La adquisición de datos es el proceso de muestreo de señales que miden las condiciones físicas del mundo real y la conversión de las muestras resultantes en valores numéricos digitales que pueden manipularse mediante una computadora. Los sistemas de adquisición de datos, abreviados con 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:
Las aplicaciones de adquisición de datos generalmente están controladas por programas de software desarrollados utilizando varios lenguajes de programación de propósito general como Assembly , BASIC , C , C++ , C# , Fortran , Java , LabVIEW , Lisp , Pascal , etc. Los sistemas de adquisición de datos independientes a menudo se denominan 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, normalmente específicos. Estas herramientas provienen de la comunidad científica, donde los experimentos complejos requieren un software rápido, flexible y adaptable. Estos paquetes suelen estar hechos a medida, pero los paquetes DAQ más generales, como el Maximum Integrated Data Acquisition System, se pueden adaptar fácilmente y se utilizan en varios experimentos de física.
En 1963, IBM produjo computadoras especializadas en adquisición de datos. Entre ellas se encuentran el sistema de adquisición de datos IBM 7700 y su sucesor, el sistema de adquisición y control de datos IBM 1800. Estos costosos sistemas especializados fueron superados en 1974 por las computadoras S-100 de propósito general y las tarjetas de adquisición de datos producidas por Tecmar /Scientific Solutions Inc. En 1981, IBM presentó la computadora personal IBM y Scientific Solutions presentó los primeros productos de adquisición de datos para PC. [1] [2] [3] [4] [5]
La adquisición de datos comienza con el fenómeno físico o la propiedad física que se va a medir. Algunos ejemplos de esto incluyen temperatura, vibración, intensidad de la luz, presión de gas, flujo de fluido y fuerza. Independientemente del tipo de propiedad física que se va a medir, el estado físico que se va a medir primero debe transformarse en una forma unificada que pueda ser muestreada por un sistema de adquisición de datos. La tarea de realizar tales transformaciones recae en dispositivos llamados sensores . Un sistema de adquisición de datos es una colección de software y hardware que permite medir o controlar las características físicas de algo en el mundo real. Un sistema de adquisición de datos completo consta de hardware DAQ, sensores y actuadores, hardware de acondicionamiento de señales y una computadora que ejecuta el software DAQ. Si es necesario cronometrar (como en los sistemas DAQ en modo de evento), se requiere un sistema de cronometraje distribuido compensado independiente.
Un sensor , que es un tipo de transductor , es un dispositivo que convierte una propiedad física en una señal eléctrica correspondiente (por ejemplo, un extensómetro o un termistor). Un sistema de adquisición para medir diferentes propiedades depende de los sensores que sean adecuados para detectar esas propiedades. El acondicionamiento de la señal puede ser necesario si la señal del transductor no es adecuada para el hardware DAQ que se utiliza. Es posible que sea necesario filtrar, dar forma o amplificar la señal en la mayoría de los casos. Otros ejemplos de acondicionamiento de la señal pueden ser la terminación del puente, que proporciona excitación de corriente o voltaje al sensor, el aislamiento y la linealización. Para fines de transmisión, las señales analógicas de un solo extremo , que son más susceptibles al ruido, se pueden convertir en señales diferenciales . Una vez digitalizada, la señal se puede codificar para reducir y corregir errores de transmisión.
El hardware DAQ es lo que normalmente hace de interfaz entre la señal y un PC. Puede ser en forma de módulos que se pueden conectar a los puertos del ordenador ( paralelo , serie , USB , etc.) o tarjetas conectadas a ranuras ( bus S-100 , AppleBus, ISA, MCA , PCI, PCI-E, etc.) en una placa base de PC o en una caja modular ( CAMAC , NIM , VME ). A veces se necesitan adaptadores, en cuyo caso se puede utilizar una caja de conexiones externa .
Las tarjetas DAQ suelen contener varios componentes (multiplexor, ADC, DAC, TTL-IO, temporizadores de alta velocidad, RAM). Se puede acceder a ellos a través de un bus mediante un microcontrolador , que puede ejecutar pequeños programas. Un controlador es más flexible que una lógica cableada, pero más barato que una CPU, por lo que se puede bloquear con bucles de sondeo simples. Por ejemplo: esperar un disparador, iniciar el ADC, buscar la hora, esperar a que el ADC termine, mover el valor a la RAM, cambiar el multiplexor, obtener la entrada TTL, dejar que el DAC proceda con la rampa de voltaje.
Hoy en día, las señales de algunos sensores y sistemas de adquisición de datos se pueden transmitir a través de Bluetooth.
Los controladores de dispositivos DAQ son necesarios para que el hardware DAQ funcione con una PC. El controlador de dispositivo realiza escrituras y lecturas de registros de bajo nivel en el hardware mientras expone la API para desarrollar aplicaciones de usuario en una variedad de programas.
El software DAQ especializado puede entregarse junto con el hardware DAQ. Las herramientas de software que se utilizan para construir sistemas de adquisición de datos a gran escala incluyen EPICS . Otros entornos de programación que se utilizan para construir aplicaciones DAQ incluyen lógica de escalera , Visual C++ , Visual Basic , LabVIEW y MATLAB .
