها (Sensors): اینها چشم و گوش سیستم هستند. حسگرها کمیت‌های فیزیکی (دما، فشار، نور، صدا و غیره) رو اندازه‌گیری میکنن و اونها رو به سیگنال‌های الکتریکی (مثل ولتاژ یا جریان) تبدیل میکنن.
• شرط‌ساز سیگنال (Signal Conditioning): سیگنال‌هایی که از حسگرها میان، معمولاً ضعیف هستند یا نویز دارند. شرط‌ساز سیگنال این سیگنال‌ها رو تقویت میکنه، نویزها رو حذف میکنه و اونها رو برای تبدیل به دیجیتال آماده میکنه.
• مبدل آنالوگ به دیجیتال (Analog-to-Digital Converter - ADC): این قطعه، سیگنال آنالوگ رو به یه عدد دیجیتال تبدیل میکنه. دقت ADC خیلی مهمه، چون هرچه دقتش بیشتر باشه، اطلاعات دقیق‌تری به دست میاریم.
• رایانه (Computer): کامپیوتر مسئول کنترل کل سیستم، جمع‌آوری داده‌ها، پردازش داده‌ها، ذخیره داده‌ها و نمایش اونها به کاربر هست.
• نرم‌افزار (Software): نرم‌افزار نقش مهمی در یه سامانه جمع‌آوری داده داره. نرم‌افزار به کاربر اجازه میده تا تنظیمات سیستم رو تغییر بده، داده‌ها رو جمع‌آوری کنه، اونها رو تحلیل کنه و گزارش تهیه کنه.

یه مثال ساده

فرض کنید میخوایم دمای یه اتاق رو با استفاده از یه سامانه جمع‌آوری داده اندازه‌گیری کنیم. به یه ترمیستور (یه نوع حسگر دما) نیاز داریم که با تغییر دما، مقاومتش تغییر کنه. بعد از اون، باید از یه مدار شرط‌ساز سیگنال استفاده کنیم تا تغییرات مقاومت ترمیستور رو به تغییرات ولتاژ تبدیل کنیم. این ولتاژ توسط ADC به یه عدد دیجیتال تبدیل میشه و کامپیوتر این عدد رو میخونه و دمای اتاق رو محاسبه میکنه و نشون میده.

کاربردهای سامانه جمع‌آوری داده

سامانه‌های جمع‌آوری داده کاربردهای خیلی زیادی دارند. بعضی از اونها عبارتند از:

• مانیتورینگ صنعتی: اندازه‌گیری دما، فشار، جریان، ولتاژ و سایر پارامترهای مهم در کارخانه‌ها و صنایع مختلف.
• تحقیقات علمی: جمع‌آوری داده‌ها در آزمایشگاه‌ها و تحقیقات علمی مختلف، مثل فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی و پزشکی.
• کنترل کیفیت: بررسی کیفیت محصولات در خط تولید و اطمینان از اینکه محصولات با استانداردهای مورد نظر مطابقت دارند.
• خودروسازی: تست و بررسی عملکرد خودروها و قطعات اونها.
• پزشکی: مانیتورینگ وضعیت بیمار و جمع‌آوری اطلاعات مربوط به علائم حیاتی.

انواع سامانه‌های جمع‌آوری داده

سامانه‌های جمع‌آوری داده انواع مختلفی دارند که بر اساس نوع کاربرد، دقت مورد نیاز و بودجه انتخاب میشن. بعضی از این انواع عبارتند از:

• سامانه‌های جمع‌آوری داده مبتنی بر کامپیوتر (PC-based): این سامانه‌ها از یه کامپیوتر شخصی به عنوان هسته اصلی سیستم استفاده میکنن.
• سامانه‌های جمع‌آوری داده مستقل (Standalone): این سامانه‌ها نیازی به کامپیوتر ندارند و میتونن به طور مستقل کار کنن. معمولاً برای کاربردهایی استفاده میشن که نیاز به مانیتورینگ مداوم و ثبت داده‌ها دارن.
• سامانه‌های جمع‌آوری داده بی‌سیم (Wireless): این سامانه‌ها از فناوری بی‌سیم برای انتقال داده‌ها استفاده میکنن. برای کاربردهایی که سیم‌کشی سخته یا امکان‌پذیر نیست، مناسب هستند.

انتخاب یه سامانه جمع‌آوری داده مناسب

انتخاب یه سامانه جمع‌آوری داده مناسب به عوامل مختلفی بستگی داره، مثل:

• نوع حسگرها: باید حسگرهایی رو انتخاب کنید که با نوع کمیت فیزیکی که میخواید اندازه‌گیری کنید، سازگار باشند.
• دقت مورد نیاز: باید سامانه جمع‌آوری داده‌ای رو انتخاب کنید که دقت مورد نیاز برای کاربرد شما رو داشته باشه.
• سرعت نمونه‌برداری: سرعت نمونه‌برداری نشون میده که سیستم چند بار در ثانیه میتونه داده‌ها رو جمع‌آوری کنه. برای کاربردهایی که تغییرات سریع دارند، به سرعت نمونه‌برداری بالایی نیاز دارید.
• بودجه: قیمت سامانه‌های جمع‌آوری داده میتونه خیلی متفاوت باشه. باید یه سامانه رو انتخاب کنید که با بودجه شما سازگار باشه.

برای اینکه بتونید یه دید بهتر از انواع سنسور ها و نحوه کارکرد اونها پیدا کنیند، به جدول زیر دقت کنید:

نوع سنسور	کمیت فیزیکی	نحوه کارکرد	کاربرد
ترمیستور	دما	تغییر مقاومت با تغییر دما	اندازه‌گیری دمای اتاق، آب، و ...
لودسل	وزن/نیرو	تغییر ولتاژ با اعمال نیرو	اندازه‌گیری وزن اشیا، نیرو در صنایع مختلف
فشارسنج	فشار	تغییر مقاومت یا خازن با تغییر فشار	اندازه‌گیری فشار گازها و مایعات
میکروفون	صدا	تبدیل امواج صوتی به سیگنال الکتریکی	ضبط صدا، تشخیص صدا
LDR (مقاومت نوری)	نور	تغییر مقاومت با تغییر شدت نور	تشخیص نور، کنترل نور

خلاصه

سامانه جمع‌آوری داده یه ابزار قدرتمنده که به ما کمک میکنه تا اطلاعات دنیای واقعی رو وارد کامپیوتر کنیم و از اونها برای کاربردهای مختلف استفاده کنیم. با شناخت اجزای اصلی این سامانه‌ها و در نظر گرفتن نیازهای خودتون، میتونید یه سامانه مناسب رو انتخاب کنید و از مزایای اون بهره‌مند بشید. امیدوارم این اطلاعات براتون مفید بوده باشه.

کلمات کلیدی

سامانه جمع‌آوری داده، DAQ، DAS، حسگر، مبدل آنالوگ به دیجیتال، مانیتورینگ، اندازه‌گیری، داده‌برداری.

سوالات متداول

آیا برای استفاده از یه سامانه جمع‌آوری داده، نیاز به دانش خاصی دارم؟

بستگی به نوع سامانه و نرم‌افزار اون داره. بعضی از سامانه‌ها خیلی ساده هستند و نیاز به دانش خاصی ندارند، ولی بعضی دیگه ممکنه نیاز به دانش برنامه‌نویسی یا دانش تخصصی در زمینه اندازه‌گیری داشته باشند.

آیا میشه یه سامانه جمع‌آوری داده رو خودم بسازم؟

بله، امکانش هست، ولی نیاز به دانش الکترونیک و برنامه‌نویسی دارید. البته کیت‌های آماده‌ای هم وجود دارند که کار رو آسون‌تر میکنن.

هزینه یه سامانه جمع‌آوری داده چقدره؟

هزینه یه سامانه جمع‌آوری داده به عوامل مختلفی بستگی داره، مثل دقت، سرعت نمونه‌برداری و امکانات نرم‌افزاری. قیمت‌ها میتونن از چند صد هزار تومن تا چند ده میلیون تومن متغیر باشند. به طور کلی، سیستم های پیش ساخته در قیاس با سیستم های مهندسی و ساخت، به صرفه تر هستند.

چه نرم‌افزارهایی برای کار با سامانه‌های جمع‌آوری داده وجود دارند؟

نرم‌افزارهای زیادی برای کار با سامانه‌های جمع‌آوری داده وجود دارند، مثل LabVIEW, MATLAB, DASYLab. بعضی از سامانه‌ها هم نرم‌افزار اختصاصی خودشون رو دارند.

آیا استفاده از سامانه جمع آوری داده برای پروژه های کوچک و شخصی معقولا نه است؟

اگر پروژه خیلی ساده باشد شاید استفاده از دیتا لاگر های آماده یا حتی روش های دستی مناسب تر باشد ولی اگر نیاز به داده های دقیق، ثبت دایمی و پردازش وجود دارد، استفاده از DAS میتواند بسیار مفید واقع شود. مثلا یک گل خانه هوشمند میتواند با این روش کار کند.