Ο αριθμός των αισθητήρων πολλαπλασιάζεται στην επιφάνεια της γης και στους χώρους γύρω μας, παρέχοντας στον κόσμο δεδομένα. Αυτοί οι προσιτοί αισθητήρες είναι η κινητήρια δύναμη πίσω από την ανάπτυξη του Διαδικτύου των Πραγμάτων και της ψηφιακής επανάστασης που αντιμετωπίζει η κοινωνία μας, αλλά συνδέονται και η πρόσβαση στα δεδομένα από τους αισθητήρες δεν γίνεται πάντα ευθεία ή εύκολη. Αυτό το έγγραφο θα εισαγάγει τον τεχνικό δείκτη του αισθητήρα, 5 δεξιότητες σχεδιασμού και επιχειρήσεις OEM.
Πρώτα απ 'όλα, ο τεχνικός δείκτης είναι η αντικειμενική βάση για τον χαρακτηρισμό της απόδοσης ενός προϊόντος. Κατανοήστε τους τεχνικούς δείκτες, βοηθήστε στη σωστή επιλογή και χρήση του προϊόντος. Οι τεχνικοί δείκτες του αισθητήρα χωρίζονται σε στατικούς δείκτες και δυναμικούς δείκτες. Οι στατικοί δείκτες εξετάζουν κυρίως την απόδοση του αισθητήρα υπό την προϋπόθεση της στατικής αμετάβλητης, συμπεριλαμβανομένης της ανάλυσης, της επαναληψιμότητας, της ευαισθησίας, της γραμμικότητας, του σφάλματος επιστροφής, του κατωφλίου, του ερπυσμού, της σταθερότητας και ούτω καθεξής. Ο δυναμικός δείκτης εξετάζει κυρίως την απόδοση του αισθητήρα υπό την προϋπόθεση ταχείας αλλαγής, συμπεριλαμβανομένης της απόκρισης συχνότητας και της απόκρισης σταδίων.
Λόγω των πολυάριθμων τεχνικών δεικτών του αισθητήρα, διάφορα δεδομένα και βιβλιογραφία περιγράφονται από διαφορετικές οπτικές γωνίες, έτσι ώστε διαφορετικά άτομα να έχουν διαφορετική κατανόηση, ακόμη και παρεξήγηση και ασάφεια. Για το σκοπό αυτό, ερμηνεύονται οι ακόλουθοι διάφοροι βασικοί τεχνικοί δείκτες για τον αισθητήρα:
1, ανάλυση και ανάλυση:
Ορισμός: Η ανάλυση αναφέρεται στη μικρότερη μετρημένη αλλαγή που μπορεί να ανιχνεύσει ένας αισθητήρας. Η ανάλυση αναφέρεται στην αναλογία της ανάλυσης προς την τιμή πλήρους κλίμακας.
Ερμηνεία 1: Η ανάλυση είναι ο πιο βασικός δείκτης ενός αισθητήρα. Αντιπροσωπεύει την ικανότητα του αισθητήρα να διακρίνει τα μετρημένα αντικείμενα. Οι άλλες τεχνικές προδιαγραφές του αισθητήρα περιγράφονται ως ελάχιστη μονάδα ως προς την ανάλυση.
Για αισθητήρες και όργανα με ψηφιακή οθόνη, η ανάλυση καθορίζει τον ελάχιστο αριθμό ψηφίων που πρέπει να εμφανίζονται. Για παράδειγμα, η ανάλυση της ηλεκτρονικής ψηφιακής δαγκάνας είναι 0,01 mm και το σφάλμα ένδειξης είναι ± 0,02 mm.
Ερμηνεία 2: Η ανάλυση είναι ένας απόλυτος αριθμός με μονάδες. Για παράδειγμα, η ανάλυση ενός αισθητήρα θερμοκρασίας είναι 0,1 ℃, η ανάλυση ενός αισθητήρα επιτάχυνσης είναι 0,1 g κ.λπ.
Ερμηνεία 3: Η ανάλυση είναι μια σχετική και πολύ παρόμοια έννοια με την ανάλυση, και οι δύο αντιπροσωπεύουν την ανάλυση ενός αισθητήρα σε μια μέτρηση.
Η κύρια διαφορά είναι ότι η ανάλυση εκφράζεται ως ποσοστό της ανάλυσης του αισθητήρα. Είναι σχετική και δεν έχει διάσταση. Για παράδειγμα, η ανάλυση του αισθητήρα θερμοκρασίας είναι 0,1 ℃, το πλήρες εύρος είναι 500 ℃, η ανάλυση είναι 0,1/500 = 0,02%.
2. Επαναληψιμότητα:
Ορισμός: Η επαναληψιμότητα του αισθητήρα αναφέρεται στον βαθμό διαφοράς μεταξύ των αποτελεσμάτων μέτρησης όταν η μέτρηση επαναλαμβάνεται πολλές φορές προς την ίδια κατεύθυνση υπό την ίδια συνθήκη. Ονομάζεται επίσης σφάλμα επανάληψης, σφάλμα αναπαραγωγής κ.λπ.
Ερμηνεία 1: Επαναληψιμότητα ενός αισθητήρα πρέπει να είναι ο βαθμός διαφοράς μεταξύ πολλαπλών μετρήσεων που λαμβάνονται υπό τις ίδιες συνθήκες. Εάν αλλάξουν οι συνθήκες μέτρησης, η συγκρισιμότητα μεταξύ των αποτελεσμάτων μέτρησης θα εξαφανιστεί, η οποία δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση για την αξιολόγηση της επαναληψιμότητας.
Ερμηνεία 2: Η επαναληψιμότητα του αισθητήρα αντιπροσωπεύει τη διασπορά και την τυχαιότητα των αποτελεσμάτων μέτρησης του αισθητήρα. Ο λόγος για τέτοια διασπορά και τυχαία είναι ότι διάφορες τυχαίες διαταραχές αναπόφευκτα υπάρχουν μέσα και έξω από τον αισθητήρα, με αποτέλεσμα τα τελικά αποτελέσματα μέτρησης του αισθητήρα δείχνει τα χαρακτηριστικά των τυχαίων μεταβλητών.
Ερμηνεία 3: Η τυπική απόκλιση της τυχαίας μεταβλητής μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναπαραγώγιμη ποσοτική έκφραση.
Ερμηνεία 4: Για πολλαπλές επαναλαμβανόμενες μετρήσεις, μπορεί να επιτευχθεί υψηλότερη ακρίβεια μέτρησης εάν ο μέσος όρος όλων των μετρήσεων ληφθεί ως τελικό αποτέλεσμα μέτρησης. Επειδή η τυπική απόκλιση του μέσου όρου είναι σημαντικά μικρότερη από την τυπική απόκλιση κάθε μέτρου.
3. Γραμμικότητα:
Ορισμός: Η Γραμμικότητα (Γραμμικότητα) αναφέρεται στην απόκλιση της καμπύλης εισόδου και εξόδου του αισθητήρα από την ιδανική ευθεία.
Ερμηνεία 1: Η ιδανική σχέση εισόδου/εξόδου του αισθητήρα πρέπει να είναι γραμμική και η καμπύλη εισόδου/εξόδου να είναι ευθεία (κόκκινη γραμμή στο παρακάτω σχήμα).
Ωστόσο, ο πραγματικός αισθητήρας έχει πάνω κάτω μια ποικιλία σφαλμάτων, με αποτέλεσμα η πραγματική καμπύλη εισόδου και εξόδου να μην είναι η ιδανική ευθεία, αλλά μια καμπύλη (η πράσινη καμπύλη στο παρακάτω σχήμα).
Η γραμμικότητα είναι ο βαθμός διαφοράς μεταξύ της πραγματικής χαρακτηριστικής καμπύλης του αισθητήρα και της γραμμής εκτός σύνδεσης, επίσης γνωστή ως μη γραμμικότητα ή μη γραμμικό σφάλμα.
Ερμηνεία 2: Επειδή η διαφορά μεταξύ της πραγματικής χαρακτηριστικής καμπύλης του αισθητήρα και της ιδανικής γραμμής είναι διαφορετική σε διαφορετικά μεγέθη μέτρησης, ο λόγος της μέγιστης τιμής της διαφοράς προς την τιμή πλήρους εύρους χρησιμοποιείται συχνά σε όλο το εύρος. Προφανώς , η γραμμικότητα είναι επίσης σχετική ποσότητα.
Ερμηνεία 3: Επειδή η ιδανική γραμμή του αισθητήρα είναι άγνωστη για τη γενική κατάσταση μέτρησης, δεν μπορεί να ληφθεί. Για το λόγο αυτό, υιοθετείται συχνά μια συμβιβαστική μέθοδος, δηλαδή, χρησιμοποιώντας απευθείας τα αποτελέσματα μέτρησης του αισθητήρα για τον υπολογισμό της γραμμής προσαρμογής που είναι κοντά στην ιδανική γραμμή. Οι συγκεκριμένες μέθοδοι υπολογισμού περιλαμβάνουν μέθοδο γραμμής τελικού σημείου, μέθοδο καλύτερης γραμμής, μέθοδο ελάχιστου τετραγώνου και ούτω καθεξής.
4. Σταθερότητα:
Ορισμός: Η σταθερότητα είναι η ικανότητα ενός αισθητήρα να διατηρεί την απόδοσή του για ένα χρονικό διάστημα.
Ερμηνεία 1: Η σταθερότητα είναι ο κύριος δείκτης για να διερευνηθεί εάν ο αισθητήρας λειτουργεί σταθερά σε συγκεκριμένο χρονικό εύρος. Οι παράγοντες που οδηγούν στην αστάθεια του αισθητήρα περιλαμβάνουν κυρίως μετατόπιση θερμοκρασίας και εσωτερική απελευθέρωση τάσης. Ως εκ τούτου, είναι χρήσιμο να αυξηθεί η αντιστάθμιση θερμοκρασίας και θεραπεία γήρανσης για βελτίωση της σταθερότητας.
Ερμηνεία 2: Η σταθερότητα μπορεί να χωριστεί σε βραχυπρόθεσμη σταθερότητα και μακροπρόθεσμη σταθερότητα ανάλογα με τη διάρκεια της χρονικής περιόδου. Όταν ο χρόνος παρατήρησης είναι πολύ μικρός, η σταθερότητα και η επαναληψιμότητα είναι κοντά. Επομένως, ο δείκτης σταθερότητας εξετάζει κυρίως τη μακροχρόνια -θερμική σταθερότητα. Το συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, σύμφωνα με τη χρήση του περιβάλλοντος και τις απαιτήσεις για προσδιορισμό.
Ερμηνεία 3: Τόσο το απόλυτο σφάλμα όσο και το σχετικό σφάλμα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ποσοτική έκφραση του δείκτη σταθερότητας. Για παράδειγμα, ένας αισθητήρας δύναμης τύπου παραμόρφωσης έχει σταθερότητα 0,02%/12 ώρες.
5. Συχνότητα δειγματοληψίας:
Ορισμός: Ο ρυθμός δειγματοληψίας αναφέρεται στον αριθμό των αποτελεσμάτων μέτρησης που μπορούν να ληφθούν δείγματα από τον αισθητήρα ανά μονάδα χρόνου.
Ερμηνεία 1: Η συχνότητα δειγματοληψίας είναι ο πιο σημαντικός δείκτης των δυναμικών χαρακτηριστικών του αισθητήρα, αντικατοπτρίζοντας την ικανότητα ταχείας απόκρισης του αισθητήρα. Η συχνότητα δειγματοληψίας είναι ένας από τους τεχνικούς δείκτες που πρέπει να ληφθούν πλήρως υπόψη σε περίπτωση ταχείας αλλαγής μέτρησης. Σύμφωνα με τον νόμο δειγματοληψίας Shannon, η συχνότητα δειγματοληψίας του αισθητήρα δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 2 φορές τη συχνότητα αλλαγής του μετρηθέντος.
Ερμηνεία 2: Με τη χρήση διαφορετικών συχνοτήτων, η ακρίβεια του αισθητήρα ποικίλλει επίσης ανάλογα. Γενικά, όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα δειγματοληψίας, τόσο χαμηλότερη είναι η ακρίβεια μέτρησης.
Η υψηλότερη ακρίβεια του αισθητήρα επιτυγχάνεται συχνά με τη χαμηλότερη ταχύτητα δειγματοληψίας ή ακόμη και υπό στατικές συνθήκες. Επομένως, η ακρίβεια και η ταχύτητα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στην επιλογή του αισθητήρα.
Πέντε συμβουλές σχεδιασμού για αισθητήρες
1. Ξεκινήστε με το εργαλείο διαύλου
Ως πρώτο βήμα, ο μηχανικός θα πρέπει να ακολουθήσει την προσέγγιση της πρώτης σύνδεσης του αισθητήρα μέσω ενός εργαλείου διαύλου για να περιορίσει το άγνωστο. Ένα εργαλείο διαύλου συνδέει έναν προσωπικό υπολογιστή (υπολογιστή) και στη συνέχεια με το I2C, SPI ή άλλο πρωτόκολλο του αισθητήρα που επιτρέπει την αισθητήρας για «συζήτηση». Μια εφαρμογή υπολογιστή που σχετίζεται με ένα εργαλείο διαύλου που παρέχει μια γνωστή και λειτουργική πηγή για την αποστολή και λήψη δεδομένων που δεν είναι άγνωστο, μη πιστοποιημένο πρόγραμμα οδήγησης ενσωματωμένου μικροελεγκτή (MCU). Στο πλαίσιο του βοηθητικού προγράμματος Bus, ο προγραμματιστής μπορεί να στείλει και να λάβει μηνύματα για να κατανοήσει πώς λειτουργεί η ενότητα πριν επιχειρήσει να λειτουργήσει σε ενσωματωμένο επίπεδο.
2. Γράψτε τον κωδικό διεπαφής μετάδοσης σε Python
Μόλις ο προγραμματιστής δοκιμάσει να χρησιμοποιήσει τους αισθητήρες του εργαλείου διαύλου, το επόμενο βήμα είναι να γράψει τον κωδικό εφαρμογής για τους αισθητήρες. Αντί να μεταβείτε απευθείας στον κωδικό μικροελεγκτή, γράψτε κώδικα εφαρμογής σε Python. Πολλά βοηθητικά προγράμματα διαύλου διαμορφώνουν πρόσθετα και δείγματα κώδικα κατά τη γραφή δέσμες ενεργειών, τις οποίες συνήθως ακολουθεί η Python. NET μία από τις διαθέσιμες γλώσσες στο.net. Η εγγραφή εφαρμογών σε Python είναι γρήγορη και εύκολη και παρέχει έναν τρόπο δοκιμής αισθητήρων σε εφαρμογές που δεν είναι τόσο πολύπλοκες όσο η δοκιμή σε ενσωματωμένο περιβάλλον. -Ο κώδικας επιπέδου θα διευκολύνει τους μη ενσωματωμένους μηχανικούς να εξορύσσουν σενάρια και δοκιμές αισθητήρων χωρίς τη φροντίδα ενός ενσωματωμένου μηχανικού λογισμικού.
3. Δοκιμάστε τον αισθητήρα με Micro Python
Ένα από τα πλεονεκτήματα της γραφής του πρώτου κώδικα εφαρμογής σε Python είναι ότι οι κλήσεις εφαρμογών στη διεπαφή προγραμματισμού Bus-utility Application Programming (API) μπορούν εύκολα να αντικατασταθούν καλώντας Micro Python. Το Micro Python λειτουργεί σε ενσωματωμένο λογισμικό σε πραγματικό χρόνο, το οποίο διαθέτει πολλά αισθητήρες για να κατανοήσουν την αξία του οι μηχανικοί. Το Micro Python εκτελείται σε επεξεργαστή Cortex-M4 και είναι ένα καλό περιβάλλον από το οποίο μπορείτε να εντοπίσετε σφάλματα στον κώδικα της εφαρμογής. Όχι μόνο είναι απλό, δεν χρειάζεται να γράψετε προγράμματα οδήγησης I2C ή SPI εδώ, καθώς ήδη καλύπτονται στη λειτουργία Micro Python βιβλιοθήκη.
4. Χρησιμοποιήστε τον κωδικό προμηθευτή αισθητήρα
Οποιοδήποτε δείγμα κώδικα που μπορεί να «ξαφθεί» από έναν κατασκευαστή αισθητήρων, οι μηχανικοί θα πρέπει να κάνουν πολύ δρόμο για να καταλάβουν πώς λειτουργεί ο αισθητήρας. Δυστυχώς, πολλοί προμηθευτές αισθητήρων δεν είναι ειδικοί στον σχεδιασμό ενσωματωμένου λογισμικού, οπότε μην περιμένετε να βρείτε παράδειγμα έτοιμο για την παραγωγή της όμορφης αρχιτεκτονικής και της κομψότητας. Απλώς χρησιμοποιήστε τον κωδικό του προμηθευτή, μάθετε πώς λειτουργεί αυτό το κομμάτι και η απογοήτευση της αναδόμησης θα προκύψει μέχρι να μπορέσει να ενσωματωθεί καθαρά στο ενσωματωμένο λογισμικό. Μπορεί να ξεκινήσει ως "μακαρόνια", αλλά να αξιοποιήσει τους κατασκευαστές Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο λειτουργούν οι αισθητήρες τους θα βοηθήσει στη μείωση πολλών κατεστραμμένων Σαββατοκύριακων πριν από την κυκλοφορία του προϊόντος.
5. Χρησιμοποιήστε μια βιβλιοθήκη λειτουργιών σύντηξης αισθητήρα
Οι πιθανότητες είναι ότι η διεπαφή μετάδοσης του αισθητήρα δεν είναι νέα και δεν έχει γίνει στο παρελθόν. Γνωστές βιβλιοθήκες όλων των λειτουργιών, όπως η «Βιβλιοθήκη συνάρτησης αισθητήρων» που παρέχονται από πολλούς κατασκευαστές τσιπ, βοηθούν τους προγραμματιστές να μάθουν γρήγορα, ή ακόμα καλύτερα, και να αποφύγουν κύκλος αναδιαμόρφωσης ή δραστικής τροποποίησης της αρχιτεκτονικής του προϊόντος. Πολλοί αισθητήρες μπορούν να ενσωματωθούν σε γενικούς τύπους ή κατηγορίες και αυτοί οι τύποι ή κατηγορίες θα επιτρέψουν την ομαλή ανάπτυξη προγραμμάτων οδήγησης που, αν χειριστούν σωστά, είναι σχεδόν καθολικά ή λιγότερο επαναχρησιμοποιήσιμα. Βρείτε αυτές τις βιβλιοθήκες λειτουργίες σύντηξης αισθητήρων και μάθετε τα δυνατά και αδύνατα σημεία τους.
Όταν οι αισθητήρες ενσωματώνονται σε ενσωματωμένα συστήματα, υπάρχουν πολλοί τρόποι για να βελτιωθεί ο χρόνος σχεδιασμού και η ευκολία χρήσης. Οι προγραμματιστές δεν μπορούν ποτέ να «πάνε στραβά» μαθαίνοντας πώς λειτουργούν οι αισθητήρες από υψηλό επίπεδο αφαίρεσης στην αρχή του σχεδιασμού και πριν την ενσωμάτωσή τους σε ένα σύστημα χαμηλότερου επιπέδου. Πολλοί από τους διαθέσιμους πόρους σήμερα θα βοηθήσουν τους προγραμματιστές να «χτυπήσουν στο έδαφος» χωρίς να χρειάζεται να ξεκινήσουν από την αρχή.
Postρα δημοσίευσης: 16 Αυγούστου-2021