مقدمه
داده برداری یا جمع آوری داده (Data Acquisition) مفهومی است که در اغلب محیط‌های صنعتی، پژوهشی و علمی بکار می‌رود. در این محیط‌ها اندازه‌گیری عوامل مختلف محیطی مانند فشار، دما، ولتا، جریان، شدت نور و غیره از ضروریات است. از آنجایی که در برخی از تحقیقات حجم زیادی داده در زمانی کم جمع‌آوری می‌شود (سرعت داده برداری بالاست)، باید از سخت‌افزار‌هایی استفاده شود که متناسب با سرعت جمع‌آوری داده، توانایی انتقال داده‌ها به محل پردازش و ذخیره‌سازی (کامپیوتر) را نیز داشته باشند. در کنار قابلیت گفته شده، قیمت ارزان چنین سخت‌افزاری اهمیت زیادی دارد.
با اختراع پورتهای USB و Ethernet، برای تولیدکنندگان کارت‌های داده‌برداری این فرصت فراهم شد تا به طور همزمان، هم امکان انتقال حجم زیادی داده با سرعت بالا به کامپیوتر را داشته باشند، هم هزینه تمام شده تولید کارت‌های داده‌برداری نه تنها افزایش نداشته باشد بلکه کاهش یابد. درنتیجه دسته جدیدی در انواع دسته‌بندی کارت‌های داده‌برداری باعنوان کارت‌های داده برداری ارزان قیمت (Low-Cost DAQ) بوجود آمد. این دسته از کارت‌های داده برداری علاوه بر حفظ کیفیت و عملکرد کارت‌های قبلی قیمت تمام شده به مراتب کمتری دارند.
دلیل استفاده از کارت‌های داده برداری ارزان قیمت
کارت‌های داده برداری به عنوان واسطی بین سنسور‌ها و کامپیوتر عمل می‌کنند. امروزه بیشتر تولیدکنندگان کارت‌های داده‌برداری از پورتهای USB به عنوان رابط کاربری ارزان قیمت استفاده می‌کنند.
دلایل متفاوتی برای این گسترش روزافزون کارت‌های داده برداری USB وجود دارد. مثلا در صنعت ترکیب سادگی استفاده از پورتهای USB و کارآیی بالا، ترکیبی بسیار قدرتمند است که نمی‌توان به راحتی از آن چشم‌پوشی کرد. نفوذ و گستردگی پورت USB در سایر تجهیزات کامپیوتری مانند موس، پرینتر، کیبورد و غیره باعث شده تمام کامپیوتر‌ها به پورت USB مجهز باشند. درنتیجه انعطاف پذیری کارت‌های داده‌برداری مجهز به پورت USB بسیار بالا است. بعبارت دیگر به راحتی می‌توان یک USB DAQ را در یک آزمایشگاه به یک کامپیوتر متصل کرد و داده برداری نمود، سپس کارت را به آزمایشگاه دیگری برده و با اتصال به یک کامپیوتر متفاوت داده‌برداری کرد.
این ویژگی به محققین و صنعت‌کاران این امکان را می‌دهد تا حتی در محل‌هایی که امکان بکارگیری کامپیوترهای Desktop نیست، با استفاده از لپ‌تاپ یا Mini Pc به جمع‌آوری داده بپردازند.
خصوصیات دستگاه‌های داده‌برداری USB Powered
در بین دستگاه‌های داده‌برداری ارزان قیمت، کارت‌های USB به دلیل انعطاف‌پذیری بالا و قیمت مناسب مفیدترین نوع برای استفاده هستند. بنابراین شرکت‌های سازنده کارت‌های داده‌برداری، با ارائه طیف متنوعی از دستگاه‌ها با اتصال USB، برای هر کاربرد و در عین حال هر بودجه، تلاش می‌کنند تا در این حوزه همچنان رقابتی باقی بمانند. این کارت‌ها می‌توانند از ماژولهای تک کاره بسیار ارزان تا ابزارهای چند منظوره با دقت و کارایی بالایی متغیر باشند. دلیل این امر آنست که تمام اجزای DAQ را می‌توان در یک ماژول USB گنجانید. اجزایی مانند: ورودی/خروجی آنالوگ و دیجیتال ، توابع شمارنده / تایمر.
اکثر کارت‌های داده برداری USB برای اندازه‌گیری به تجهیزات جانبی اضافی و گاها سنگین یا نرم‌افزار‌های مخصوص نیاز ندارند. همچنین بسیار از این کارت‌ها برق مورد نیاز خود را از همان پورت USB تامین می‌کنند. درنتیجه می‌توان براحتی از آنها برای تحقیقات در حرکت استفاده نمود. این کارت‌ها همچنین دارای ظرفیت قوی و بالایی هستند. بطوریکه بعضی از آنها تا 48 کانال ورودی آنالوگ در هر ماژول دارند. یا دارای نرخ داده‌برداری تا 10 مگابایت بر ثانیه در هر کانال و رزولوشن 24 بیت هستند. از دیگر مزایای قابل ذکر، قابلیت پخش مداوم داده‌ها به صورت Real-Time به رایانه شخصی هستند.
حتی برخی از شرکتها به شما امکان میدهند ماژول های مستقل یا چندگانه را برای رفع نیازهای خود ترکیب کنید. ماننده آنچه در سری CompactRIO یا PXI نشنال اینسترومنتز (National Instruments) مشاهده می‌کنیم.
تولیدکنندگان مختلف سری USB کارت‌های داده‌برداری خود را براساس پارامترهای متفاوتی دسته‌بندی می‌کنند. با این حال، از عوامل اصلی طبقه‌بندی DAQهای USB، کیفیت زیر سیستمهای آنها است. مانند تعداد کانال های ورودی/خروجی آنالوگ یا تعداد خطوط دیجیتال دو طرفه و غیره. سپس در هر یک، آنها معمولاً با توجه به رزولوشن، امپدانس و حداکثر سرعت نمونه برداری از یکدیگر متفاوت می‌شوند.
مزایای کارت‌های داده‌برداری USB
1- سادگی (Simplicity): پورت USB تنها به 4 سیم نیاز دارد. در حالی که پورتهای دیگر مانند پورت موازی گاهی تا 20 سیم نیاز دارند.
2- مجاورت (Proximity): پورت USB انعطاف پذیری در مجاورت ماژول را افزایش می‌دهد. زیرا میتواند تا 5 میلی‌متر به کامپیوتری که به آن متصل است نزدیک باشد.
3- قابلیت حمل و مونتاژ آسان (Portability with easy assembly): این قابلیت مهم به محققین امکان خروج از آزمایشگاه و انجام تحقیقات میدانی را می‌دهد.
4- سرعت انتقال اطلاعات بالا (High-speed data transfer): تقریباً همه ماژولهای USB دارای نرخ انتقال داده پرسرعت هستند. پورتهای مدل USB 2.0 می‌توانند به سرعت انتقال داده 480 مگابیت در ثانیه برسند. همچنین می‌توانند از نرخ دستیابی به داده تا 400 کیلوهرتز برای کاربرهای Data Streaming پشتیبانی کنند.
5- مصونیت بالا در برابر نویز (Good noise immunity): مصونیت در برابر اثر پذیری از نویز که پورتهای USB دارند یک مزیت بزرگ برای استفاده در اندازه‌گیری‌های حساس به نویز است. با توجه به قابلیت حمل‌پذیری، این کارت‌ها می‌توانند معمولا به سنسور‌ها نزدیک بوده و از مادربورد یا منبع تغذیه (Power supply) که منابع اصلی تولید نویز هستند دور شوند.
