جمع البيانات

📅 آخر تحديث: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

تُعرف عملية جمع البيانات بأنها عملية أخذ عينات من الإشارات التي تقيس الظروف الفيزيائية في العالم الحقيقي، وتحويل العينات الناتجة إلى قيم رقمية يمكن معالجتها بواسطة الحاسوب. تقوم أنظمة جمع البيانات، والتي يُشار إليها اختصارًا بـ DAS أو DAQ أو DAU، عادةً بتحويل الموجات التناظرية إلى قيم رقمية للمعالجة. تشمل مكونات أنظمة جمع البيانات ما يلي:

مخطط كتلة نظام جمع البيانات الرقمية

عادة ما يتم التحكم في تطبيقات جمع البيانات بواسطة برامج تم تطويرها باستخدام لغات برمجة عامة مختلفة مثل Assembly و BASIC و C و C++ و C# و Fortran و Java و LabVIEW و Lisp و Pascal وما إلى ذلك. غالبًا ما تسمى أنظمة جمع البيانات المستقلة مسجلات البيانات .

تتوفر أيضًا حزم برمجية مفتوحة المصدر توفر جميع الأدوات اللازمة لجمع البيانات من أجهزة مختلفة، عادةً ما تكون متخصصة. هذه الأدوات من ابتكار المجتمع العلمي، حيث تتطلب التجارب المعقدة برمجيات سريعة ومرنة وقابلة للتكيف. عادةً ما تكون هذه الحزم مصممة خصيصًا، ولكن يمكن تعديل حزم جمع البيانات العامة، مثل نظام جمع البيانات المتكامل الأقصى (MAXI)، بسهولة، وتُستخدم في العديد من التجارب الفيزيائية.

تاريخ

في عام 1963، أنتجت شركة IBM حواسيب متخصصة في جمع البيانات، ومنها نظام IBM 7700 لجمع البيانات ، وخليفته نظام IBM 1800 لجمع البيانات والتحكم . وفي عام 1974، تفوقت حواسيب S-100 متعددة الأغراض وبطاقات جمع البيانات التي أنتجتها شركة Tecmar / Scientific Solutions Inc. على هذه الأنظمة المتخصصة باهظة الثمن. وفي عام 1981، طرحت IBM حاسوب IBM الشخصي ، وقدمت Scientific Solutions أول منتجات جمع البيانات للحاسوب الشخصي. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

المنهجية

المصادر والأنظمة

تبدأ عملية جمع البيانات بالظاهرة الفيزيائية أو الخاصية الفيزيائية المراد قياسها. ومن أمثلة ذلك درجة الحرارة، والاهتزاز، وشدة الضوء، وضغط الغاز، وتدفق السوائل، والقوة. وبغض النظر عن نوع الخاصية الفيزيائية المراد قياسها، يجب أولاً تحويل الحالة الفيزيائية المراد قياسها إلى شكل موحد يمكن لنظام جمع البيانات أخذ عينات منه. وتقع مهمة إجراء هذه التحويلات على عاتق أجهزة تُسمى أجهزة الاستشعار . نظام جمع البيانات هو مجموعة من البرامج والأجهزة التي تسمح بقياس أو التحكم في الخصائص الفيزيائية لشيء ما في العالم الحقيقي. ويتكون نظام جمع البيانات الكامل من أجهزة جمع البيانات، وأجهزة الاستشعار والمشغلات، وأجهزة معالجة الإشارات، وجهاز كمبيوتر يعمل ببرنامج جمع البيانات. وفي حال تطلب الأمر ضبط التوقيت (كما هو الحال في أنظمة جمع البيانات التي تعمل بنمط الأحداث)، يلزم وجود نظام توقيت موزع مُعوض منفصل.

المستشعر ، وهو نوع من المحولات ، جهاز يحول خاصية فيزيائية إلى إشارة كهربائية مقابلة (مثل مقياس الإجهاد ، الثرمستور). يعتمد نظام جمع البيانات لقياس الخصائص المختلفة على المستشعرات المناسبة لكشف تلك الخصائص. قد يكون من الضروري تهيئة الإشارة إذا لم تكن الإشارة الصادرة من المحول مناسبة لأجهزة جمع البيانات المستخدمة. في معظم الحالات، قد تحتاج الإشارة إلى ترشيح أو تشكيل أو تضخيم. من الأمثلة الأخرى على تهيئة الإشارة: إكمال الجسر، وتوفير تيار أو جهد تحفيزي للمستشعر، والعزل، والتخطيط الخطي. لأغراض الإرسال، يمكن تحويل الإشارات التناظرية أحادية الطرف ، الأكثر عرضة للتشويش، إلى إشارات تفاضلية . بعد رقمنة الإشارة، يمكن ترميزها لتقليل أخطاء الإرسال وتصحيحها.

أجهزة DAQ

تُعدّ أجهزة جمع البيانات (DAQ) هي الواجهة التي تربط الإشارة بجهاز الكمبيوتر. قد تكون هذه الأجهزة على شكل وحدات يمكن توصيلها بمنافذ الكمبيوتر ( متوازية ، تسلسلية ، USB ، إلخ) أو بطاقات تُوصل بفتحات ( ناقل S-100 ، AppleBus، ISA، MCA ، PCI، PCI-E، إلخ) في اللوحة الأم للكمبيوتر أو في صندوق معياري ( CAMAC ، NIM ، VME ). في بعض الأحيان، يلزم استخدام محولات، وفي هذه الحالة يمكن استخدام صندوق توصيل خارجي.

تحتوي بطاقات DAQ عادةً على مكونات متعددة (مُضاعِف إشارات، مُحوِّل تناظري رقمي، مُحوِّل رقمي تناظري، مُدخلات/مخرجات TTL، مؤقتات عالية السرعة، ذاكرة وصول عشوائي). يُمكن الوصول إلى هذه المكونات عبر ناقل بواسطة مُتحكِّم دقيق ، قادر على تشغيل برامج صغيرة. يتميز المُتحكِّم بمرونة أكبر من الدوائر المنطقية الثابتة، ولكنه في الوقت نفسه أقل تكلفة من وحدة المعالجة المركزية، مما يسمح بتعطيله باستخدام حلقات استطلاع بسيطة. على سبيل المثال: انتظار إشارة تشغيل، بدء تشغيل المُحوِّل التناظري الرقمي، البحث عن الوقت، انتظار انتهاء المُحوِّل التناظري الرقمي، نقل القيمة إلى ذاكرة الوصول العشوائي، تبديل المُضاعِف، الحصول على مُدخل TTL، ثم السماح للمُحوِّل الرقمي بالاستمرار في زيادة الجهد.

اليوم، يمكن بث الإشارات من بعض أجهزة الاستشعار وأنظمة جمع البيانات عبر تقنية البلوتوث.

برامج تشغيل أجهزة DAQ

تُعدّ برامج تشغيل أجهزة DAQ ضرورية لكي تعمل أجهزة DAQ مع الحاسوب الشخصي. يقوم برنامج تشغيل الجهاز بعمليات كتابة وقراءة السجلات على مستوى منخفض على الجهاز، مع توفير واجهة برمجة تطبيقات (API) لتطوير تطبيقات المستخدم في مجموعة متنوعة من البرامج.

أجهزة الإدخال

الأجهزة

برنامج DAQ

قد يتم توفير برامج متخصصة لاكتساب البيانات مع أجهزة اكتساب البيانات. تشمل أدوات البرمجيات المستخدمة لبناء أنظمة اكتساب البيانات واسعة النطاق برنامج EPICS . تشمل بيئات البرمجة الأخرى المستخدمة لبناء تطبيقات اكتساب البيانات منطق السلم ، و Visual C++ ، و Visual Basic ، و LabVIEW ، و MATLAB .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ معرض كومدكس خريف 18 نوفمبر 1981 لاس فيغاس، نيفادا، "شركة تيكمار تعرض 20 بطاقة خيار لجهاز الكمبيوتر الشخصي من آي بي إم.. لاب ماستر، لاب تندر، داديو، ديفايس تندر، IEEE-488"
  2. ↑ مجلة PC، المجلد 1، العدد 1، "أخذ القياس" بقلم ديفيد بونيل، "شركة تيكمار تنشر 20 بطاقة اختيارية لجهاز IBM PC"
  3. ↑ مجلة PC، المجلد 1، العدد 5، "انتصار تيكمار" بقلم ديفيد بونيل، شركة ساينتيفيك سوليوشنز تُصدر 20 منتجًا جديدًا لأجهزة الكمبيوتر الشخصية
  4. ↑ بايت، المجلد 7، العدد 1 "حلول علمية - إعلان عن لوحات جمع البيانات ومنتجات IEEE-488
  5. ↑ مجلة عالم الاختبار والقياس، المجلد 11، العدد 10، جائزة عقد من التقدم: الحلول العلمية - لاب ماستر، الأولى في بيانات الحاسوب الشخصي

للمزيد من القراءة

  • سايمون ماكبيث (2002). تسجيل بيانات سيارات السباق: دليل عملي . جيه إتش هاينز وشركاه. رقم ISBN 978-1-85960-653-7.
  • سايمون س. يونغ (2001). جمع البيانات وتحليلها باستخدام الحاسوب في علوم الحياة . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-56570-7.
  • دبليو آر ليو (1994). تقنيات تجارب الفيزياء النووية والجسيمية . سبرينغر. رقم ISBN 978-3-540-57280-0.
  • في. غونزاليس (2012). جمع البيانات في تجارب فيزياء الجسيمات . دار إن تك للنشر. رقم ISBN 978-953-51-0713-2.
  • تشارلز د. سبنسر (1990). التصميم الرقمي لاكتساب بيانات الحاسوب . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-37199-5.
  • بي جي طومسون وAF كوكس (1989). IBM-PC في المختبر . مطبعة جامعة كامبريدج. رقم ISBN 978-0-521-32199-0.
  • بادي فاي (1996). قوة البيانات: استخدام جمع بيانات سيارات السباق . دار تاوري للنشر. رقم ISBN 978-1-881096-01-6.
  • فرانشيسكو فورنيتي (2013). التحكم في الأجهزة، واكتساب البيانات ومعالجتها باستخدام MATLAB . دار نشر إكسبلور آر إف المحدودة. رقم ISBN 978-0957663503.
  • توماز كوس، توماز كوسار، ومارجان ميرنيك. تطوير أنظمة جمع البيانات باستخدام لغة نمذجة خاصة بالمجال. الحوسبة في الصناعة ، 63(3): 181-192، 2012.دوى : 10.1016/j.compind.2011.09.004