Система сбора данных

Система сбора данных (ССД; Data acquisition, DAS, DAQ) — комплекс средств, предназначенный для работы совместно с персональным компьютером, либо специализированной ЭВМ и осуществляющий автоматизированный сбор информации о значениях физических параметров в заданных точках объекта исследования с аналоговых и/или цифровых источников сигнала, а также первичную обработку, накопление и передачу данных.

Совместно с персональной ЭВМ, оснащённой специализированным программным обеспечением, система сбора данных образует информационно-измерительную систему (ИИС). ИИС — это многоканальный измерительный прибор с широкими возможностями обработки и анализа данных.

На основе ИИС могут быть построены различные автоматизированные системы управления (АСУ), среди которых: информационно-логические комплексы (их называют АСУ технологическими процессами — АСУ ТП), информационно-вычислительные комплексы (автоматизированная система научных исследований — АСНИ), информационно-диагностические комплексы и информационно-контролирующие системы.

Классификация

По способу сопряжения с компьютером системы сбора данных можно разделить на:

• ССД на основе встраиваемых плат сбора данных со стандартным системным интерфейсом (наиболее распространён интерфейс PCI).
• ССД на основе модулей сбора данных с внешним интерфейсом (RS-232, RS-485, USB).
• ССД, выполненные в виде крейтов (магистрально-модульные ССД — КАМАК, VXI).
• Группы цифровых измерительных приборов (ЦИП) или интеллектуальных датчиков. Для их организации применяются интерфейсы: GPIB (IEEE-488), 1-wire, CAN, HART.

По способу получения информации ССД делятся на:

• сканирующие,
• мультиплексные (мультиплексорные, иногда говорят «многоточечные»),
• параллельные,
• мультиплицированные.

Последний тип ССД практически не используется в силу своего исключительно низкого быстродействия. Единственное достоинство ССД этого типа — относительная простота — полностью нивелируется современными технологиями изготовления интегральных схем.

Характеристики

Сканирующий принцип построения ССД используется там, где надо измерить поле распределения параметров: тепловизор, аппарат УЗИ, томограф используют для получения первичной информации именно ССД сканирующего типа.

Параллельными системами сбора данных следует считать ССД на основе т. н. интеллектуальных датчиков (ИД). Каждый ИД суть одноканальная ССД со специализированным интерфейсом. Исторически первыми параллельными ССД были ССД, где у каждого датчика «личным» был только АЦП, а сбор и обработка данных осуществлялась многопроцессорной ЭВМ. В настоящее время для сбора и обработки измерительной информации как правило вполне хватает вычислительных характеристик «обычной» ЭВМ. Параллельные системы пока ещё не вытесняют мультиплексорные, в силу своей аппаратурной избыточности. Однако в ряде случаев параллельный принцип привлекателен: когда есть недорогие готовые ИД и недорогой канал связи (например система на интерфейсе 1-Wire) либо при небольшом числе каналов (выпускаются счетверенные сигма-дельта АЦП) и т. п.

Мультиплексная (мультиплексорная) ССД имеет на каждый измерительный канал индивидуальные средства аналоговой обработки сигнала и общий для всех каналов блок аналого-цифрового преобразования (помимо самого АЦП в него обязательно входит «антиалиасинговый» ФНЧ, устройство выборки хранения, опционально — схема защиты и схема формирования знакового разряда). Наибольшее распространение в настоящее время имеют именно мультиплексные системы сбора данных.

Типовая система сбора данных является мультиплексной и содержит в себе следующие узлы: датчики, аналоговый коммутатор, измерительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, контроллер сбора данных, модуль интерфейса.

Также ССД часто оснащаются цифровыми линиями ввода-вывода и цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП).

Примеры применения систем сбора данных

• Универсальные PCI-платы сбора данных
• Универсальные модули сбора данных с интерфейсом RS-232 и USB
• Система осцилографирования быстропротекающих процессов на основе ПЭВМ и цифровых осциллографов, оснащенных интерфейсом GPIB
• АСУ физической установкой (импульсным ядерным реактором), содержащая в своем составе ССД из модулей в крейте КАМАК
• Система бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) автомобиля с интерфейсом CAN

См. так же

• КАМАК
• FASTBUS
• VXI

Литература

• Крюков В. В. 3. Системы сбора данных // Информационно-измерительные системы. — Владивосток: ВГУЭС, 2000. — 93 с.