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Von Sensoren zu digitalen Signalen: Wie verwandeln wir physikalische Veränderungen auf magische Weise in Daten?
Im heutigen digitalen Zeitalter sind Daten zu einer wichtigen Ressource für alle Lebensbereiche geworden. Dabei spielt die Datenerfassung als Schlüsselprozess zur Umwandlung physikalischer Veränderungen in der physischen Welt in digitale Signale zweifellos eine wichtige Rolle.
Ein Datenerfassungssystem (als DAS, DAQ oder DAU bezeichnet) wandelt typischerweise analoge Wellenformen zur Verarbeitung in digitale Werte um.
Zu den Hauptkomponenten eines Datenerfassungssystems gehören Sensoren, Signalaufbereitungsschaltungen und Analog-Digital-Wandler. Die Funktion des Sensors besteht darin, physikalische Parameter in elektrische Signale umzuwandeln, während die Signalaufbereitungsschaltung dafür sorgt, dass das Sensorsignal in geeigneter Form in einen digitalen Wert umgewandelt werden kann. Diese Reihe von Transformationen ist ein wichtiger Schritt, um Computer in die Lage zu versetzen, Daten aus der realen Welt zu verstehen und zu verarbeiten.
Quellen und Systeme der Datenerfassung
Der Prozess der Datenerfassung beginnt mit dem physikalischen Phänomen oder der physikalischen Eigenschaft, die gemessen werden muss. Zu diesen Eigenschaften können Temperatur, Vibration, Lichtintensität, Gasdruck, Flüssigkeitsfluss und -kraft usw. gehören. Welche physikalische Eigenschaft auch immer gemessen werden soll, sie muss in eine einheitliche Form umgewandelt werden, die vom Datenerfassungssystem erfasst werden kann. Diese Aufgabe wird von Geräten, die Sensoren genannt werden, erfüllt.
Ein vollständiges Datenerfassungssystem umfasst DAQ-Hardware, Sensoren und Aktoren, Signalkonditionierungshardware und einen Computer, auf dem DAQ-Software ausgeführt wird. Mit der Weiterentwicklung der Technologie können einige aktuelle Sensoren und Datenerfassungssysteme nun Signale über Bluetooth streamen, was zweifellos den Komfort der Datenerfassung verbessert.
DAQ-Hardware
DAQ-Hardware ist normalerweise der Vermittler zwischen dem Signal und dem Computer. Dabei kann es sich um ein Modul handeln, das an einen Computeranschluss (z. B. parallel, seriell, USB usw.) angeschlossen ist, oder um eine Karte, die an einen PC-Motherboard-Steckplatz angeschlossen ist (z. B. S-100-Bus, ISA, PCI usw.). DAQ-Karten enthalten in der Regel verschiedene Komponenten wie Multiplexer, ADCs (Analog-Digital-Wandler), DACs (Digital-Analog-Wandler) usw., auf die ein Mikrocontroller zugreift.
Der DAQ-Gerätetreiber ist eine notwendige Voraussetzung für die Zusammenarbeit der DAQ-Hardware mit dem PC. Der Treiber führt das Lesen und Schreiben von Low-Level-Registern durch und stellt eine API für die Entwicklung von Benutzeranwendungen bereit.
DAQ-Software
Professionelle DAQ-Software wird normalerweise mit DAQ-Hardware geliefert. Zu den Softwaretools, die zum Aufbau großer Datenerfassungssysteme verwendet werden, gehören EPICS und so weiter. Darüber hinaus werden häufig auch Programmierumgebungen wie Visual C++, Visual Basic, LabVIEW und MATLAB zum Erstellen von DAQ-Anwendungen verwendet.
Im Kontext der rasanten Entwicklung der Datenwissenschaft und Sensortechnologie wird die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit von DAQ-Systemen zunehmend geschätzt.
Verlauf der Datenerfassung
Wenn wir auf die Geschichte der Datenerfassung zurückblicken, brachte IBM 1963 einen speziellen Datenerfassungscomputer auf den Markt und markierte damit den Beginn dieser Technologie. Mit der Weiterentwicklung der Technologie brachte IBM 1981 den Personal Computer auf den Markt und lieferte das erste PC-Datenerfassungsprodukt, das die Eintrittsbarriere erheblich senkte und es mehr Menschen ermöglichte, die Datenerfassungstechnologie für Forschung und Experimente zu nutzen.
Zukunftsaussichten
Mit dem Aufkommen der Internet-of-Things-Technologie wird die Rolle von Datenerfassungssystemen immer wichtiger. Zukünftig werden sich diese Systeme möglicherweise nicht nur auf traditionelle physikalische Messungen beschränken, sondern auch intelligentere Technologien integrieren, um eine effizientere Datenverarbeitung und Anwendungen zu erreichen.
Wenn wir auf diesen Prozess zurückblicken, können wir vielleicht darüber nachdenken, wie die Datenerfassungstechnologie das Gesicht unseres täglichen Lebens verändern wird.
