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Dai sensori ai segnali digitali: come possiamo trasformare magicamente i cambiamenti fisici in dati?
Nell'era digitale di oggi, i dati sono diventati una risorsa importante per tutti gli ambiti della vita. L’acquisizione dei dati, in quanto processo chiave nella conversione dei cambiamenti fisici nel mondo fisico in segnali digitali, gioca senza dubbio un ruolo importante in questo processo.
Un sistema di acquisizione dati (denominato DAS, DAQ o DAU) converte in genere le forme d'onda analogiche in valori digitali per l'elaborazione.
I componenti principali di un sistema di acquisizione dati includono sensori, circuiti di condizionamento del segnale e convertitori da analogico a digitale. La funzione del sensore è convertire i parametri fisici in segnali elettrici, mentre il circuito di condizionamento del segnale garantisce che il segnale del sensore possa essere convertito in un valore digitale in una forma adeguata. Questa serie di trasformazioni rappresenta un passo importante per consentire ai computer di comprendere ed elaborare i dati del mondo reale.
Fonti e sistemi di acquisizione dati
Il processo di acquisizione dei dati inizia con il fenomeno fisico o la proprietà fisica che deve essere misurata. Queste proprietà possono includere temperatura, vibrazione, intensità della luce, pressione del gas, flusso e forza del fluido, ecc. Qualunque sia la proprietà fisica da misurare, è necessario convertirla in una forma unificata che possa essere campionata dal sistema di acquisizione dati e questo compito viene svolto da dispositivi chiamati sensori.
Un sistema di acquisizione dati completo include hardware DAQ, sensori e attuatori, hardware per il condizionamento del segnale e un computer che esegue il software DAQ. Con il progresso della tecnologia, alcuni attuali sensori e sistemi di acquisizione dati possono ora trasmettere segnali tramite Bluetooth, il che migliora senza dubbio la comodità della raccolta dei dati.
Hardware DAQ
L'hardware DAQ è solitamente l'intermediario tra il segnale e il computer. Può essere un modulo collegato a una porta del computer (come parallela, seriale, USB, ecc.) o una scheda collegata a uno slot della scheda madre del PC (come bus S-100, ISA, PCI, ecc.). Le schede DAQ contengono solitamente vari componenti come multiplexer, ADC (convertitori da analogico a digitale), DAC (convertitori da digitale ad analogico), ecc., a cui accede tramite un microcontrollore.
Il driver del dispositivo DAQ è una condizione necessaria affinché l'hardware DAQ funzioni con il PC. Il driver esegue la lettura e la scrittura di registri di basso livello e fornisce API per lo sviluppo di applicazioni utente.
Software DAQ
Il software DAQ professionale viene solitamente fornito con l'hardware DAQ. Gli strumenti software utilizzati per costruire sistemi di acquisizione dati su larga scala includono EPICS e così via. Inoltre, anche ambienti di programmazione come Visual C++, Visual Basic, LabVIEW e MATLAB sono ampiamente utilizzati per creare applicazioni DAQ.
Nel contesto del rapido sviluppo della scienza dei dati e della tecnologia dei sensori, la flessibilità e l'adattabilità dei sistemi DAQ sono sempre più apprezzate.
Storia dell'acquisizione dei dati
Guardando indietro alla storia dell'acquisizione dati, nel 1963 IBM lanciò un computer specializzato nell'acquisizione dati, segnando l'inizio di questa tecnologia. Con il progresso della tecnologia, IBM lanciò il personal computer nel 1981 e fornì il primo prodotto di acquisizione dati per PC, che abbassò notevolmente la barriera d’ingresso e permise a più persone di utilizzare la tecnologia di acquisizione dati per condurre ricerche ed esperimenti.
Prospettive future
Con l'avvento della tecnologia Internet of Things, il ruolo dei sistemi di acquisizione dati diventerà sempre più importante. In futuro, questi sistemi potrebbero non limitarsi alle misurazioni fisiche tradizionali, ma incorporeranno tecnologie più intelligenti per ottenere elaborazioni e applicazioni dei dati più efficienti.
Quando guardiamo indietro a questo processo, potremmo essere in grado di pensare a come la tecnologia di acquisizione dati cambierà il volto della nostra vita quotidiana?
