data logger | Ralph DTE

Rubrica: Strumenti per il Lab

Titolo o argomento: Strumenti per registrare dati fisici
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I data logger di tipo stand-alone possono funzionare tranquillamente in maniera autonoma, alimentati dalle proprie batterie e collegati ai propri sensori. Essi permetteranno di scaricare i dati sul computer (ora anche su smartphone e tablet) in un secondo momento mediante un normale cavo USB o con trasmissione bluetooth o, ancora, tramite una rete wifi.

I data logger che funzionano invece interfacciandosi con il pc offrono, via via che cresce la loro complessità, maggiori possibilità di personalizzazione a partire dall’intervallo di tempo che intercorre tra la registrazione di un dato e l’altro (frequenza di campionamento), passando per il bit-rate, fino al numero di canali di registrazione ed all’impostazione del momento di avvio e termine del rilievo. Gli utenti più esperti possono inoltre programmarne di specifici per leggere numerose tipologie di sensori, in tal caso è richiesta la conoscenza delle grandezze fisiche variabili e la matematica che le lega al relativo segnale elettrico generato. L’esempio più semplice è quello del termistore la cui resistenza si riduce, seguendo una precisa equazione di terzo grado, con l’aumentare della temperatura; in tal caso la diminuzione della resistenza elettrica offrirà in uscita un incremento di temperatura espresso in gradi Kelvin o Celsius (quest’ultima scala si ottiene semplicemente inserendo nell’espressione matematica, elaborata dal processore del datalogger, un’ultima sottrazione: -273,15).

Data logger più moderni offrono la possibilità di controllo remoto dei dati tramite smartphone, tablet o mediante un pc remoto collegato alla rete; laddove necessario possono essere impostati valori di allarme che avvisano l’utente, ovunque esso si trovi, che sono state raggiunte precise soglie.

Diverse aziende che commercializzano data logger di tipo “consumer” (ossia dai costi contenuti e dedicati ad un utenza generica) pasticciano i loro prodotti fornendo separatamente il relativo software per la visualizzazione dei dati (liste, tabelle e grafici) e per l’esportazione dei file (generalmente txt, csv, xml…). A questo sovente si associano anche procedure di download astruse e troppo laboriose per poter essere digerite da normali utenti. Inoltre, talvolta, il software è disponibile addirittura con un costo aggiuntivo nonostante il tipo di applicativo che legge e organizza i dati sia tra i più banali esistenti.

Per simili ragioni coloro che hanno almeno dei rudimenti di fisica, matematica e meccatronica tendono ad assemblare autonomamente dei data logger dedicati ideali per le proprie esigenze. Si tratta di utilizzare schede di elaborazione dati (microcontrollori, schede embedded, schede di elaborazione input/output analogico/digitale) che possano leggere input provenienti dai sensori scelti (già inseriti in un circuito o da inserire in appositi circuiti realizzati ad hoc) e dialogare con un normale notebook al fine di immagazzinare liste di dati e trasformarli poi in tabelle e grafici. A fronte di una maggior fatica iniziale, necessaria per l’apprendimento di numerosi concetti, la libertà che ne segue poi, nonché l’enorme rapidità di realizzazione di ogni strumento necessario, non hanno prezzo. Vedremo alcuni curiosi esempi negli articoli più specifici, che seguiranno, dedicati alle sessioni di data logging.

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Che cos’è un Data Logger?
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Tipologie di Data Logger
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Nell’immagine una sessione di data logging da stazione fissa
mediante multimetro con data logger integrato e relativo software
per l’acquisizione e la gestione dei dati su computer.
Sul multimetro è possibile vedere il valore istantaneo rilevato,
mentre sul pc si osserva l’ultimo dato trasmesso e acquisito.

Rubrica: Strumenti per il Lab

Titolo o argomento: Strumenti per registrare dati fisici

Un data logger è uno strumento elettronico che registra misurazioni ad un preciso intervallo di tempo l’una dall’altra e con uno specifico bit rate (velocità di trasmissione). Nei casi più professionali questi valori sono impostabili dall’utente a seconda della complessità del test e della quantità di dati richiesta. Quest’ultima può essere tanto maggiore quanto più alta è la necessità di affinare la precisione di un grafico, ad esempio una curva di scarica di un pacco batterie installato su un prototipo elettrico da testare.

E’ possibile registrare dati di varia natura (grandezze scalari e vettoriali) e nei più disparati campi applicativi utilizzando diverse tipologie di registratori di dati, mirati per un singolo compito, oppure utilizzando registratori di dati in grado di acquisire più valori di uno stesso ambito (dati meteorologici: pressione, temperatura, umidità, irradianza, ecc.; dati elettrici: tensione, corrente, potenza, coppia, numero di giri, resistenza, temperatura, massimi e minimi, sbilanciamenti, ecc.; dati fisici: accelerazione, velocità, spostamenti, carichi, momenti, torsioni, ecc.) o, ancora, costruendo e programmando un data logger ad hoc per soddisfare mirate necessità di ricerca.

Nell’esempio mostrato in foto ci siamo serviti di una scheda di elaborazione input/output analogico/digitale che abbiamo collegato, nel caso specifico, ad un circuito dotato di termistore da noi realizzato e che abbiamo programmato tramite Linguaggio G. I rilievi effettuati restituivano in uscita il valore istantaneo della resistenza elettrica, il grafico dei valori rilevati nell’intervallo di tempo definito ed una tabella esportabile su qualunque foglio elettronico. Inoltre, inserendo la relativa matematica, è possibile trasformare il valore della resistenza in temperatura espressa in gradi Celsius o Kelvin. Il termistore, infatti, è un componente elettronico sensibile alla temperatura la cui resistenza elettrica varia con la temperatura stessa (come vedremo presto negli specifici articoli delle pagine Instruments e Equipments).

Esempi di dati da raccogliere in un dominio temporale definito sono, più genericamente: temperatura dell’aria, umidità relativa, corrente e tensione continua o alternata, differenze di pressione, tempi di utilizzo (luci, motori, dispositivi per i quali è opportuno tenere sotto controllo la vita utile), intensità della luce, temperatura di un liquido, livello di un liquido, ossigeno dissolto, umidità del terreno, piovosità, velocità del vento, direzione del vento, bagnatura fogliare, segnali di impulso, occupazione delle camere, il carico di una presa di corrente, parametri di un impianto di produzione e accumulo dell’energia, parametri di un powertrain, prestazioni del corpo umano durante un’attività atletica, temperatura all’interno di sistemi frigoriferi atti al trasporto alimenti o campioni biologici (per il rispetto del protocollo H.A.C.C.P.) e molto altro…

I data logger generalmente sono dispositivi compatti alimentati a batteria dotati di un microprocessore, una memoria e uno o più ingressi ai quali sono connessi sensori dedicati. Possono essere impiegati nelle condizioni più severe (anche sott’acqua ove richiesto) e registrare dati per pochi secondi così come per mesi.

Dispositivi monocanale hanno costi di acquisto molto bassi e svolgono un’unica funzione senza possibilità di personalizzare il rilievo, al contrario i dispositivi multicanale possono collezionare una moltitudine di dati in base al numero di sensori di cui sono corredati. Nel mezzo esiste una grande gamma di prodotti che tuttavia, al momento in cui si scrive, non adottano ancora un medesimo standard nel formato di registrazione dei dati, né nel software impiegato e nella relativa fruibilità di funzioni. Ciò implica la necessità di procurarsi più dispositivi per assolvere, come nel nostro caso, compiti molto diversi tra loro come ad esempio l’acquisizione anche di un solo valore che però possa cambiare da prova a prova, l’acquisizione di valori da stazione fissa oppure onboard mentre ci si trova in movimento anche su terreni sconnessi nei quali è fondamentale che l’unità di registrazione sia compatta, leggera e affidabile per continuare a registrare regolarmente anche sotto stress, nonché impermeabile per far fronte anche ad imprevisti e condizioni variabili.

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