Sisteme de Achizitie de Date

SISTEME DE ACHIZIIE DE DATE

1. ACHIZIIA DE DATE

1.1. Definiie. Generaliti.

In modul cel mai general prin achiziie de date nelegem procesul de obinere a datelor de la o alt surs de obicei una exterioar a sistemului.

Sunt nenumrate situaii n care datele, (informaia), provenite din mai multe puncte simultan, trebuie memorate, transmise sau prelucrate n vederea folosirii sale ulterioare ca date de comand (control). Prelucrarea informaiei poate consta in operaii simple (comparri), pn la prelucrri matematice complicate (integrri, diferenieri, medieri, calcul de transformate Fourier, etc.). Pn nu demult datele erau prelucrate sub forma analogic, dar cu ct sistemele devin mai rapide i mai complexe se impune stocarea lor intr-o form digital, n vederea prelucrrii lor de ctre un computer ce poate citi mai mult informaie i s-o prelucreze mult mai rapid - fa de un operator pentru a atinge un atribut absolut necesar al sistemelor de achiziie: controlul n timp real a datelor.

Achiziia de date denumete o ramur a ingineriei ce se ocup cu colectarea informaiei de la un numr de surse numerice i/sau analogice, convertirea acestor date ntr-o form digital, prelucrarea, stocarea i transmiterea datelor, de exemplu la un computer, afiaj alfanumeric sau la o imprimanta.

Pentru controlul unui proces fizic este necesar extragerea informaiilor despre desfurarea procesului, prin utilizarea traductoarelor. Semnalul electric obinut la ieirea traductoarelor este convertit ntr-un semnal electric cu parametrii diferii (curent, tensiune etc.), prin intermediul circuitelor de condiionare. Pentru controlul numeric al procesului fizic se impune realizarea conversiei semnalelor analogice n semnale numerice acceptate de sistemul de prelucrare numeric. Semnalele numerice se obin prin prelevarea la momente de timp date, a valorilor semnalelor analogice i conversia acestor valori sub form numeric prin intermediul convertoarelor anolog digitale, CAD. Semnalele electrice obinute sunt folosite pentru comanda elementelor de execuie i de control (dispozitive de afiare numeric i alfanumeric, relee, electrovalve etc.). Pentru comanda cu semnale analogice a unor elemente de execuie i de control (motoare, nregistratoare etc.) este necesar conversia semnalelor numerice n semnale analogice prin intermediul sistemelor de distribuie de date, SDD.

Achiziia de date este ntlnit n foarte multe din domeniile de activitate din zilele noastre:

- n industrie: n cadrul calculatoarelor de proces care supravegheaz i regleaz instalaii tehnologice;

- n cercetarea tiinific: pentru msurarea i prelucrarea unui spectru extrem de larg de mrimi electrice i neelectrice;

- n comunicaii: pentru supravegherea i msurarea linilor de comunicaie, ba chiar i n viaa de toate zilele;

- n calculatoare de bord ce echipeaz multe din automobilele moderne.

1.2. Structura unui sistem de achiziii de daten sensul cel mai restrns, un sistem de achiziie de date trebuie s poat executa trei funcii fundamentale:

- convertirea fenomenului fizic ntr-un semnal care poate fi msurat;

- msurarea semnalelor generate de senzori n scopul extragerii informaiei;

- analizarea datelor i prezentarea lor ntr-o form utilizabil;

Cele mai multe dintre sistemele moderne de achiziie de date utilizeaz un calculator personal pe post de controler. Deci innd cont i de cele enunate mai sus, structura tipic a unui sistem de achiziie de date ce are la baz un PC este urmtoarea:

-senzorii au traductori care convertesc fenomenul fizic ntr-un semnal electric ce poate fi msurat;

-circuite de adaptare a semnalului pentru izolarea, convertirea i/sau amplificarea semnalului provenit de la traductor;

-un subsistem de achiziie de date (care poate include multiplexoare i convertoare analog - digitale);

-un sistem de calcul;

-soft pentru achiziia de date.Figura 1.1. Structura tipic a unui sistem de achiziie de date

Cele mai comune componente ale unui sistem de achiziie de date sunt:

Senzorii sunt dispozitive ce convertesc mrimea de msurat (msurandul) ntr-un semnal electric proporional.

Circuitele de condiionare a semnalului vor cuprinde orice dispozitiv ce convertete semnalul provenit de la senzor la un nivel acceptat de A/D (convertor analog digital). Aceste circuite sunt de obicei formate din amplificatoare, filtre i convertoare c.a / c.c.

Filtrele anti-aliasing sunt folosite la ndeprtarea, (tierea) semnalelor de frecven prea mare ce nu mai pot fi convertite n mod corect de convertorul A/D folosit.

Circuite de eantionare i reinere sunt circuite ce se folosesc nainte de multiplexare, la eantionarea semnalelor provenite simultan de la mai multe canale sau nainte de convertorul A/D circuitele de reinere pentru a preveni modificarea semnalului de la intrarea convertorului att timp cat nc mai are aloc conversia lui din analog n digital.

Multiplexorul (MUX) este un selector ce conecteaz pe rnd cte un canal la convertorul A/D.

Convertorul analog digital este inima sistemului de achiziie convertete semnalul analogic ntr-un semnal digital. n principal conversia analog-digital este o operaie de comparare, n care semnalul este comparat cu o valoare de referin i este convertit ntr-o fracie, care apoi este reprezentat sub forma unui numr codificat digital.

Generatorul de clock este o surs pentru toate impulsurile de clock necesare tuturor dispozitivelor in vederea unei funcionri corecte.

Memoriile RAM/ROM sunt folosite la stocarea temporar sau permanent a datelor. Memoria RAM utilizata de sistemul de achiziie poate fi cea a unui calculator sau poate fi dispus direct pe placa de achiziie pentru a prelua i stoca datele de la ieirea convertorului (pn cnd calculatorul le va putea prelua). Convertorul digital analogic poate fi poate fi utilizat n momentul n care se dorete obinerea unor semnale analogice de control Interfaa este un circuit ce conecteaz un element de un altul, de exemplu s conecteze un A/D de magistrala (bus-ul) unui procesor. Transmiterea datelor se face conform standardelor, iar modalitatile de transmisie se adapteaza n functie de topologia ariei n care se desfasoara procesul precum si de amplasarea centrului de decizie. Astfel se poate folosii pentru transmisia de date standardul RS 232, 485 etc. (pentru transmisia seriala, n cazul n care distanta de transmisie este mai mica dect 200 m), transmisia pe portul paralel (prin reea), transmisia prin MODEM (pentru distante mari) si nu n ultimul rnd transmisia radio sau GSM. Softul pentru achiziia de date. Hardul pentru achiziia de date este complet inutil fr soft - iar hardul pentru achiziie sprijinit de soft slab este cvasi-inutil. De aceea, n ultima vreme s-a produs o veritabil explozie de produse de soft destinate acestui domeniu. Alturi de perfecionarea continu a vitezei i rezoluiei pe care o doresc utilizatorii echipamentelor de msur i testare, programarea aplicaiilor destinate achiziiei de date a fost mult uurat de apariia pachetelor de soft ce ruleaz sub Windows le ofer pe lng o interfa uor de utilizat - care este familiar multor ingineri, o posibilitate de standardizare care faciliteaz schimburile de date.

n consecin softul devine adesea un factor esenial (uneori chiar determinant) n proiectarea unor sisteme de achiziie de date. Dei productorii de hard nu agreeaz aceast mentalitate. Adevrul este c trebuie s alegem mai nti softul. Nu este totuna dac l vom rula pe un PC sau pe un HP.

Dei Windows scade puin viteza de achiziie de date i a analizrii lor, avantajele pe care le ofer surclaseaz acest aspect. Cererea de aplicaii Windows pentru achiziia de date este tot mai mare.

Un alt avantaj oferit de Windows este faptul c permite aplicaiilor s fie conduse de evenimente, eliminnd necesitatea de a efectua operaiuni de interogare ciclic (polling). Aceasta crete eficiena programrii i asigur programatorului mai mult flexibilitate n ceea ce privete exploatarea posibilitilor de multitasking din Windows. S presupunem c ntr-un sistem cu polling, trebuie s prelum 1000 de eantioane. Softul ar trebui s porneasc operaia i apoi s interogheze sistemul dup fiecare eantionare, ntrebnd dac s-a achiziionat eantionul cu numrul 1000. Un sistem condus de evenimente pornete operaiunea, numr eantioanele i trimite un mesaj dup achiziionarea ultimului eantion. n sistemele cu polling, operaia este controlat de aplicaie, ntr-un sistem condus de evenimente controlul este pstrat de sistemul de operare.

Echipamentele hard pentru achiziia de date tind s devin din ce n ce mai mult un fel de bunuri de larg consum. Aceast tendin determin transformarea softului major de difereniere a sistemelor de achiziie de date. n destul de multe cazuri softul poate fi cea mai scump component a unui asemenea sistem.

Sistemul de calcul. Ca regul general se poate spune c nu este necesar ca sistemul de calcul pentru achiziia de date s fie extrem de puternic. Totui dac aplicaia implic o combinare a achiziiei de date cu analiza datelor i reprezentarea lor grafic, este posibil ca investiia ntr-o platform puternic s fie justificat. n ultima vreme, un numr din ce n ce mai mare de utilizatori ai sistemelor de achiziie de date ridic problema portabilitii. Pn nu de mult, printr-un asemenea sistem portabil se nelegea un calculator laptop cu socLuri pentru expandare n care se conecteaz interfee pentru achiziie.

Dar dimensiunile i consumul lor de energie electric ridicau probleme n numeroase aplicaii. Astzi tot mai muli specialiti sunt de prere c soluia o constituie calculatorul notebook. Aceste calculatoare ce nu dispun de achiziia de date, trebuie s fie cutii externe ce folosesc porturile seriale sau paralele ale computerului. Notebookurile din ziua de azi (ale cror preuri scad) se apropie tot mai mult de PC-urile desktop n ceea ce privete puterea de comunicaie, acoperind circa 90% din necesitile celor care fac achiziie de date portabil. Restul l pot face cutiile externe .

Sistemele de achiziie a datelor se pot clasifica dup numrul canalelor de preluare a datelor n:

sisteme monocanal, cele care preiau datele de la un singur msurand;

sisteme multicanal: - cu multiplexare analogica (comutarea intrrilor se face analogic);

- cu multiplexare digitala (comutarea intrrilor se face dup ce au fost convertite).

Alegerea tipului de sistem de achiziie multicanal cu multiplexare analogica sau digitala se face n funcie de tipul si numrul mrimilor de msurat, modul de variaie al acestor mrimi, viteza de achiziie necesara etc.

n urma analizei caracteristicilor, funciilor si restriciilor pe care trebuie sa le satisfac un sistem de achiziie si msurare se poate avansa o arhitectura de sistem de msurare, achiziie si monitorizare modern.

COD BINAR

CALCULATOR

SEMNAL

DIGITIZAT

CONVERTOR

A/D

SEMNAL AMPLIFICAT I FILTRAT

CIRCUITE DE CONDITIONARE

SEMNAL

ELECTRIC CU ZGOMOT

SENZOR

MRIME FIZIC

SISTEM FIZIC

16