Sistem Akuisisi Data (DAQ)

PENGERTIAN

Disebut juga Data Acquisition (DAQ). Didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, hingga memprosesnya untuk menghasilkan data yang dikehendaki. Nikolay Kirianaki mendefinisikan bahwa akuisisi data adalah pengukuran sinyal elektrik dari transduser dan peralatan pengukuran kemudian memasukkannya ke komputer untuk diproses. [Nikolay Kirianaki et all, 2002]. Ada juga yang mendefinisikan akuisi data adalah semua besaran fisik yang akan diukur, diamati, disimpan, dan dikontrol dapat berupa suhu, tekanan, cahaya, suara, dll.

SOFTWARE SISTEM AKUISI DATA

Akuisisi Data dikendalikan oleh program software yang dikembangkan dengan menggunakan bahasa pemrograman berbagai tujuan umum seperti BASIC, C, Fortran, Java, Lisp, Pascal. COMEDI merupakan open source API (aplikasi Program Interface) yang digunakan oleh aplikasi untuk mengakses dan mengontrol perangkat keras akuisisi data. Menggunakan COMEDI memungkinkan program yang sama untuk berjalan pada sistem operasi yang berbeda, seperti Linux dan Windows. Perangkat lunak khusus yang digunakan untuk membangun sistem data akuisisi skala besar termasuk epik. lingkungan pemrograman grafik termasuk logika tangga, Visual C + +, Visual Basic, MATLAB dan LabVIEW.

ELEMEN SISTEM AKUISI DATA

Di real world besaran fisik itu berbentuk analog. Sedangkan sistem akuisisi data berbasis mikroprosesor dan komputer merupakan sistem digital, hanya dapat mengolah sinyal-sinyal listrik digital. Jadi besaran fisik analog harus dikonversi lebih dulu menjadi besaran listrik digital yang setara.

Sebuah sistem akuisisi data terdiri dari elemen-elemen utama: 

Elemen Masukan

Terdiri dari bermacam-macam transduser, pengkondisi sinyal, dan multiplekser.

Elemen Sampling

Terdiri dari filter low-pass, rangkaian S/H, A/D converter.

Elemen Kontrol

Merupakan unit pengolahan sentral (Central Processing Unit/CPU).

Elemen Keluaran

Terdiri dari D/A Converter, filter low-pass dan (sin x)/x correction, I/O, Modem, Storage device, Display device, dan Printout device.

ELEMEN DASAR DAQ BERBASIS KOMPUTER (PC) 

1. FENOMENA FISIK

Fenomena Fisik yang diukur bisa seperti suhu, tegangan, posisi, laju atau kecepatan, gaya, tekanan, radioaktivitas, intenstitas cahaya, resistansi, kelembaban, konsentrasi gas, medan magnet, frekuensi, level suara dan lain sebagainya dan ditangkap oleh transduser.

2. TRANSDUSER

Transduser atau sensor berfungsi mendeteksi fenomena fisik (baik suhu, tekanan dan lainnya) kemudian mengubahnya menjadi sinyal-sinyal listrik. Misalnya termokopel, RTD (Resistive Temperature Detectors), thermistor, flow-meter, photo-coupler dan lain-lain. Pada masing-masing kasus, adakalanya sinyal listrik yang dihasilkan sebanding dengan parameter fisik yang dialami/diamati.

3. PENGKONDISI SINYAL

Melakukan penguatan (amplification)

Untuk meningkatkan resolusi pengukuran sehingga diperoleh hasil pengukuran lebih teliti. Sebaiknya penguat ditempatkan sedekat mungkin dengan transduser untuk menekan gangguan atau interferensi yang timbul pada kabel penghubung antara transduser dengan komputer.

Melakukan linearisasi

Melakukan isolasi sinyal dari transduser terhadap komputer untuk keamanan, seperti pada pengamatan tegangan tinggi atau medan elektromagnetik tingkat tinggi yang dapat merusak komputer atau bahkan melukai operatornya. 

Melakukan penapisan sinyal yang diamati. 

Misalnya sebuah pengkondisi sinyal dilengkapi dengan Tapis-Lolos-Bawah digunakan untuk meloloskan sinyal-sinyal frekuensi rendah dan menahan (meredam) sinyal-sinyal frekuensi tinggi sehingga keluarannya benar-benar bersih dari interferensi sinyal yang tidak dikehendaki.

4. HARDWARE DAQ

Masukan Analog

Spesifikasi dari perangkat keras sistem akuisisi data meliputi jumlah kanal, laju pencuplikan, resolusi, jangkauan, ketepatan (akurasi), derau dan ketidak-linieran, yang semuanya berpengaruh pada kualitas sinyal yang terdigitasi. 

Sesuai jumlah kanal masukan analog ada dua sistem yaitu sistem kanal-tunggal dan sistem kanal-banyak. Sistem kanal tunggal merupakan yang paling sederhana karena hanya melibatkan satu masukan analog. Sedangkan pada sistem kanal banyak jumlah masukan bisa terdiri dari dua atau lebih sehingga dibutuhkan multiplexer yang diletakkan tepat sebelum ADC pada papan akuisisi data.

Rangkaian Keluaran Analog 

Rangkaian keluaran analog dibutuhkan untuk menstimulus suatu proses atau unit yang diuji pada sistem akuisisi data. Spesifikasi DAC yang menentukan kualitas sinyal keluaran adalah Settling Time, Slew Rate dan Resolusi. Settling Time dan Slew Rate bersama-sama menentukan seberapa cepat DAC dapat mengubah aras sinyal keluaran.

Settling Time adalah waktu yang dibutuhkan oleh keluaran agar stabil dalam durasi tertentu. 

Slew Rate adalah laju perubahan maksimum agar DAC bisa menghasilkan keluaran. 

Settling Time yang kecil dan Slew Rate yang besar dapat menghasilkan sinyal-sinyal dengan frekuensi tinggi karena hanya dibutuhkan waktu sebentar untuk mengubah keluaran ke aras tegangan baru secara akurat. Hal tersebut sangat diperlukan pada penerapan DAC pada pembangkit sinyal-sinyal audio. Sebaliknya, pada aplikasi sumber tegangan yang digunakan untuk mengontrol pemanas (heater) tidak dibutuhkan konversi D/A yang cepat karena pemanas tidak mampu merespon secara cepat perubahan tegangan.

Resolusi keluaran mirip dengan resolusi masukan. Yaitu jumlah bit kode digital yang (nantinya) akan menghasilkan keluaran analog. Semakin banyak jumlah bit resolusinya maka semakin kecil perubahan tegangan yang mampu dideteksi, sehingga dimungkinkan untuk menghasilkan perubahan siyal yang halus. Aplikasi yang membutuhkan jangkauan dinamis yang lebar dengan perubahan kenaikan tegangan yang kecil pada keluaran sinyal analog membutuhkan keluaran tegangan dengan resolusi tinggi.

Pemicuan  

Pada banyak aplikasi akuisisi data dibutuhkan pemicuan eksternal yang digunakan untuk memulai dan menghentikan operasi akuisisi data. Pemicuan digital mensinkronkan antara akuisisi dan pembangkit tegangan ke suatu pulsa digital eksternal. Pada pemicu analog, yang banyak digunakan pada operasi masukan analog, akan memulai atau menghentikan operasi akuisisi data saat suatu sinyal masukan mencapai suatu aras dan slope suatu tegangan analog.

Digital I/O 

Antarmuka digital I/O sering digunakan pada sistem akuisisi data PC untuk mengontrol proses-proses, membangkitkan pola-pola pengujian dan untuk berkomunikasi dengan perangkat lain. Pada tiap-tiap kasus, parameter-parameter yang penting mencakup jumlah jalur digital yang tersedia, laju pemasukan dan pengeluaran data digital pada jalur-jalur tersebut dan kemampuan penggeraknya. Jika suatu jalur digital digunakan untuk mengontrol suatu kejadian seperti menghidupkan dan mematikan pemanas, motor atau lampu, maka tidak dibutuhkan laju data yang tinggi karena peralatan-peralatan tersebut tidak dapat merespon dangan cepat.

Suatu aplikasi umum lainnya adalah memindahkan data antara satu komputer dengan peralatan lain seperti data logger, pemroses data dan printer. Karena alat-alat ini biasanya mentransfer data dalam satuan byte atau 8 bit maka masing-masing jalur digital pada papan digital I/O dibentuk dalam kelompok 8. Selain itu beberapa papan memiliki rangkaian hand-shaking untuk tujuan sinkronisasi komunikasi. Jumlah kanal data dan kebutuhan hand-shaking harus sesuai (disesuaikan) dengan aplikasi yang dibutuhkan.

Pewaktuan I/O 

Rangkaian pencacah/timer berguna untuk berbagai macam aplikasi, termasuk menghitung jumlah kejadian-kejadian (event), mengukur pewaktu pulsa digital serta membangkitkan gelombang kotak. Semua hal tersebut dapat diimplementasikan menggunakan 3 sinyal pencacah/timer yaitu gerbang, sumber dan keluaran. Gerbang adalah suatu masukan digital yang digunakan untuk mengaktifkan dan mematikan fungsi pencacah. Sumber adalah masukan digital yang menyediakan pulsa-pulsa untuk menaikkan isi pencacah. Keluaran dari pencacah dapat berupa gelombang kotak atau pulsa-pulsa digital. Spesifikasi yang terkait dalam operasi pencacah/timer adalah resolusi dan frekuensi detak. Resolusi adalah jumlah bit pada pencacah. 

DOWNLOAD MATERI FULL