數據記錄器

數據記錄器Cube，存儲技術和傳感器數據

數據記錄器（英語：data logger、datalogger或data recorder）是一種電子設備，它可以使用內置的儀器或通過外置的儀器或傳感器記錄隨時間變化的數據或相對位置。目前已有越來越多（但非全部）的傳感器基於數字處理器或者計算機。這些記錄器通常有小型、電池供電、便攜式等特徵，並配備有微處理器、傳感器以及用於數據存儲的內部存儲器。部分數據記錄器具有連接個人計算機的接口，使用特定軟件可以激活記錄器和查看與分析收集到的數據，還有一些記錄器具有本地接口（如鍵盤、LCD屏幕），可以作為獨立設備使用。

數據記錄器有着許多種類型，從通用目的的範圍內環境數據測量，到為特定設備、環境或應用準備的專用儀器。為通用目的準備的設備通常可編程，但為許多特定設備製造的儀器則僅有少量或者完全沒有可變更參數。電子數據記錄器已在許多方面替代了圖表記錄器。

使用數據記錄器的主要好處之一是24小時無人值守的收集數據。在激活狀態下，數據記錄器通常被部署並無人值守，測量和記錄信息監視周期內的持續信息。這使得可以對被監測的環境條件（例如空氣濕度和相對濕度）繪製全面、完整的圖像。

數據記錄器的成本已隨着技術的改進和成本降低在逐年下降。簡單的單通道數據記錄器成本僅需25美元。更複雜的記錄器可能需數百或數千美元的成本。

集成傳感器的小型數據記錄器，可測量溫度、壓力、濕度、光線以及3軸加速度

數據格式

協議及數據格式的標準化已成為該行業的一個問題，不過現今的發展趨勢是逐漸將XML、JSON和YAML用於數據交換。語義網和物聯網的開發很可能加速這種趨勢。

儀器的協議

已有幾種協議被標準化，例如智能協議SDI-12，這使得一些儀器可以與各種數據記錄器連接。該標準的使用在環境行業以外並未獲得很多認可。SDI-12也支持多個點狀設備。一些數據記錄公司也正在支持MODBUS標準。這已經在傳統上用於工業控制區域，並且有許多支持該通信標準的工業儀器。另一種現今開始變得更廣泛的多點協議是基於Canbus（ISO 11898）。一些數據記錄器使用靈活的腳本環境來適應各種非標準協議。

數據採集與數據記錄

術語「數據記錄」與「數據採集」經常被交替使用。但在歷史背景下，它們有相當的不同。數據記錄器是一個數據採集系統，但數據採集系統不一定是一個數據記錄器。

• 數據記錄器的採樣率通常比較慢。最大1Hz的採樣率對於數據記錄器來說已經相當快，但對於一個典型的數據採集系統來說非常慢。
• 數據記錄器一般是一個獨立設備，而典型的數據採集系統必須保持與計算機的連接以收集數據。獨立的數據記錄器意味着它需要將所獲取的數據存儲在板載存儲器上，因此有時內存需求會相當大，以滿足數天甚至數月的無人值守並記錄。這種內存可能是用電池維持的靜態隨機存取存儲器、閃存或EEPROM。更早期的數據記錄器使用磁帶、穿孔紙帶，或者更直觀可見的記錄，例如「條帶圖表記錄器」。
• 考慮到不斷增長的數據記錄器記錄時長，許多設備已採用附加時間戳的記錄方式以記錄數據發生的日期和時間，使每個數據記錄與獲取時間相關聯，以便生成事件序列。因為數據記錄器通常採用內置的實時時鐘，所以在對比多個數據記錄器的數據時，時間飄移所產生的誤差也是一個重要因素。
• 數據記錄器的範圍有簡單的單通道輸入，也有複雜的多通道儀器。通常來說，設備越簡單，編程靈活性越低。部分複雜的儀器允許基於條件的跨信道計算和告警。一些最新款的數據記錄器還提供有網頁接口，允許用戶進行遠程監控。
• 許多數據記錄器應用環境的無人照管和遠程性質意味着需要從一個直流電（DC）電源供電，包括使用電池。太陽能也可用於補充這些電源。這種約束通常使他們在銷售時要確保設備要有比計算機的多的效能控制。在許多情況下，設備需要在惡劣的環境條件下運行，計算機則很可能不能在那裡可靠地工作。

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  便攜式數據記錄器可以達到最多20個通道，最大10ms（100Hz）採樣率。

  這種無人值守的性質還要求數據記錄器必須極其可靠，因為它們可能在很少或沒有人監測的情況下長時間、不間斷的運行，並且可能被安裝在嚴酷或偏遠的位置。在保證供電的情況下，設備不應因任何原因導致數據記錄失敗。製造商會花費大量的時間來確保應用環境可以信賴這些設備。因此，此類設備記錄器幾乎免疫通用計算機中常見的許多問題，例如程序崩潰或者系統不穩定。

應用

應用在P2I LIPI氣象站的數據記錄器

數據記錄器的應用包括：

• 無人值守的氣象站記錄（例如風速/風向、溫度、相對濕度、太陽輻射）。
• 無人值守的水文記錄（如水位、水深、水流量，水pH、水電導率）。
• 無人看管的土壤水分含量記錄。
• 無人值守的氣壓記錄。
• 用於記錄各種環境條件的海上浮標。
• 道路交通計數。
• 測量易腐食品在貨運過程中的溫度、濕度等：Cold chain。
• 測量光線的強度變化。
• 維護和故障排除應用中的程序控制。
• 核驗保修條件的程序控制。
• 彈射式野生動物研究檔案標籤
• 測量振動和應對配發包裹環境中的衝擊（拋物）。
• 罐液位監測。
• 任何物體的變形監測、自動變形監測系統。
• 環境監測。
• 車輛測試（包括碰撞測試）。
• 賽車
• 鐵路信號中繼狀態監測。
• 為科教目的進行的測量、調查和改變。
• 獸醫學的生命體徵監測中定期記錄趨勢數據。
• 負載分析記錄，用於能耗管理。
• 加熱和空調效率研究的溫度、濕度和功率。
• 地下水研究的水位監測。
• 數字電子總線嗅探器，用於調試和驗證。

例子

數據記錄器Cube，存儲技術和傳感器數據

• 黑箱（受影響而響應的）記錄器：
  • 飛行紀錄儀（FDR），一種用於收集特定的飛機性能數據的記錄設備。「數據記錄器」一詞也經常作為這種設備的簡稱來使用，儘管有時人們是指駕駛艙語音記錄器（CVR），那是飛機上的另一種數據記錄設備。
  • 事件數據記錄器（EDR），由製造商在部分汽車上安裝的一種設備，其在碰撞之前和之後的時間幀內收集和存儲各項數據。
  • 船載航程資料記錄儀（VDR），一種收集船舶上各種傳感器的數據記錄系統。
  • 列車事件記錄器，一種記錄列車控制操作及這些控制操作及其他列車控制系統的響應性能的有關數據的設備。
  • 在現代的汽車中，所有診斷故障碼（DTC）都在發動機控制單元（ECU）中記錄，以方便服務工程師在進行車輛維修時使用Tech-2或類似工具通過連接到車上診斷系統端口來了解車輛發生的問題。有時還會將一個較小的OBD數據記錄器插入到同一端口，以連續記錄車輛數據。
  • 在嵌入式系統及數字電子產品設計時，專用的高速數字數據記錄器幫助克服了許多傳統儀器（諸如示波器和邏輯分析儀）的局限性。數據記錄器的主要優點是它能夠記錄很長的痕跡，這在嘗試糾正轉瞬即逝的功能錯誤時非常有用。
  • 在賽車行業中，數據記錄器用於記錄製動點，重疊/扇區定時和軌道圖等數據，以及任何車載車輛傳感器。
• 健康數據記錄器：
  • 食品的生長、製備、儲存和運輸過程。此類數據記錄器通常進行數據存儲，並且尺寸很小。
  • 動態心電圖是一種連續監測心血管系統的各種電活動至少24小時的便攜式裝置。
  • 電子健康紀錄記錄器。
• 其他通用數據採集記錄器：
  • 科學實驗的測試數據採集工具。
  • 超寬帶數據記錄器，高達每秒2千兆採樣的超高速數據記錄。
  • 基於樹莓派（Raspberry Pi）計算機的開源數據記錄器

未來方向

數據記錄器行業正在以比以往都快的速度變化。獨立數據記錄器的原始模型正在變得不只是收集數據，它也可以訪問無線通信進行事件告警、自動上報數據，以及進行遙控。數據記錄器還開始提供網頁接口、自動通過電子郵件發送告警，以及將每日結果通過FTP等方式直接傳輸到數據庫或用戶。最近的一種趨勢是，採用商業軟件的專用產品正轉向開源的軟件和硬件設備。Raspberry Pi單板機是其中一個很受歡迎的實時Linux平台，還有許多搶占式內核的Linux操作系統。

• 數字接口（例如I2C、SPI和UART）使數字傳感器與計算機可以直接連接。
• 無限制的配置數量，通過互聯網實時顯示例如進度、圖表等數據。

已有越來越多的社區開發（開放源代碼）項目着力於數據採集與數據記錄領域。

參見

• 黑箱
• 總線分析儀
• 計算機數據記錄：日誌API、服務器日誌和系統日誌、網絡日誌和計數器等
• 持續排放監測系統
• 運行時分析
• 事件序列記錄器
• SensorML
• 衝擊和振動數據記錄器
• 溫度數據記錄器