مقدمه

امروزه با پیشرفت تکنولوژی استفاده از حسگرهای مختلف و ابزار دقیق در صنایع مختلف به طور قابل توجه افزایش پیدا کرده است. از جمله صنایع استفاده کننده از حسگرها می‌توان به صنعت تولید و انتقال برق، صنایع نفت و پتروشیمی، صنایع خودروسازی، راه آهن، ابزار و تجهیزات مرتبط با هواشناسی و مانیتوریگ خطوط لوله نفت، گاز و آب اشاره کرد. استفاده روز افزون از حسگرها باعث شده که استخراج، ذخیره و تحلیل اطلاعات بدست آمده از حسگرها اهمیت ویژه داشته باشد زمانی که تعداد زیادی از کاربرها در مکان‌های مختلف نیازمند مشاهده اطلاعات ضبط شده هستند، استفاده از شبکه‌های مخابراتی می‌تواند مفید باشد. در یک ارتباط تحت شبکه به یک مرکز فرماندهی به منظور ذخیره اطلاعات نیاز است. این اطلاعات از مناطق مختلف توسط دیتالاگر ارسال می‌شود. این اطلاعات به گونه ای در دسترس اپراتورهای مختلف قرار می‌گیرد. هر اپراتور امکان دریافت کلیه داده‌ها مربوط به حسگرهای مختلف را دارا است. مشکل اصلی دشواری دسترسی به تعداد زیاد حسگرهای نصب شده در پهنه جغرافیایی وسیع جهت خواندن حسگر است که این مسئله در اختراعات و دستگاههای مختلف بررسی و در نظر گرفته شده است. به طور کلی مشکل اصلی که اختراع حاضر بخشی از آن را برطرف کرده است این است که علاوه بر خواندن و ارسال اطلاعات، بررسی سلامت حسگر و سیستم انتقال اطلاعات، تعمیرات و تنظیمات سیستم انتقال اطلاعات، و افزایش قابلیت اطمینان در ذخیره‌سازی و ارسال داده‌ی حسگرها است

دیتالاگرها

دیتالاگرها از جمله وسایل الکتریکی هستند که قابلیت ذخیره اطلاعات استخراجی از حسگرها را به صورت طولانی مدت و در وضعیت‌های مختلف دارا هستند. این قابلیت اجازه می‌دهد تا تصویری جامع و دقیق از شرایط محیطی بدست آید و همچنین امکان مانیتوریگ و عیب یابی سیستم را فراهم می‌کند. این داده ها می‌توانند دما، کشش، جابجایی، جریان، فشار، ولتاژ، مقاومت، توان و بسیاری پارامترهای دیگر باشند. جمع‌آوری و ذخیره داده‌ها نیاز بسیاری از پروژه‌ها را بر طرف می‌کند، اما بعضی از پروژها نیاز به آنالیز آنلاین، آنالیز آفلاین، نمایش، گزارش گیری و اشتراک گذاری داده ها دارند. از جمله امکاناتی که دیتالاگرها به کاربران می‌دهند، امکان نصب آن‌ها در محیط‌های دورافتاده و خطرناک است. که بدون دخل و تصرف کاربر امکان نظارت بر داده‌های استخراجی حسگر فراهم شود. تا در طول دوره نظارت، دیتاهای لازم را اندازه‌گیری 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.

 

شکل(1) یک نمونه دستگاه دیتالاگر

دیتا لاگر ها چگونه کار می کنند؟

دیتالاگرها از سنسورها برای تبدیل پدیده‌ها و محرک‌های فیزیکی به سیگنال‌های الکترونیکی مانند جریان یا ولتاژ استفاده می‌کنند، سپس این سیگنالهای الکتریکی به داده های دیجیتال تبدیل شده و به رایانه یا حافظه مورد نظر منتقل می‌شوند. این داده‌ها به راحتی می‌توانند توسط نرم‌افزارهای مختلف 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. هم‌چنین می‌توان این داده‌ها را به صورت جدولی و نموداری نیز نمایش داد.

 

شکل(2) مانیتورینگ دیتا

اجزاء دیتالاگرها

به طول کلی دیتالاگرها از سخت افزارهای زیر تشکیل می‌شوند:

• مبدل آنالوگ به دیجیتال برای تبدیل سیگنال‌های خروجی سنسورها به دیتای دیجیتال
• · مدار تقویت کننده برای بهبود سیگنال‌های ضعیف و انجام تقویت‌های لازم
• · مدار حذف نویز برای حذف سیگنال‌های مزاحم
• · سخت افزار ذخیره سازی بلند مدت داده ها مانند کارت حافظه یا رایانه
• · نرم افزار دیتالاگر که برای جمع‌آوری، آنالیز و نمایش داده‌ها

 

شکل(3) بلوک دیاگرام دیتالاگرها

چگونگی استفاده از دیتالاگرها

برای استفاده از دیتالاگرها به طور کلی می‌توان مراحل زیر را دنبال کرد:

1. ابتدا سنسورهای مورد نیاز را به دیتالاگر متصل می‌شوند. این سنسورها می‌توانند ترموکوپل، مقاومت‌های حرارتی، RTD، فشارسنج ، شتاب سنج و .... باشند.
2. از نرم‌افزار دیتالاگر برای تنظیم دیتالاگر استفاده می‌شود در این مرحله مقادیر پیکربندی مانند نرخ نمونه برداری، آلارمها، شرایط شروع و اتمام برای عملیات جمع آوری داده تنظیم می‌شوند.
3. بعد از اینکه سخت‌افزار، داده‌های سنسورها را جمع‌آوری کرد، می توان از آن‌ها برای تحلیل داده‌ها، تهیه گزارش‌ها و ذخیره داده‌ها برای استفاده های آتی از استفاده کرد.

کاربردهای دیتالاگرها

• ذخیره دیتاها در ایستگاه‌های هواشناسی (مانند سرعت باد، جهت باد، دما، رطوبت نسبی، تشعشعات خورشیدی)
• ذخیره دیتاها در ایستگاه‌های هیدرومتری (مانند سطح آب، عمق آب، جریان آب،PH آب، رسانایی آب)
• ذخیره خودکار رطوبت خاک
• ذخیره خودکار فشار گاز
• شمارش ترافیک جاده
• اندازه گیری دما، رطوبت و... مواد فاسد شدنی در حین انتقال محموله
• 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 سیگنال‌دهی راه آهن
• ذخیره سازی نمودار بارگذاری الکتریکی برای مدیریت مصرف انرژی

 

شکل (4) استفاده از دیتالاگرها در اینترنت اشیاء

خصوصیات دیتالاگرها

1. تعداد کانال‌ها: تعداد کانال‌های دیتالاگرها 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. 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 فراهم می‌کند.
5. مدت زمان ثبت اطلاعات: یک پارامتر اساسی در سیستم‌های دیتالاگر قابلیت ثبت اطلاعات برای مدت زمانی طولانی مثلاً چندین سال است. برای دست‌یابی به این هدف لازم است سیستم‌ دیتالاگرها دارای رسانه‌های ذخیره سازی در حجم‌های بالا و مصرف انرژی بسیار کم باشند.

مراحل مانیتورینگ دیتا توسط دیتالاگرها

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 قبل از ذخیره داده ها انجام می‌شود. یک مثال ملموس از این نوع تحلیل، تبدیل ولتاژ اندازه گیری شده به واحدهای علمی با معنی مانند درجه سانتیگراد می باشد. می توان محاسبات پیچیده و فشرده‌سازی داده‌ها را قبل از ذخیره آن‌ها انجام داد. کنترل قسمتی از سیستم (مانند قطع پمپ و ...) بر اساس اندازه‌گیری‌های فعلی قسمتی از تحلیل آنلاین است. تمامی نرم‌افزارهای دیتالاگر باید تبدیل داده‌های باینری به ولتاژ و تبدیل ولتاژ به واحد های علمی را انجام دهند.
3. ذخیره سازی: این مرحله شامل ذخیره داده‌های تحلیل شده در فرمت خاص و فایل‌های مورد نظر می باشد.
4. تحلیل آفلاین: این مرحله شامل تحلیل‌هایی می‌باشد که بر روی داده‌های ذخیره شده انجام می‌شود. یک مثال ساده از تحلیل آفلاین، جستجوی یک داده خاص در داده‌های پیشین یا داده های فشرده شده می‌باشد.
5. نمایش، اشتراک گذاری و گزارش گیری: این مرحله شامل ایجاد گزارش‌هایی است که برای نمایش داده‌ها نیاز است. هرچند به طور مستقیم با توجه به تحلیل‌های آنلاین می‌توان داده‌ها را نمایش داد. این قابلیت باعث می‌شود تا داده‌ها همزمان با جمع‌آوری و تحلیل ، مورد نظارت قرار گرفته و نمایش داده شوند.