Počet senzorov sa šíri po celom zemskom povrchu a v priestoroch okolo nás a poskytuje svetu údaje. Tieto cenovo dostupné senzory sú hybnou silou vývoja internetu vecí a digitálnej revolúcie, s ktorou sa naša spoločnosť stretáva, ale spájajú a prístup k údajom zo senzorov nie je vždy jednoduchý alebo jednoduchý. Tento príspevok predstaví technický index senzorov, 5 dizajnérskych schopností a podniky OEM.
V prvom rade je technický index objektívnym základom pre charakterizáciu výkonu produktu. Porozumejte technickým ukazovateľom a pomôžte správnemu výberu a používaniu produktu. Technické ukazovatele senzora sú rozdelené na statické a dynamické indikátory. Statické indikátory skúmajú predovšetkým výkon snímača za podmienky statickej nemennosti vrátane rozlíšenia, opakovateľnosti, citlivosti, linearity, chyby návratu, prahu, dotvarovania, stability a podobne. Dynamický index skúma predovšetkým výkon snímača za daných podmienok. rýchlych zmien vrátane frekvenčnej odozvy a krokovej odozvy.
Vzhľadom na množstvo technických indikátorov senzora sú rôzne údaje a literatúra popísané z rôznych uhlov, takže rôzni ľudia majú rôzne chápania a dokonca aj nedorozumenia a nejednoznačnosti. Za týmto účelom sa interpretuje niekoľko hlavných technických indikátorov senzora:
1, rozlíšenie a rozlíšenie:
Definícia: Rozlíšenie sa týka najmenšej nameranej zmeny, ktorú môže senzor detekovať. Rozlíšenie sa týka pomeru rozlíšenia k hodnote celého rozsahu.
Interpretácia 1: Rozlíšenie je najzákladnejším indikátorom snímača. Predstavuje schopnosť senzora rozlíšiť merané objekty. Ostatné technické špecifikácie senzora sú z hľadiska rozlíšenia popísané ako minimálna jednotka.
Pri snímačoch a prístrojoch s digitálnym displejom určuje rozlíšenie minimálny počet číslic, ktoré sa majú zobraziť. Rozlíšenie elektronického digitálneho posuvného meradla je napríklad 0,01 mm a chyba indikátora je ± 0,02 mm.
Interpretácia 2: Rozlíšenie je absolútne číslo v jednotkách. Rozlíšenie teplotného senzora je napríklad 0,1 ℃, rozlíšenie senzora zrýchlenia je 0,1 g atď.
Interpretácia 3: Rozlíšenie je príbuzný a veľmi podobný koncept s rozlíšením, oba predstavujú rozlíšenie senzora voči meraniu.
Hlavný rozdiel je v tom, že rozlíšenie je vyjadrené ako percento rozlíšenia snímača. Je relatívny a nemá žiadny rozmer. Rozlíšenie teplotného snímača je napríklad 0,1 ℃, plný rozsah je 500 ℃, rozlíšenie je 0,1/500 = 0,02%.
2. Opakovateľnosť:
Definícia: Opakovateľnosť senzora sa týka stupňa rozdielu medzi výsledkami merania, keď sa meranie opakuje niekoľkokrát v rovnakom smere za rovnakých podmienok. Nazýva sa aj chyba opakovania, chyba reprodukcie atď.
Interpretácia 1: Opakovateľnosť senzora musí byť stupňom rozdielu medzi viacerými meraniami získanými za rovnakých podmienok. Ak sa podmienky merania zmenia, porovnateľnosť medzi výsledkami merania zmizne, čo nemožno použiť ako základ pre hodnotenie opakovateľnosti.
Interpretácia 2: Opakovateľnosť senzora predstavuje rozptyl a náhodnosť výsledkov merania senzora. Dôvodom takejto disperzie a náhodnosti je, že vnútri a mimo snímača nevyhnutne existujú rôzne náhodné poruchy, čo má za následok konečné výsledky merania snímača. ukazujúci charakteristiky náhodných premenných.
Interpretácia 3: Štandardnú odchýlku náhodnej premennej je možné použiť ako reprodukovateľný kvantitatívny výraz.
Interpretácia 4: Pri viacnásobných opakovaných meraniach je možné dosiahnuť vyššiu presnosť merania, ak sa ako konečný výsledok merania použije priemer všetkých meraní. Pretože štandardná odchýlka priemeru je výrazne menšia ako štandardná odchýlka každého opatrenia.
3. Linearita:
Definícia: Linearita (lineárnosť) sa týka odchýlky vstupnej a výstupnej krivky snímača od ideálnej priamky.
Interpretácia 1: Ideálny vzťah vstup/výstup senzora by mal byť lineárny a jeho krivka vstupu/výstupu by mala byť rovná čiara (červená čiara na obrázku nižšie).
Skutočný snímač však má viac -menej rôzne chyby, čo má za následok, že skutočná vstupná a výstupná krivka nie je ideálnou priamkou, ale krivkou (zelená krivka na obrázku nižšie).
Linearita je stupeň rozdielu medzi skutočnou charakteristickou krivkou senzora a off-line čiarou, známou tiež ako nelinearita alebo nelineárna chyba.
Interpretácia 2: Pretože rozdiel medzi skutočnou charakteristickou krivkou snímača a ideálnou čiarou je pri rôznych veľkostiach merania odlišný, často sa v celom rozsahu rozsahu používa pomer maximálnej hodnoty rozdielu k hodnote celého rozsahu. Očividne , linearita je tiež relatívna veličina.
Interpretácia 3: Pretože ideálna čiara senzora nie je pre všeobecnú situáciu merania známa, nemožno ju získať. Z tohto dôvodu sa často používa kompromisná metóda, to znamená priamo použitie výsledkov meraní senzora na výpočet línii lícovania. čo je blízko ideálnej čiary. Špecifické metódy výpočtu zahŕňajú metódu čiary koncového bodu, metódu najlepšej čiary, metódu najmenších štvorcov a podobne.
4. Stabilita:
Definícia: Stabilita je schopnosť senzora udržať si svoj výkon počas určitého časového obdobia.
Interpretácia 1: Stabilita je hlavným indexom, ktorý skúma, či senzor funguje stabilne v určitom časovom rozsahu. K faktorom, ktoré vedú k nestabilite senzora, patrí predovšetkým teplotný drift a uvoľnenie vnútorného napätia. Preto je užitočné zvýšiť teplotnú kompenzáciu a ošetrenie starnutia na zlepšenie stability.
Interpretácia 2: Stabilitu možno rozdeliť na krátkodobú stabilitu a dlhodobú stabilitu podľa dĺžky časového obdobia. Keď je čas pozorovania príliš krátky, stabilita a opakovateľnosť sú blízke. Index stability preto skúma predovšetkým dlhé -termická stabilita. Špecifický čas podľa použitia prostredia a požiadaviek na stanovenie.
Interpretácia 3: Na kvantitatívne vyjadrenie indexu stability je možné použiť absolútnu chybu aj relatívnu chybu. Senzor silového napätia má napríklad stabilitu 0,02%/12h.
5. Vzorkovacia frekvencia:
Definícia: Sample Rate sa týka počtu výsledkov meraní, ktoré môžu byť vzorkované snímačom za jednotku času.
Interpretácia 1: Vzorkovacia frekvencia je najdôležitejším ukazovateľom dynamických charakteristík senzora, ktorá odráža schopnosť senzora dosiahnuť rýchlu odozvu. Frekvencia vzorkovania je jedným z technických indikátorov, ktoré je potrebné v prípade rýchlej zmeny merania plne zvážiť. Podľa Shannonovho zákona o vzorkovaní by vzorkovacia frekvencia senzora nemala byť menšia ako 2 -násobok frekvencie zmeny nameraných.
Interpretácia 2: S použitím rôznych frekvencií sa podľa toho líši aj presnosť senzora. Všeobecne povedané, čím vyššia je vzorkovacia frekvencia, tým nižšia je presnosť merania.
Najvyššia presnosť senzora sa často dosahuje pri najnižších vzorkovacích otáčkach alebo dokonca za statických podmienok. Pri výbere senzora je preto potrebné vziať do úvahy presnosť a rýchlosť.
Päť tipov na dizajn senzorov
1. Začnite s nástrojom zbernice
Ako prvý krok by mal inžinier využiť prístup najskôr k pripojeniu snímača pomocou zbernicového nástroja, aby sa obmedzilo neznáme. Nástroj pre zbernicu prepojí osobný počítač (PC) a potom k I2C, SPI alebo inému protokolu snímača, ktorý umožňuje senzor na „rozprávanie“. Počítačová aplikácia priradená k zbernicovému nástroju, ktorá poskytuje známy a fungujúci zdroj na odosielanie a prijímanie údajov, ktoré nie sú neznámym, neovereným ovládačom vstavaného mikrokontroléra (MCU). V kontexte obslužného programu Bus vývojár môže odosielať a prijímať správy, aby pochopil, ako táto sekcia funguje, a až potom sa pokúša fungovať na vstavanej úrovni.
2. Napíšte kód rozhrania prenosu v Pythone
Akonáhle sa vývojár pokúsi použiť senzory nástroja zbernice, ďalším krokom je napísať aplikačný kód pre senzory. Namiesto skoku priamo na kód mikrokontroléra napíšte kód aplikácie v Pythone. Mnoho autobusových obslužných programov konfiguruje pri písaní doplnky a moduly. skripty, ktorými sa Python zvyčajne riadi. NET jeden z jazykov dostupných v.net. Písanie aplikácií v Pythone je rýchle a jednoduché a poskytuje spôsob testovania senzorov v aplikáciách, ktoré nie sú také zložité ako testovanie vo vstavanom prostredí. Má vysokú -level code uľahčí vstavaným inžinierom ťažbu skriptov a testov senzorov bez starostlivosti vstavaného softvérového inžiniera.
3. Otestujte senzor pomocou programu Micro Python
Jednou z výhod zápisu prvého aplikačného kódu v Pythone je, že volania aplikácií do rozhrania API (Bus-utility application Programming Interface) je možné ľahko zameniť volaním Micro Python. Micro Python beží vo vstavanom softvéri v reálnom čase, ktorý má mnoho senzory, aby inžinieri pochopili jeho hodnotu. Micro Python beží na procesore Cortex-M4 a je to dobré prostredie na ladenie kódu aplikácie. Nielenže je to jednoduché, nie je potrebné sem písať ovládače I2C alebo SPI, pretože už sú pokryté funkciou Micro Python knižnica.
4. Použite kód dodávateľa senzora
Akýkoľvek ukážkový kód, ktorý je možné „zoškrabať“ od výrobcu snímača, bude musieť inžinieri prejsť dlhou cestou, aby pochopili, ako senzor funguje. Mnoho dodávateľov senzorov bohužiaľ nie je odborníkmi na návrh vstavaného softvéru, takže nečakajte, že nájdete príklad krásnej architektúry a elegancie pripravenej na výrobu. Stačí použiť kód dodávateľa, zistiť, ako táto časť funguje, a frustrácia refaktoringu bude vznikať, kým nebude možné ho integrovať do vstavaného softvéru. Môže to začať ako „špagety“, ale využiť výrobcov „Pochopenie toho, ako ich senzory fungujú, pomôže obmedziť mnoho zničených víkendov pred uvedením produktu na trh.
5. Použite knižnicu funkcií fúzie senzorov
Je pravdepodobné, že prenosové rozhranie senzora nie je nové a ešte nebolo vykonané. Známe knižnice všetkých funkcií, ako napríklad „knižnica funkcií senzorovej fúzie“ poskytovaná mnohými výrobcami čipov, pomáhajú vývojárom učiť sa rýchlo alebo ešte lepšie a vyhnúť sa cyklus prestavby alebo drastickej úpravy architektúry produktu. Mnoho senzorov je možné integrovať do všeobecných typov alebo kategórií a tieto typy alebo kategórie umožnia plynulý vývoj ovládačov, ktoré sú pri správnom zaobchádzaní takmer univerzálne alebo sa dajú opakovane použiť. Nájsť tieto knižnice funkcie fúzie senzorov a naučiť sa ich silné a slabé stránky.
Keď sú senzory integrované do vstavaných systémov, existuje mnoho spôsobov, ako pomôcť skrátiť dobu navrhovania a jednoduchosť použitia. Vývojári sa nikdy nemôžu „pokaziť“ tým, že sa na začiatku návrhu a pred ich integráciou naučia, ako senzory fungujú na základe vysokej úrovne abstrakcie. do systému nižšej úrovne. Mnoho zdrojov, ktoré sú dnes k dispozícii, pomôže vývojárom „vybuchnúť“, bez toho, aby museli začínať od nuly.
Čas zverejnenia: 16. augusta 2021