دیتا لاگر

دیتا لاگر وسیله‌ای الکترونیکی است که داده‌هایی را که بوسیله حسگرهای تعبیه شده در دستگاه یا ابزار و حسگر خارجی تامین می‌شوند را در طول زمان یا در رابطه با مکان ذخیره می‌کند.

این داده ها می توانند دما، کشش، جابجایی، جریان، فشار، ولتاژ، مقاومت، توان و بسیاری پارامترهای دیگر باشند. دیتالاگرها شامل رنج بسیار وسیعی از محصولات می باشند. از یک دستگاه ساده اندازه گیری تا دستگاه های پیچیده تری که تحلیل های گوناگونی را بر روی داده ها

انجام می دهد. جمع آوری و ذخیره داده ها نیاز بسیاری از پروژه ها را بر طرف می کند، اما بعضی از پروژها نیاز به آنالیز آنلاین، آنالیز آفلاین، نمایش، گزارش گیری و اشتراک گذاری داده ها دارند. حتی بعضی از پروژها نیازمند به جمع آوری و ذخیره داده های متفاوتی مانند صدا و

تصویر هستند.

دیتالاگرها معمولاً به محض فعال سازی بدون مراقبت رها شده تا در طول دوره دیده بانی اندازه گیری نموده و اطلاعات را ذخیره کند. این قابلیت اجازه می‌دهد تا تصویری جامع و دقیق از شرایط محیط تحت نظر مانند دمای هوا یا رطوبت بدست آید.

 دیتا لاگر ها چگونه کار می کنند؟

دیتالاگرها از سنسورها برای تبدیل پدیده ها و محرک های فیزیکی به سیگنالهای الکترونیکی مانند جریان یا ولتاژ استفاده میکنند. سپس این سیگنالهای الکتریکی به داده های باینری تبدیل شده و به رایانه یا حافظه مورد نظر انتقال داده می شوند. این داده های باینری به راحتی

می توانند توسط برنامه های رایانه ای مورد تحلیل قرار گیرند

و بر روی دیسک سخت رایانه یا رسانه های ذخیره سازی از جمله کارت حافظه، CD، DVD و غیره ذخیره شوند.

 اجزاء دیتا لاگر

• سخت افزاری برای تبدیل سیگنالهای موردنظر به داده های دیجیتال که شامل سنسورها، مدارات بهبود سیگنال (مانند تقویت کننده و کاهنده های نویز) و مدارهای مبدل آنالوگ به دیجیتال

• سخت افزار ذخیره سازی بلند مدت داده ها که معمولا کارت حافظه یا رایانه می باشد.

• نرم افزار دیتالاگر که برای جمع آوری، آنالیز و نمایش داده ها استفاده می شود.

 چگونگی استفاده از دیتا لاگر ها

برای استفاده از دیتا لاگر ها مراحل زیر را دنبال کنید:

• سنسورها را به دیتالاگر متصل کنید. سنسورها می توانند ترموکوپل، مقاومت های حرارتی، RTD، گیجهای فشار، شتاب سنج و …. باشند.

• از نرم افزار دیتالاگر برای تنظیم دیتالاگر استفاده نمایید.

• مقادیر پیکربندی مانند نرخ نمونه برداری، آلارمها، شرایط شروع و اتمام برای عملیات جمع آوری داده را تنظیم کنید.

• بعد از اینکه سخت افزار، داده های سنسورها را جمع آوری کرد، می توان از آن برای تحلیل داده ها، تهیه گزارش ها و ذخیره داده ها برای استفاده های آتی از استفاده کرد.

 کاربردها

کاربرد دیتالاگر شامل موارد زیر می‌شود:

    ذخیره در ایستگاه هواشناسی بدون مراقبت (مانند سرعت باد  و جهت باد، دما، رطوبت نسبی، تشعشعات خورشیدی)

    ذخیره در ایستگاه‌های بدون مراقبت هیدروگرافی (مانند سطح آب، عمق آب، جریان آب،PH  آب، رسانایی آب)

    ذخیره خودکار رطوبت خاک

    ذخیره خودگار فشار گاز

    شمارش ترافیک جاده

    اندازه گیری دما (رطوبت و…) مواد فاسد شدنی در حین انتقال محموله

    مانیتورینگ فرایند برای نگهداری و عیب یابی کاربردها

    تحقیقات حیات وحش

    اندازه گیری لرزش و شرایط حمل (ارتفاع سقوط) در توزیع

    مانیتورینگ سطح مخزن

    مانیتورینگ محیط زیست

    آزمایش خودرو

    مانیتورینگ وضعیت رله در سیگنال دهی راه آهن

    ذخیره سازی نمودار بارگذاری الکتریکی برای مدیریت مصرف انرژی.

خصوصیات یک دیتالاگر

1- تعداد کانالها:  تعداد کانالهای دیتالاگر بیانگر تعداد سنسورها و مبدلهایی است که هم‌زمان قابل اتصال به دیتالاگر هستند.

2- فرکانس نمونه برداری: تعداد دفعاتی که دیتالاگر داده‌های هر سنسور را خوانده و به کامپیوتر یا حافظه منتقل می‌کند را فرکانس نمونه برداری دیتالاگر می گویند. به عنوان دیتالاگری که دارای فرکانس نمونه برداری ۳۰۰ هرتز است به این معنی است که در هر یک سیصدم ثانیه

داده‌های بدست آمده از سنسورها به کامپیوتر منتقل می‌شود.

3- نوع سنسورهای پشتیبانی کننده: معمولاً هر دیتالاگری سنسورها و مبدلهای خاصی را پشتیبانی می‌کند. مثلاً یک دیتالاگر ممکن است تنها قادر به پشتیبانی سنسورهای حرارتی RTD باشد ولی قادر به پشتیبانی ترموکوپلها نباشد.

4- پردازش داده های جمع آوری شده: معمولاً هر دیتالاگر مجهز به یک نرم‌افزار است که امکان اعمال تنظیمات آن و مشاهده نمودارهای بدست آمده از سنسورها را حین نمونه برداری ممکن می‌کند.

5- مدت زمان ثبت اطلاعات: یک پارامتر اساسی در سیستم‌های دیتالاگر قابلیت ثبت اطلاعات برای مدت زمانی طولانی مثلاً چندین سال است. برای دست یابی به این هدف لازم است سیستم‌های دیتالاگر دارای رسانه‌های ذخیره سازی در حجم‌های بالا و مصرف انرژی بسیار کم

باشند.

از دیتا لاگر ها چه استفاده ای می توان کرد:

یکی از خصوصیات دیتالاگرها، توانایی برداشت مقادیر سنسورها و ذخیره داده ها برای استفاده آتی می باشد. هر چند در مواردی که از دیتالاگر استفاده می شود به ندرت فقط از جمع آوری و ذخیره داده استفاده می شود. شما ناگزیرید که توانایی تحلیل و ارائه داده های ذخیره

شده را داشته باشید تا بتوانید تصمیمات حیاتی را بر اساس داده های ذخیره شده بگیرید. یک دیتالاگر کامل اغلب باید شامل اجزای نشان داده شده در تصویر زیر باشند.

1- برداشت داده

این مرحله شامل سنسورها و سخت افزار دیتالاگر می باشد که برای تبدیل پدیده های فیزیکی به سیگنالهای دیجیتال از آن استفاده می شود.

2-  تحلیل آنلاین

این مرحله شامل کلیه تحلیل هایی است که شما می خواهید قبل از ذخیره داده ها انجام دهید. یک مثال ملموس از این نوع تحلیل، تبدیل ولتاژ اندازه گیری شده به واحدهای علمی بامعنی مانند درجه سانتیگراد می باشد. شما می توانید این محاسبات پیچیده و فشرده سازی داده

ها را قبل از ذخیره آنها انجام دهید. کنترل قسمتی از سیستم (مانند قطع پمپ و …) بر اساس اندازه گیری های فعلی قسمتی از تحلیل آنلاین است. تمامی نرم افزارهای دیتالاگر باید تبدیل داده های باینری به ولتاژ و تبدیل ولتاژ به واحد های عملی را انجام دهند.

3- ذخیره سازی

این مرحله شامل ذخیره داده های تحلیل شده در فرمت خاص فایلهای مورد نظر می باشد.

4-  تحلیل آفلاین

این مرحله شامل تحلیل هایی می باشد که بر روی داده های ذخیره شده انجام می شود. یک مثال ساده از تحلیل آفلاین، جستجوی یک داده خاص در داده های پیشین یا داده های فشره شده می باشد.

5-  نمایش , اشتراک گذاری و گزارش گیری

این مرحله شامل ایجاد گزارش هایی می باشد که شما نیاز دارید تا داده های خود را نمایش دهید. هر چند همانگونه که در تصویر بالا نشان داده شده است، می توان مستقیماً تحلیل های آنلاین را نمایش داد. این قابلیت شما را قادر می سازد تا داده های خود را همزمان با جمع

آوری و تحلیل آنها، نظارت کرده و آنها را نشان دهید.

نمونه ای از ساختار داخلی یک دیتالاگر

نمونه ای از یک دیتالاگر

نمونه برداری سنسور فاصله

در صنعت بسیاری از سنسورها جواب یا به عبارت بهتر خروجی خود را با تغییر ولتاژ اعلام می­کنند. در واقع اگر بتوانیم ولتاژ خروجی از یک سنسور با این قابلیت را اندازه بگیریم گویا توانسته­ ایم به جواب برسیم. در میان این سنسور­ها سنسور IR بیشترین محبوبیت و معروفیت را دارد

و از نظر راه­ اندازی بسیار ساده راه ­اندازی خواهد شد. این سنسورها به به نور بازتابی از محیط حساس بوده و با استفاده از این قابلیت می­توان فاصله­ ی اجسام را با استفاده از این سنسورها محاسبه کرد. نحوه ­ی کار این سنسورها به این صورت است که اگر فاصله ­ی اجسام از

آنها کم یا زیاد شود در خروجی مدار این سنسور­ها تغییر ولتاژ به وجود می­آید. ابتدا به مدار راه اندازی این سنسور­ها نگاه بیندازید:

یک سنسور IR متشکل از دو بخش است:

   فرستنده ( Transmitter)

    گیرنده( Receiver )

در واقع بخش فرستنده یک موج مادون قرمز را می­فرستد و گیرنده آن را پس از بازتاب از محیط دریافت می­کند و متناسب با این بازتاب دریافت شده و شدت آن، در خروجی ولتاژ­های متفاوتی بروز داده خواهند شد.در بازار المانهای این سنسور به شکل­هایی شبیه زیر موجود است:

همان­طور که در شکل بالا می بینید دو نوع از این سنسورها که در بازار موجود است که در این شکل بر اساس قطر بدنه­ ی خارجی سنسور دسته بندی شده­ اند.( ۳ میلیمتر و ۵ میلیمتر )

هر جفت از این المانهای LED مانند یک سنسور IR را تشکیل می­دهند.

در هر جفت بخشی که با TX مشخص شده است معرف بخش Transmitter یا در شماتیک مدار با نام LED است.

هر بخش با نام RX معرف Receiver یا گیرنده است که در مدار با نام  آورده شده است.

معمولا در این نوع سنسورها المان سیاه رنگ گیرنده بوده و المان روشن­تر فرستنده است.

 حال اگر مداری مشابه بالا را ببندید و خروجی های ولتاژ این مدار را بر حسب فاصله بر حسب سانتی متر ثبت و رسم کنید نموداری مشابه شکل زیر خواهید داشت.

در واقع نمودار زیر برحسب مقادیر ACD خوانده شده توسط یک پایه از میکروکنترلر در مقابل فاصله بر حسب سانتی­متر رسم شده است.

همان طور که مشاهده می­کنید در فاصله های ­بیش از ۵ سانتی­متر میزان ولتاژ خروجی کاهش داشته است.

مثلا در اگر یک جسم را در فاصله­ ی ۱۰ سانتی­متری از این سنسور قرار دهیم عدد ADC در حدود ۲۳۰ خواهد بود ولی اگر این جسم را نزدیک­تر کنیم و فاصله را به ۳۰ سانتی­متر برسانیم عدد ADC در حدود ۹۰ خواهد بود واین نشان می­دهد با کاهش فاصله ولتاژ خروجی نیز کاهش

میابد.

برای فواصل کمتر از ۵ سانتی­متر بر مبنای نمودار مخصوص سنسور بالا اعداد ADC اعداد معتبری نخواهند بود چراکه مثلا برای دو فاصله ­ی ۵ و ۳ سانتی­متر این اعداد یکی خواهند شد در حالی که فاصله متفاوت است. بنابراین برای فواصل کمتر از ۵ سانتی­متر به این نوع خاص از

سنسور که نمودار آن را رسم کردیم نمی­توان اعتماد کرد.

در بازار سنسورهای IR متفاوت با دقت­های متفاوت وجود دارد، بنابراین متناسب با دقت مورد نیاز خود می­توانید انواع مختلفی از این سنسورها را در کارهای خود استفاده کنید.

کارایی سنسورهای فاصله سنج مادون قرمز

GP2Y0A02 سنسور فاصله سنج مادون قرمز با برد بلند است، دارای دامنه تشخیص (20 سانتیمتر تا 150 سانتیمتر) است. فاصله بالا با حداکثر تشخیص این سنسور یک جایگزین مناسب برای سونار در برخی از برنامه های کاربردی است. فاصله با ولتاژ آنالوگ نشان داده شده

است،سنسورهای فاصله Sharp برای بسیاری از پروژه هایی که نیاز به اندازه گیری دقیق از راه دور دارند انتخاب محبوب هستند. این سنسور مادون قرمز ارزانتر از سنسورهای سونار است، با این حال عملکرد بسیار بهتر از دیگر گزینه های IR فراهم می کند. اتصال به اکثر

میکروکنترلرها ساده است: خروجی آنالوگ تنها می تواند به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال برای اندازه گیری از راه دور متصل شود، یا خروجی را می توان به یک مقایسه برای تشخیص آستانه متصل کرد. محدوده تشخیص این نسخه تقریبا 20 تا 150 سانتیمتر است GP2Y0A02 از یک

اتصال JST PH 3 پین استفاده می کند که با کابل های JST PH ما 3 سنسور برای سنسورهای فاصله Sharp کار می کند (شامل نمی شود)؛ تصویر بالا سمت راست یک سنسور فاصله آنالوگ شارپ را با یکی از این کابل ها نشان می دهد. این کابل ها دارای یک کانکتور JST 3 پین

هستند و از پین های نری قبل از تقویت شده است ، پین های مادگی پیش تقویت شده و سیم های نابالغ در انتهای دیگر استفاده می شود. همچنین ممکن است سه سیم را به سنسور وصل کنید که در آن پین های اتصال نصب می شوند (تصویر پایین را به سمت راست ببینید).

هنگام نگاه کردن به پشت، سه اتصال از چپ به راست قدرت، زمین و سیگنال خروجی است.

خطی کردن خروجی

رابطه بین ولتاژ خروجی سنسور و معکوس فاصله اندازه گیری تقریبا خطی در طول محدوده قابل استفاده از سنسور است. داده GP2Y0A02YK (pdf 703k) حاوی نمودار ولتاژ خروجی آنالوگ به عنوان تابع معکوس فاصله به یک شی بازتابنده است. شما می توانید از این طرح برای

تبدیل ولتاژ خروجی سنسور به یک فاصله تقریبی با ساختن یک خط مناسب که معادله ولتاژ خروجی (V) را به فاصله (cm) مربوط می کند، استفاده کنید.

حسگرهای جایگزین شارپ

ما از سنسورهای مختلف Sharp برای انتخاب انتخاب داریم. نزدیکترین جایگزین برای این ماژول GP2Y0A02YK0F جدیدتر از سنسور فاصله آنالوگ Sharp GP2Y0A60SZ (10 تا 150 سانتیمتر) است که دارای حداکثر فاصله سنجش فاصله است اما کمترین فاصله تشخیص پایین و

بیشتر از دو برابر میزان نمونه برداری در یک بسته بسیار کوچکتر را ارائه می دهد.

ما همچنین دو نسخه کوتاه تر این سنسور را معرفی میکنیم سنسور فاصله آنالوگ Sharp GP2Y0A41SK0F (سنسور 4 تا 30 سانتی متر) و سنسور فاصله آنالوگ Sharp GP2Y0A21YK0F (10 تا 80 سانتی متر). این دو سنسور از راه دور آنالوگ دارای بسته های یکسان و پین

خروجی هستند، و به راحتی می توان یک نسخه را برای یک دیگر تغییر داد، در صورتی که نیازهای برنامه شما تغییر می کند، و همانطور که این GP2Y0A02YK0F قرار دارد، مکان های سوراخ نصب و اتصال کابل وجود دارد.

برای کاربردهای تشخیص بسیار کوتاه، ما یک سنسور فاصله شبیه آنالوگ 2 تا 15 سانتیمتری داریم. ما همچنین دارای سه سنسور فاصله دیجیتال Sharp که کمترین فاصله تشخیص کم و یک نرخ به روز رسانی بالا 400 هرتز است. آنها با محدوده 5 سانتیمتر، 10 سانتیمتر و 15

سانتیمتر در دسترس هستند و به سادگی به شما میگویند اگر چیزی در محدوده تشخیص آنها باشد، نه این که تا چه حد دور است. آنها کوچکتر از سنسورهای شارپ آنالوگ هستند و جرقه کمتر را دارند.

ویژگی های سنسور فاصله سنج مادون قرمز شارپ با بورد بلند GP2Y0A02YK0F

    ولتاژ کار: 4.5 V تا 5.5 V

    محدوده اندازه گیری فاصله: 20 تا 150 سانتیمتر (8 تا 60 سانتیمتر)

    نوع خروجی: ولتاژ آنالوگ

    ولتاژ خروجی بیش از حد فاصله: 2.05 V (معمولی)

    دوره به روز رسانی: 38 ± 10 میلی ثانیه

    اندازه: 44.5 میلیمتر × 18.9 میلیمتر × 21.6 میلیمتر (1.75 × 0.75 × 0.85)

    وزن: 5 گرم (0.18 اونس)

    متوسط ​​مصرف فعلی: 33 میلی آمپر (توجه داشته باشید: این سنسور جریان را در انبساط بزرگ و کوتاهی ترسیم می کند و سازنده توصیه می کند که یک خازن 10 μF یا بیشتر در کنار قدرت و زمین نزدیک به سنسور قرار داده شود تا خط منبع تغذیه را تثبیت کند)