El concepto de recopilación de datos
La adquisición de datos (DAQ), también conocida como adquisición de datos, se refiere a la recopilación automática de señales de energía eléctrica o no eléctrica de unidades analógicas y digitales bajo prueba, como sensores y otros equipos bajo prueba, y envía a la computadora host para su análisis y tratamiento. El sistema de adquisición de datos es una combinación de productos de software y hardware de medición basados en computadoras u otras plataformas de prueba dedicadas para lograr un sistema de medición flexible y definido por el usuario. La recopilación es generalmente un método de muestreo, es decir, los mismos datos puntuales se recopilan repetidamente en ciertos intervalos (llamado período de muestreo). La mayoría de los datos recopilados son valores instantáneos o pueden ser un valor característico dentro de un cierto período de tiempo.
La adquisición de datos, también conocida como adquisición de datos, es una interfaz que utiliza un dispositivo para recopilar datos desde fuera del sistema e ingresarlos en el sistema. La tecnología de recopilación de datos se utiliza ampliamente en diversos campos. Por ejemplo, las cámaras y los micrófonos son herramientas de recopilación de datos.
Los datos recopilados son diversas cantidades físicas que se han convertido en señales eléctricas, como temperatura, nivel del agua, velocidad del viento, presión, etc. Pueden ser cantidades analógicas o cantidades digitales. La recopilación es generalmente un método de muestreo, es decir, los mismos datos puntuales se recopilan repetidamente en ciertos intervalos (llamado período de muestreo). La mayoría de los datos recopilados son valores instantáneos o pueden ser un valor característico dentro de un cierto período de tiempo. La medición precisa de datos es la base de la recopilación de datos. Los métodos de medición de datos incluyen contacto y sin contacto, y existen varios componentes de detección. No importa qué método o componente se utilice, la premisa es no afectar el estado del objeto medido ni el entorno de medición para garantizar la precisión de los datos. La recopilación de datos tiene un significado amplio, incluida la recopilación de cantidades físicas continuas similares a superficies. En la redacción, la topografía y el diseño asistidos por computadora, el proceso de digitalización de gráficos o imágenes también se puede denominar recopilación de datos. En este momento, lo que se recopila son datos de cantidades geométricas (o cantidades físicas, como escala de grises).
Con el rápido desarrollo actual de la industria de Internet, la recopilación de datos se ha utilizado ampliamente en Internet y en campos distribuidos, y se han producido cambios importantes en el campo de la recopilación de datos. En primer lugar, los sistemas inteligentes de adquisición de datos en aplicaciones de control distribuido han logrado grandes avances en el país y en el extranjero. En segundo lugar, el número de complementos de adquisición de datos compatibles con el bus sigue aumentando, al igual que el número de sistemas de adquisición de datos compatibles con ordenadores personales. Han aparecido una tras otra varias máquinas de recopilación de datos en el país y en el extranjero, lo que ha llevado la recopilación de datos a una nueva era.
2 Principios Básicos
Hoy en día, cuando las computadoras se utilizan ampliamente, la importancia de la recopilación de datos es muy significativa. Es el puente entre la computadora y el mundo físico externo. La facilidad de adquisición de varios tipos de señales varía mucho. El ruido también puede causar algunos problemas durante la recolección real. Al recopilar datos, hay algunos principios básicos a los que prestar atención y hay problemas más prácticos que resolver.
Supongamos que se muestrea una señal analógica x(t) cada Δt. El intervalo de tiempo Δt se denomina intervalo de muestreo o período de muestreo. Su recíproco 1/Δt se llama frecuencia de muestreo y su unidad es muestras/segundo. t=0, Δt, 2Δt, 3Δt...etc., el valor de x(t) se denomina valor de muestreo. Todos los x(0), xΔt), x(2Δt) son valores de muestra. Según el teorema de muestreo, la frecuencia mínima de muestreo debe ser el doble de la frecuencia de la señal. Por el contrario, si se proporciona una frecuencia de muestreo, la frecuencia máxima a la que la señal se puede mostrar correctamente sin distorsión se llama frecuencia de Nyquist, que es la mitad de la frecuencia de muestreo. Si la señal contiene componentes con frecuencias superiores a la frecuencia de Nyquist, la señal se distorsionará entre CC y la frecuencia de Nyquist.
El resultado de una frecuencia de muestreo demasiado baja es que la frecuencia de la señal restaurada se ve diferente de la señal original. Esta distorsión de la señal se llama aliasing. La desviación de mezcla resultante (aliasfrecuencia) es el valor absoluto de la diferencia entre la frecuencia de la señal de entrada y el múltiplo entero más cercano de la frecuencia de muestreo.
El resultado del muestreo será que las señales por debajo de la frecuencia de Nyquist (fs/2=50Hz) se podrán muestrear correctamente. Los componentes de la señal con frecuencias superiores a 50 HZ se distorsionarán cuando se muestreen. Se produjeron frecuencias de distorsión F2, F3 y F4 de 30, 40 y 10 Hz respectivamente.
La fórmula para calcular la desviación de mezcla es:
Desviación de mezcla =ABS (un múltiplo entero de la frecuencia de muestreo - la frecuencia de entrada)
Donde ABS representa "valor absoluto",
Para evitar esta situación, generalmente antes de que se recopile la señal (A/D), se utiliza un filtro de paso bajo para filtrar los componentes de la señal más altos que la frecuencia de Nyquist en la señal. Este filtro se llama filtro antialiasing.
Cómo se debe configurar la frecuencia de muestreo. Quizás deberías considerar primero la frecuencia máxima admitida por la tarjeta capturadora. Sin embargo, el uso de una frecuencia de muestreo muy alta durante un período prolongado puede provocar que la memoria sea insuficiente o que el disco duro sea demasiado lento para almacenar datos. Teóricamente, es suficiente establecer la frecuencia de muestreo en 2 veces el componente de frecuencia más alto de la señal recopilada. De hecho, en los proyectos se utilizan de 5 a 10 veces y, a veces, incluso más para restaurar mejor la forma de onda.
Por lo general, se debe realizar un procesamiento de señal adecuado después de la recopilación de la señal, como FFT, etc. Hay otro requisito para el número de muestras. Generalmente, no se pueden proporcionar muestras de datos para un período de señal. Se espera tener de 5 a 10 períodos o incluso más muestras. Y esperamos que el número total de muestras proporcionadas sea el número de ciclos completos. Aquí surge otra dificultad. No sabemos, o no sabemos exactamente, la frecuencia de la señal que se está muestreando. Por lo tanto, la frecuencia de muestreo no sólo no es necesariamente un múltiplo integral de la frecuencia de la señal, sino que tampoco se garantiza que proporcione. un número entero de ciclos de muestras. Todo lo que se necesita es una serie de tiempo de funciones discretas x(n) y la frecuencia de muestreo. Ésta es la única base para la medición y el análisis. Las tarjetas de adquisición de datos, los módulos de adquisición de datos, los instrumentos de adquisición de datos, etc. son todas herramientas de adquisición de datos.
3 Propósito de la adquisición
La adquisición de datos se refiere al proceso de recopilación automática de información de unidades analógicas y digitales bajo prueba, como sensores y otros equipos bajo prueba. El sistema de adquisición de datos es una combinación de productos de software y hardware de medición basados en computadora para lograr un sistema de medición flexible y definido por el usuario.
La finalidad de la recogida de datos es medir fenómenos físicos como voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. Adquisición de datos basada en PC, mediante la combinación de hardware modular, software de aplicación y computadoras, se realizan mediciones. Aunque los sistemas de recopilación de datos tienen diferentes definiciones basadas en diferentes requisitos de aplicación, el propósito de cada sistema de recopilar, analizar y mostrar información es el mismo. Los sistemas de adquisición de datos integran señales, sensores, actuadores, acondicionamiento de señales, equipos de adquisición de datos y software de aplicación.