Data Logger (Datalogger) là gì – Hướng dẫn đầy đủ
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về máy ghi dữ liệu, mô tả chúng một cách chi tiết để bạn có thể:
- Xem bộ ghi dữ liệu thực sự là gì
- Tìm hiểu về các tính năng và khả năng chính của bộ ghi dữ liệu
- Hiểu sự khác biệt giữa chúng với các hệ thống thu thập dữ liệu (DAQ)
Bạn đã sẵn sàng để bắt đầu chưa? Bắt đầu thôi!
Máy ghi dữ liệu là gì?
Data logger (còn được gọi là datalogger hoặc data recorder) là một thiết bị điện tử nhỏ và tương đối rẻ tiền, dùng để theo dõi và ghi lại dữ liệu theo thời gian (như điện áp, nhiệt độ hoặc dòng điện) thông qua cảm biến bên trong hoặc bên ngoài. Thiết bị này thường dựa trên bộ xử lý kỹ thuật số.
Bộ ghi dữ liệu được chọn thay cho hệ thống thu thập dữ liệu khi ứng dụng không yêu cầu ghi tốc độ cao nhưng lại yêu cầu thời gian ghi kéo dài. Chúng rẻ hơn hệ thống DAQ.
Data logger là “ngựa thồ” của các thiết bị ghi chép. Chúng có thể ghi dữ liệu trong nhiều ngày, nhiều tuần hoặc thậm chí nhiều năm. Quá trình này thường được gọi là ghi dữ liệu.
Máy ghi dữ liệu – Data logger có thể được định nghĩa bằng cách xem xét các đặc điểm cơ bản sau:
- Tỷ lệ mẫu
- Kiểu đầu vào
- Số lượng kênh
- Lưu trữ dữ liệu
- Thời gian ghi âm
- Giao diện người dùng
- Giám sát cục bộ
- Hệ thống điện
- Trị giá
 |
 |
| Bộ ghi dữ liệu GL260 10 kênh cầm tay | Bộ ghi dữ liệu GL860 đa kênh (Tối đa 200 kênh) |
 |
 |
| Bộ ghi dữ liệu GL980 8 kênh tốc độ cao | Bộ ghi dữ liệu 4 kênh GL2000 tốc độ cao, điện áp cao |
Các loại máy ghi dữ liệu
Các loại máy ghi dữ liệu chính dựa trên loại tín hiệu mà chúng ghi lại:
- Thiết bị ghi dữ liệu nhiệt độ
- Bộ ghi dữ liệu điện áp
- Bộ ghi dữ liệu hiện tại
- Bộ ghi dữ liệu điện
- Bộ ghi dữ liệu điện
- Thiết bị ghi dữ liệu rung động
- Máy ghi dữ liệu sốc
- Bộ ghi dữ liệu đo ứng suất
- Bộ ghi dữ liệu tín hiệu hỗn hợp
- Máy ghi dữ liệu GPS
Tốc độ lấy mẫu của máy ghi dữ liệu
Data logger được tạo ra cho các tín hiệu chậm, tức là các điều kiện thay đổi chậm trong thời gian dài. Một số được tạo ra để theo dõi các trục trặc và đoản mạch, có thể không xảy ra trong nhiều ngày, nhiều tuần hoặc nhiều tháng. Bất kỳ đặc tính vật lý hoặc điện nào có thể chuyển đổi thành tín hiệu điện đều có thể được ghi lại bởi data logger, tất nhiên là trong phạm vi băng thông của nó.
Tốc độ mẫu của bộ ghi dữ liệu phổ biến là 1 S/s đến 100 S/s cho mỗi kênh. Tốc độ này khá chậm so với các hệ thống DAQ kỹ thuật số hiện đại . Tốc độ mẫu thấp là lý do khiến chúng có thể ghi trong thời gian dài như vậy.
Các đầu vào cảm biến được tích hợp vào bộ ghi dữ liệu, ngoại trừ một vài trường hợp, bị giới hạn ở điện áp, dòng điện 4-20 mA, nhiệt độ, độ ẩm và tín hiệu xung. Chúng thường sử dụng đầu nối kiểu đầu vít vì chúng được để nguyên tại chỗ trong nhiều tháng hoặc nhiều năm và do đó, các kết nối tín hiệu không thay đổi thường xuyên.
Đầu ra vòng lặp dòng điện 4-20 mA phổ biến trong nhiều loại cảm biến công nghiệp, bao gồm các cảm biến theo dõi mực nước, độ ẩm, nhiệt độ, áp suất, cảm biến trạm thời tiết, vị trí đóng/mở cửa và hàng trăm cảm biến khác.
Số lượng kênh
Data logger cung cấp từ một kênh đến 32 kênh đầu vào, mặc dù các mô hình bốn đến tám kênh là phổ biến nhất. Một số mô hình cung cấp nhiều hơn, lên đến 100 kênh hoặc hơn. Tương đối ít ứng dụng data logger yêu cầu số lượng kênh lớn, mặc dù chúng tồn tại. Nhiều data logger có thể được sử dụng để giải quyết các ứng dụng có số lượng kênh rất lớn.
Bộ ghi dữ liệu số lượng kênh thấp
Một ví dụ về bộ ghi dữ liệu số kênh thấp là GL240 của Graphtec Corporation. Nó có mười kênh đầu vào tương tự đa chức năng, trong đó mỗi kênh có thể được cấu hình cho điện áp, dòng điện hoặc nhiệt độ.
GL240 có màn hình tích hợp và giao diện người dùng đơn giản giống như điều khiển từ xa của TV. Nó có thể thu thập dữ liệu từ RAM bên trong hoặc bộ nhớ flash. Dữ liệu thu thập được có thể được chuyển đến máy chủ qua ethernet, USB hoặc giao diện WIFI tùy chọn. Nó có thể ghi tới 10 mẫu/giây khi cả mười kênh đang được ghi.
Bộ ghi dữ liệu số lượng kênh cao
Một ví dụ về bộ ghi dữ liệu số kênh cao là Dòng 2680 của Fluke Corporation. Mỗi khung có thể mở rộng từ 20 đến 120 kênh và nhiều hệ thống có thể được kết nối với nhau qua TCP/IP trên ethernet.
Máy ghi dữ liệu Fluke model 2680
Đây là một máy ghi dữ liệu cao cấp, có khả năng cách điện cực cao và nhiều khả năng khác vượt xa các máy ghi dữ liệu thông thường, do đó chi phí cũng cao hơn.
Giống như hầu hết các mẫu khác, đây là một máy ghi dữ liệu độc lập, nhưng cũng có thể kết nối với máy tính chủ để có thêm chức năng.
Lưu trữ dữ liệu
Các máy ghi dữ liệu thường lưu trữ dữ liệu đã ghi trong bộ nhớ không bay hơi bên trong của chúng, sau đó được tải xuống máy tính ngoài để phân tích. Bộ nhớ này thường được đo bằng kilobyte hoặc megabyte (một số máy ghi dữ liệu cho phép sử dụng phương tiện flash USB, nghĩa là có thể lưu trữ GB trong các hệ thống đó). Điều này là do tốc độ lấy mẫu thấp của máy ghi dữ liệu: ngay cả khi bạn đang ghi 100 kênh ở tốc độ 1 S/giây với độ phân giải 16 bit (yêu cầu 2 byte cho mỗi mẫu), thì đó chỉ là
Sau khi ghi, dữ liệu có thể được chuyển sang hệ thống bên ngoài để lưu trữ và phân tích lâu dài.
Do tốc độ lấy mẫu thấp nên thời gian ghi dữ liệu có thể tính bằng ngày hoặc tính bằng tuần hoặc tháng.
Một số máy ghi dữ liệu cung cấp giao diện có dây như USB hoặc Ethernet để truyền dữ liệu ra hệ thống bên ngoài để giám sát. Ngày càng có nhiều máy cung cấp truyền dữ liệu WIFI
Giao diện người dùng
Máy ghi dữ liệu thường không cung cấp giao diện nào cả hoặc chỉ có màn hình hiển thị số cơ bản. Một số mẫu, như GL240 được hiển thị ở trên, cung cấp màn hình hiển thị tương đối phức tạp kết hợp dạng sóng và số.
Bởi vì họ phải ngồi đó để ghi âm trong nhiều tuần hoặc nhiều tháng liền, nên sẽ không có ai đứng đó để xem chúng như khi họ thực hiện một bài kiểm tra tốc độ cao ngắn bằng hệ thống DAQ hiện đại.
Một số thiết bị ghi dữ liệu được trang bị giao diện web hoặc HTTP, do đó, việc kết nối với chúng qua Ethernet và gọi địa chỉ IP của chúng trong trình duyệt web sẽ cho phép người dùng theo dõi các giá trị của chúng theo thời gian thực.
Data Logger model GL860 của Graphtec. Thiết bị trang bị màn hình LCD màu lớn với giao diện người dùng đơn giản – khoa học – tối ưu
Hầu hết các trình ghi dữ liệu đều cung cấp trình điều khiển cho các môi trường lập trình như DASYLab® và LabVIEW® – bộ phần mềm lập trình do National Instruments cung cấp, để nêu tên một. Sử dụng các công cụ này, các kỹ sư có thể tạo giao diện phần mềm của riêng họ cho phần cứng trình ghi dữ liệu. Một số công ty DAQ cung cấp trình điều khiển tương tự cho các công cụ lập trình này, mặc dù họ có nhiều khả năng bao gồm các ứng dụng phần mềm chìa khóa trao tay của riêng họ.
Giám sát thời gian thực
Máy ghi dữ liệu có màn hình hiển thị số LCD
Một số máy ghi dữ liệu cung cấp khả năng giám sát thời gian thực dưới dạng màn hình LCD tích hợp hiển thị các giá trị số được đo theo thời gian thực. Một số khác có thể cung cấp giao diện có dây hoặc WIFI để máy tính khác có thể truy cập dữ liệu theo thời gian thực. Nếu máy ghi dữ liệu không cung cấp chức năng này, thường phải đợi cho đến khi quá trình kiểm tra dừng lại trước khi có thể truy cập dữ liệu qua máy tính bên ngoài.
Sau khi thử nghiệm, dữ liệu thường được chuyển sang máy tính bên ngoài để phân tích. Một số máy ghi dữ liệu cho phép giám sát thời gian thực qua kết nối có dây hoặc không dây.
Hệ thống điện
Máy ghi dữ liệu nhỏ thông thường là thiết bị điện tử chạy bằng pin , công suất thấp . Do tiêu thụ ít điện năng nên nhiều máy có thể hoạt động trong nhiều giờ mà không cần nguồn điện bên ngoài. Tuy nhiên, những máy phải ghi trong thời gian dài thì cần nguồn điện bên ngoài. Nguồn điện của máy ghi dữ liệu nhỏ thường có đầu vào nguồn DC, trong khi các mẫu máy để bàn lớn hơn có đầu vào nguồn AC.
Giá cả và chi phí của máy ghi dữ liệu
Một máy ghi dữ liệu giá rẻ có thể có giá chỉ 100 đô la Mỹ. Máy ghi dữ liệu giá trung bình có giá dao động từ 500 đến 3000 đô la Mỹ.
Bộ ghi dữ liệu dành riêng cho bus
Các máy ghi dữ liệu thường tránh các giao thức đo lường tiêu chuẩn công nghiệp như MODBUS và CAN BUS. Tuy nhiên, điều này đã thay đổi và việc áp dụng các giao diện này đang dần tăng lên.
Modbus là một giao thức truyền thông miễn phí bản quyền ban đầu được Schneider Electric phát minh. Nó được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu ( SCADA ) và với các bộ điều khiển logic lập trình ( PLC ) trong các ứng dụng công nghiệp. Lớp vật lý của nó là RS485, dễ triển khai và bảo trì. Giao thức này hiện được quản lý bởi Tổ chức Modbus.
Controller Area Network – hay còn gọi là CAN bus ban đầu được phát triển như một giao thức nhắn tin để cho phép các bộ vi điều khiển (như ECU) trong ô tô giao tiếp với nhau mà không cần máy tính tập trung. Ban đầu, nó được phát triển bởi Robert Bosch GmbH, một nhà cung cấp hệ thống ô tô của Đức.
Nhưng ngày nay, do được ISO chuẩn hóa và chấp nhận rộng rãi trong ngành công nghiệp lớn trên toàn thế giới này, nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm hàng không vũ trụ, tự động hóa nói chung, robot và thậm chí trong ngành y tế để điều khiển chân tay giả.
GLT400 của Graphtec (Tối đa 200 kênh) là thiết bị đặc thù cho giao tiếp Modbus và TCP
Hệ thống DAQ ngày càng có khả năng giao tiếp với CAN, vừa đọc dữ liệu từ các cảm biến trên bus, vừa ghi dữ liệu trở lại CAN. Thiết bị ghi nhỏ này có thể ghi lại dữ liệu bus CAN trong thời gian dài. Giám sát bus CAN có thể được thực hiện cho mục đích pháp lý, chẩn đoán xe, nghiên cứu hoặc bảo trì.
Việc sử dụng các bus chuẩn này là một bước tiến tích cực trong các ứng dụng đã áp dụng các giao thức này, vì nó cho phép tích hợp bộ ghi dữ liệu khá dễ dàng.
Máy ghi dữ liệu GPS và GNSS
Với sự phát triển của hệ thống định vị vệ tinh GNSS, các thiết bị ghi dữ liệu cũng đã có khả năng ghi lại dữ liệu định vị như kinh độ, vĩ độ và độ cao.
Các máy ghi dữ liệu này chỉ cần nhúng một máy thu tương thích với GNSS và có thể ghi lại vị trí của vật thể trên Trái đất một cách rất chính xác. Ngoài các máy ghi dữ liệu GNSS/GPS tiêu chuẩn, chúng tôi còn có Hệ thống dẫn đường quán tính (INS) và Đơn vị đo lường quán tính (IMU) cũng có thể ghi lại các thông số bổ sung như hướng, vị trí, vận tốc và gia tốc.
Ứng dụng ghi dữ liệu phổ biến
- Giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong môi trường sản xuất, cơ sở lưu trữ, bệnh viện và các cơ sở công cộng khác
- Theo dõi nhiệt độ thực phẩm ở mọi giai đoạn chế biến và vận chuyển
- Giám sát điều kiện HVAC trong các cơ sở công nghiệp và thương mại
- Giám sát các quy trình sản xuất của tất cả các loại
- Theo dõi điều kiện phát triển trong nhà kính và trên trang trại
- Giám sát các điều kiện môi trường cho dược phẩm trong quá trình sản xuất và lưu trữ
- Giám sát hoạt động địa chấn tại các khu vực có hoạt động địa chấn mạnh.
Nơi nào cần có bộ ghi dữ liệu
Đôi khi, các máy ghi dữ liệu được yêu cầu theo quy định của ngành và/hoặc chính phủ. Ví dụ:
- Chỉ thị EC 92/1, cũng như các quy định của FDA tại Hoa Kỳ, quy định rằng trong suốt quá trình chế biến, lưu trữ và vận chuyển, thực phẩm phải được theo dõi để đảm bảo nhiệt độ được duy trì ở mức yêu cầu. Đây là ứng dụng lý tưởng cho các máy ghi dữ liệu có thể ghi lại nhiệt độ theo các khoảng thời gian đều đặn trong một khoảng thời gian rất dài.
- Vắc-xin và các loại thuốc khác phải được bảo quản ở nhiệt độ nghiêm ngặt trong quá trình sản xuất, đóng gói, lưu trữ và vận chuyển.
- Hệ thống HVAC trong bệnh viện và những nơi công cộng khác phải được giám sát liên tục để đảm bảo an toàn và thoải mái cho người sử dụng. Bao gồm không chỉ nhiệt độ và độ ẩm mà còn cả phát hiện mức CO2 (carbon dioxide), thông gió, v.v.
- EU, Hoa Kỳ và các quốc gia khác có nhiều yêu cầu khác nhau liên quan đến hiệu quả năng lượng và mức tiêu thụ. Giám sát liên tục là cách duy nhất để đảm bảo và chứng minh sự tuân thủ.
Bản tóm tắt
Nếu bạn đang thực hiện các phép đo dài hạn về điện áp, dòng điện, nhiệt độ và các cảm biến liên quan kéo dài trong nhiều ngày, nhiều tuần và nhiều tháng, thì máy ghi dữ liệu là công cụ đo lý tưởng. Chúng thường có giá thành thấp và dễ dàng mua được từ nhiều nhà sản xuất có năng lực.
