مسجل البيانات

مسجل البيانات ( أو جهاز تسجيل البيانات ) هو جهاز إلكتروني يسجل البيانات بمرور الوقت أو حول الموقع، إما باستخدام أداة أو مستشعر مدمج ، أو عبر أدوات ومستشعرات خارجية. وتعتمد هذه الأجهزة بشكل متزايد، وإن لم يكن كليًا، على معالج رقمي (أو حاسوب)، وتُسمى مسجلات البيانات الرقمية. وهي عمومًا صغيرة الحجم، تعمل بالبطارية، سهلة الحمل، ومجهزة بمعالج دقيق، وذاكرة داخلية لتخزين البيانات، ومستشعرات. تتصل بعض مسجلات البيانات بالحاسوب الشخصي وتستخدم برامج لتفعيلها وعرض البيانات المُجمعة وتحليلها، بينما تحتوي أخرى على واجهة محلية (لوحة مفاتيح، شاشة LCD) ويمكن استخدامها كجهاز مستقل.

تتنوع مسجلات البيانات بين أجهزة عامة الأغراض تُستخدم في تطبيقات قياس متنوعة، وأجهزة متخصصة للغاية للقياس في بيئة أو نوع تطبيق محدد فقط. ورغم شيوع إمكانية برمجة الأجهزة العامة ، إلا أن العديد منها يبقى أجهزة ثابتة ذات عدد محدود من المعايير القابلة للتغيير أو بدونها. وقد حلت مسجلات البيانات الإلكترونية محل مسجلات الرسوم البيانية في العديد من التطبيقات.

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لاستخدام مسجلات البيانات في قدرتها على جمع البيانات تلقائيًا على مدار 24 ساعة. عند تفعيلها، تُنشر مسجلات البيانات عادةً وتُترك دون مراقبة لقياس وتسجيل المعلومات طوال فترة المراقبة. يتيح ذلك الحصول على صورة شاملة ودقيقة للظروف البيئية التي تتم مراقبتها، مثل درجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية.

انخفضت تكلفة مسجلات البيانات على مر السنين مع تحسن التكنولوجيا وانخفاض التكاليف. يمكن أن يصل سعر مسجلات البيانات البسيطة أحادية القناة إلى 25 دولارًا فقط، بينما قد تصل تكلفة المسجلات الأكثر تعقيدًا إلى مئات أو آلاف الدولارات.

لطالما شكل توحيد البروتوكولات وتنسيقات البيانات تحديًا، ولكنه يشهد نموًا متزايدًا في هذا المجال، حيث يتم اعتماد XML و JSON و YAML بشكل متزايد لتبادل البيانات. ومن المرجح أن يُسهم تطوير الويب الدلالي وإنترنت الأشياء في تسريع هذا التوجه الحالي.

تم توحيد العديد من البروتوكولات، بما في ذلك بروتوكول SDI-12 الذكي ، الذي يسمح بتوصيل بعض أجهزة القياس بمجموعة متنوعة من مسجلات البيانات. لم يحظَ استخدام هذا المعيار بقبول واسع خارج قطاع البيئة. يدعم SDI-12 أيضًا أجهزة القياس متعددة النقاط. تدعم بعض شركات تسجيل البيانات معيار MODBUS ، الذي استُخدم تقليديًا في مجال التحكم الصناعي، وتدعمه العديد من الأجهزة الصناعية. وهناك بروتوكول آخر متعدد النقاط بدأ ينتشر استخدامه مؤخرًا، وهو قائم على CAN-Bus (ISO 11898). تستخدم بعض مسجلات البيانات بيئة برمجة نصية مرنة للتكيف مع مختلف البروتوكولات غير القياسية.

كثيراً ما يُستخدم مصطلحا "تسجيل البيانات" و "اكتساب البيانات" بشكلٍ متبادل. إلا أنهما يختلفان اختلافاً كبيراً من الناحية التاريخية. فجهاز تسجيل البيانات هو نظام لاكتساب البيانات، ولكن نظام اكتساب البيانات ليس بالضرورة جهاز تسجيل بيانات.

• تتميز مسجلات البيانات عادةً بمعدلات أخذ عينات أبطأ. قد يُعتبر معدل أخذ العينات الأقصى البالغ 1 هرتز سريعًا جدًا بالنسبة لمسجل البيانات، ولكنه بطيء جدًا بالنسبة لنظام جمع البيانات النموذجي.
• تُعتبر مسجلات البيانات أجهزة مستقلة بطبيعتها، بينما تتطلب أنظمة جمع البيانات التقليدية اتصالاً بجهاز كمبيوتر لجمع البيانات. هذا الاستقلال الذاتي لمسجلات البيانات يعني وجود ذاكرة داخلية تُستخدم لتخزين البيانات المُجمعة. أحيانًا تكون هذه الذاكرة كبيرة جدًا لاستيعاب أيام أو حتى شهور من التسجيل المتواصل. قد تكون هذه الذاكرة ذاكرة وصول عشوائي ثابتة مدعومة ببطارية ، أو ذاكرة فلاش ، أو ذاكرة EEPROM . استخدمت مسجلات البيانات القديمة شريطًا مغناطيسيًا ، أو شريطًا ورقيًا مثقوبًا، أو سجلات قابلة للعرض المباشر مثل " مسجلات المخططات الشريطية ".
• نظراً لفترات التسجيل الطويلة لأجهزة تسجيل البيانات، فإنها عادةً ما تتضمن آلية لتسجيل التاريخ والوقت في طابع زمني لضمان ربط كل قيمة بيانات مسجلة بتاريخ ووقت الحصول عليها، مما يُنتج تسلسلاً للأحداث . ولذلك، تستخدم أجهزة تسجيل البيانات عادةً ساعات مدمجة تعمل في الوقت الحقيقي، ويُعدّ انحرافها المنشور عاملاً مهماً عند اختيار جهاز تسجيل البيانات المناسب.
• تتراوح مسجلات البيانات من أجهزة بسيطة أحادية القناة إلى أجهزة معقدة متعددة القنوات. عادةً، كلما كان الجهاز أبسط، قلت مرونة برمجته. تسمح بعض الأجهزة الأكثر تطورًا بإجراء حسابات وتنبيهات عبر القنوات بناءً على شروط محددة مسبقًا. يمكن لأحدث مسجلات البيانات عرض صفحات الويب، مما يتيح لعدد كبير من الأشخاص مراقبة النظام عن بُعد.
• نظراً لطبيعة العديد من تطبيقات تسجيل البيانات التي تعمل عن بُعد وبدون مراقبة، فإن بعضها يحتاج إلى مصدر طاقة تيار مستمر ، كالبطارية مثلاً . ويمكن استخدام الطاقة الشمسية لتكملة هذه المصادر. وقد أدت هذه القيود عموماً إلى ضمان كفاءة استهلاك الطاقة العالية للأجهزة المُسوّقة مقارنةً بأجهزة الكمبيوتر. وفي كثير من الحالات، يُشترط تشغيلها في ظروف بيئية قاسية حيث لا تعمل أجهزة الكمبيوتر بكفاءة.
• تفرض طبيعة هذه الأجهزة التي تعمل دون إشراف مباشر ضرورة أن تتمتع مسجلات البيانات بموثوقية فائقة. ونظرًا لقدرتها على العمل لفترات طويلة دون توقف مع إشراف بشري محدود أو معدوم، وإمكانية تركيبها في مواقع نائية أو ذات ظروف قاسية، فمن الضروري ألا تفشل في تسجيل البيانات لأي سبب كان طالما أنها مزودة بالطاقة. ويبذل المصنّعون جهودًا كبيرة لضمان إمكانية الاعتماد على هذه الأجهزة في هذه التطبيقات. ولذلك، فإن مسجلات البيانات محصنة تقريبًا ضد المشاكل التي قد تؤثر على جهاز كمبيوتر عادي في التطبيق نفسه، مثل تعطل البرامج وعدم استقرار بعض أنظمة التشغيل.

تشمل تطبيقات تسجيل البيانات ما يلي:

• تسجيل بيانات محطة الأرصاد الجوية غير المراقبة (مثل سرعة الرياح / اتجاهها، ودرجة الحرارة ، والرطوبة النسبية ، والإشعاع الشمسي ). ^{[ 1 ]}
• التسجيل الهيدروغرافي غير المراقب (مثل مستوى الماء، وعمق الماء، وتدفق الماء، ودرجة حموضة الماء، وموصلية الماء).
• تسجيل مستوى رطوبة التربة دون مراقبة.
• تسجيل ضغط الغاز بدون مراقبة.
• عوامات بحرية لتسجيل مجموعة متنوعة من الظروف البيئية.
• إحصاء حركة المرور على الطرق.
• قياس درجات الحرارة (الرطوبة، وما إلى ذلك) للمواد القابلة للتلف أثناء الشحن: سلسلة التبريد . ^{[ 2 ]}
• قياس التغيرات في شدة الضوء.
• قياس درجة حرارة المنتجات الصيدلانية والأدوية واللقاحات أثناء التخزين
• قياس درجة الحرارة والرطوبة للمنتجات القابلة للتلف أثناء النقل لضمان الحفاظ على سلسلة التبريد
• مراقبة العمليات لتطبيقات الصيانة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.
• مراقبة العمليات للتحقق من شروط الضمان
• أبحاث الحياة البرية باستخدام علامات أرشيفية منبثقة
• قياس الاهتزاز والصدمات الناتجة عن التعامل (ارتفاع السقوط) في بيئة تغليف التوزيع . ^{[ 3 ]}
• مراقبة مستوى الخزان.
• مراقبة تشوه أي جسم باستخدام أجهزة استشعار جيوديسية أو جيوتقنية يتم التحكم فيها بواسطة نظام مراقبة تشوه تلقائي .
• الرصد البيئي .
• اختبار المركبات (بما في ذلك اختبارات التصادم)
• سباق السيارات
• مراقبة حالة المرحلات في إشارات السكك الحديدية.
• من أجل تعليم العلوم الذي يُمكّن من "القياس" و"البحث العلمي" وتقدير "التغيير".
• سجل بيانات الاتجاهات على فترات منتظمة في مراقبة العلامات الحيوية البيطرية.
• تسجيل بيانات الحمل لإدارة استهلاك الطاقة.
• درجة الحرارة والرطوبة واستهلاك الطاقة لدراسات كفاءة التدفئة وتكييف الهواء.
• مراقبة مستوى المياه لدراسات المياه الجوفية.
• جهاز استشعار ناقل إلكتروني رقمي لأغراض تصحيح الأخطاء والتحقق من صحة البيانات

تتطور مسجلات البيانات بوتيرة أسرع من أي وقت مضى. فقد تحول النموذج الأصلي لمسجل البيانات المستقل إلى جهاز يجمع البيانات ويتمتع في الوقت نفسه بإمكانية الوصول إلى الاتصالات اللاسلكية للتنبيه بالأحداث، وإعداد التقارير التلقائية، والتحكم عن بُعد. وبدأت مسجلات البيانات بعرض صفحات ويب لعرض القراءات الحالية، وإرسال تنبيهاتها عبر البريد الإلكتروني، ونقل نتائجها اليومية عبر بروتوكول نقل الملفات (FTP) إلى قواعد البيانات أو إرسالها مباشرةً إلى المستخدمين. ومؤخرًا، برز اتجاه نحو الابتعاد عن المنتجات الاحتكارية ذات البرامج التجارية والتوجه نحو البرامج والأجهزة مفتوحة المصدر. ويُعد حاسوب Raspberry Pi أحادي اللوحة، من بين منصات أخرى، منصة شائعة لاستضافة أنظمة تشغيل Linux في الوقت الحقيقي أو أنظمة Linux ذات النواة الاستباقية، مع العديد من الميزات الأخرى.

• تتيح الواجهات الرقمية مثل I2C و SPI و UART الربط المباشر بين المستشعر الرقمي والكمبيوتر،
• وعدد غير محدود من التكوينات لعرض القياسات في الوقت الفعلي عبر الإنترنت ، ومعالجة البيانات، ورسم المخططات والرسوم البيانية...

• صندوق أسود
• محلل ناقل البيانات
• تسجيل بيانات الحاسوب : واجهات برمجة التطبيقات للتسجيل، وسجلات الخادم وسجل النظام، وتسجيل الويب وعدادات الويب
• نظام مراقبة الانبعاثات المستمر
• ذكاء وقت التشغيل
• مسجل تسلسل الأحداث
• SensorML
• مسجل بيانات الصدمات والاهتزازات
• مسجل بيانات درجة الحرارة