Pesë aftësi projektimi dhe tregues teknikë të sensorit

Numri i sensorëve po shumohet në të gjithë sipërfaqen e tokës dhe në Hapësirat përreth nesh, duke i siguruar botës të dhëna. Këta sensorë të përballueshëm janë forca lëvizëse pas zhvillimit të Internetit të Gjërave dhe revolucionit dixhital me të cilin po përballet shoqëria jonë, megjithatë lidhja dhe qasja në të dhëna nga sensorët nuk është gjithmonë e drejtpërdrejtë ose e lehtë. Ky punim do të prezantojë indeksin teknik të sensorëve, 5 aftësi dizajni dhe ndërmarrjet OEM.

Para së gjithash, indeksi teknik është baza objektive për të karakterizuar performancën e një produkti. Kuptimi i treguesve teknikë ndihmon në përzgjedhjen dhe përdorimin e saktë të produktit. Treguesit teknikë të sensorit ndahen në tregues statikë dhe tregues dinamikë. Treguesit statikë shqyrtojnë kryesisht performancën e sensorit në kushtet e pandryshueshmërisë statike, duke përfshirë rezolucionin, përsëritshmërinë, ndjeshmërinë, linearitetin, gabimin e kthimit, pragun, zvarritjen, stabilitetin e kështu me radhë. Indeksi dinamik shqyrton kryesisht performancën e sensorit në kushtet e ndryshimit të shpejtë, duke përfshirë përgjigjen në frekuencë dhe përgjigjen hap pas hapi.

Për shkak të treguesve të shumtë teknikë të sensorit, të dhëna dhe literaturë të ndryshme përshkruhen nga këndvështrime të ndryshme, kështu që njerëz të ndryshëm kanë kuptime të ndryshme, madje edhe keqkuptime dhe paqartësi. Për këtë qëllim, interpretohen disa nga treguesit kryesorë teknikë të mëposhtëm për sensorin:

1, rezolucioni dhe rezolucioni:

Përkufizim: Rezolucioni i referohet ndryshimit më të vogël të matur që një sensor mund të zbulojë. Rezolucioni i referohet raportit të rezolucionit me vlerën e shkallës së plotë.

Interpretimi 1: Rezolucioni është treguesi më themelor i një sensori. Ai përfaqëson aftësinë e sensorit për të dalluar objektet e matura. Specifikimet e tjera teknike të sensorit përshkruhen në terma të rezolucionit si njësia minimale.

Për sensorët dhe instrumentet me ekran dixhital, rezolucioni përcakton numrin minimal të shifrave që do të shfaqen. Për shembull, rezolucioni i kaliperit dixhital elektronik është 0.01 mm, dhe gabimi i treguesit është ±0.02 mm.

Interpretimi 2: Rezolucioni është një numër absolut me njësi. Për shembull, rezolucioni i një sensori temperature është 0.1℃, rezolucioni i një sensori përshpejtimi është 0.1g, etj.

Interpretimi 3: Rezolucioni është një koncept i lidhur dhe shumë i ngjashëm me rezolucionin, të dy përfaqësojnë rezolucionin e një sensori ndaj një matjeje.

Dallimi kryesor është se rezolucioni shprehet si përqindje e rezolucionit të sensorit. Është relativ dhe nuk ka dimension. Për shembull, rezolucioni i sensorit të temperaturës është 0.1℃, diapazoni i plotë është 500℃, rezolucioni është 0.1/500=0.02%.

2. Përsëritshmëria:

Përkufizimi: Përsëritshmëria e sensorit i referohet shkallës së ndryshimit midis rezultateve të matjes kur matja përsëritet disa herë në të njëjtin drejtim nën të njëjtat kushte. Quhet edhe gabim përsëritjeje, gabim riprodhimi, etj.

Interpretimi 1: Përsëritshmëria e një sensori duhet të jetë shkalla e ndryshimit midis matjeve të shumëfishta të marra në të njëjtat kushte. Nëse kushtet e matjes ndryshojnë, krahasueshmëria midis rezultateve të matjes do të zhduket, gjë që nuk mund të përdoret si bazë për vlerësimin e përsëritshmërisë.

Interpretimi 2: Përsëritshmëria e sensorit përfaqëson shpërndarjen dhe rastësinë e rezultateve të matjes së sensorit. Arsyeja për një shpërndarje dhe rastësi të tillë është se shqetësime të ndryshme të rastësishme ekzistojnë në mënyrë të pashmangshme brenda dhe jashtë sensorit, duke rezultuar në rezultatet përfundimtare të matjes së sensorit që tregojnë karakteristikat e variablave të rastësishme.

Interpretimi 3: Devijimi standard i ndryshores së rastësishme mund të përdoret si një shprehje sasiore e riprodhueshme.

Interpretimi 4: Për matje të shumëfishta të përsëritura, një saktësi më e lartë matjeje mund të arrihet nëse mesatarja e të gjitha matjeve merret si rezultat përfundimtar i matjes. Sepse devijimi standard i mesatares është dukshëm më i vogël se devijimi standard i secilës masë.

3. Lineariteti:

Përkufizim: Lineariteti (Lineariteti) i referohet devijimit të kurbës së hyrjes dhe daljes së sensorit nga vija ideale e drejtë.

Interpretimi 1: Marrëdhënia ideale e hyrjes/daljes së sensorit duhet të jetë lineare, dhe kurba e tij e hyrjes/daljes duhet të jetë një vijë e drejtë (vija e kuqe në figurën më poshtë).

Megjithatë, sensori aktual pak a shumë ka një sërë gabimesh, duke rezultuar në kurbën aktuale të hyrjes dhe daljes që nuk është vija ideale e drejtë, por një kurbë (kurba e gjelbër në figurën më poshtë).

Lineariteti është shkalla e ndryshimit midis kurbës karakteristike aktuale të sensorit dhe vijës jashtë linje, e njohur edhe si jolinearitet ose gabim jolinear.

Interpretimi 2: Meqenëse ndryshimi midis kurbës karakteristike aktuale të sensorit dhe vijës ideale është i ndryshëm në madhësi të ndryshme matjeje, raporti i vlerës maksimale të ndryshimit me vlerën e diapazonit të plotë përdoret shpesh në diapazonin e diapazonit të plotë. Natyrisht, lineariteti është gjithashtu një madhësi relative.

Interpretimi 3: Meqenëse vija ideale e sensorit është e panjohur për situatën e përgjithshme të matjes, ajo nuk mund të merret. Për këtë arsye, shpesh përdoret një metodë kompromisi, domethënë përdorimi direkt i rezultateve të matjes së sensorit për të llogaritur vijën e përshtatshme që është afër vijës ideale. Metodat specifike të llogaritjes përfshijnë metodën e vijës së pikës fundore, metodën e vijës më të mirë, metodën e katrorëve më të vegjël e kështu me radhë.

4. Stabiliteti:

Përkufizim: Stabiliteti është aftësia e një sensori për të ruajtur performancën e tij gjatë një periudhe kohore.

Interpretimi 1: Stabiliteti është indeksi kryesor për të hetuar nëse sensori punon në mënyrë të qëndrueshme në një interval të caktuar kohor. Faktorët që çojnë në paqëndrueshmërinë e sensorit përfshijnë kryesisht ndryshimin e temperaturës dhe lirimin e stresit të brendshëm. Prandaj, është e dobishme të rritet kompensimi i temperaturës dhe trajtimi i plakjes për të përmirësuar stabilitetin.

Interpretimi 2: Stabiliteti mund të ndahet në stabilitet afatshkurtër dhe stabilitet afatgjatë sipas gjatësisë së periudhës kohore. Kur koha e vëzhgimit është shumë e shkurtër, stabiliteti dhe përsëritshmëria janë të afërta. Prandaj, indeksi i stabilitetit shqyrton kryesisht stabilitetin afatgjatë. Gjatësia specifike e kohës, sipas përdorimit të mjedisit dhe kërkesave për të përcaktuar.

Interpretimi 3: Si gabimi absolut ashtu edhe gabimi relativ mund të përdoren për shprehjen sasiore të indeksit të stabilitetit. Për shembull, një sensor force i tipit të tendosjes ka një stabilitet prej 0.02%/12 orë.

5. Frekuenca e marrjes së mostrave:

Përkufizimi: Shpejtësia e marrjes së mostrave i referohet numrit të rezultateve të matjes që mund të merren mostra nga sensori për njësi të kohës.

Interpretimi 1: Frekuenca e marrjes së mostrave është treguesi më i rëndësishëm i karakteristikave dinamike të sensorit, duke reflektuar aftësinë e reagimit të shpejtë të sensorit. Frekuenca e marrjes së mostrave është një nga treguesit teknikë që duhet të merret plotësisht në konsideratë në rastin e ndryshimit të shpejtë të matjes. Sipas ligjit të marrjes së mostrave të Shannon, frekuenca e marrjes së mostrave të sensorit nuk duhet të jetë më e vogël se 2 herë frekuenca e ndryshimit të matjes.

Interpretimi 2: Me përdorimin e frekuencave të ndryshme, saktësia e sensorit ndryshon gjithashtu në përputhje me rrethanat. Në përgjithësi, sa më e lartë të jetë frekuenca e marrjes së mostrave, aq më e ulët është saktësia e matjes.

Saktësia më e lartë e sensorit shpesh arrihet me shpejtësinë më të ulët të marrjes së mostrave ose edhe në kushte statike. Prandaj, saktësia dhe shpejtësia duhet të merren parasysh në përzgjedhjen e sensorit.

Pesë këshilla për dizajnimin e sensorëve

1. Filloni me mjetin bus

Si hap i parë, inxhinieri duhet të ndjekë qasjen e lidhjes së sensorit nëpërmjet një mjeti bus për të kufizuar të panjohurën. Një mjet bus lidh një kompjuter personal (PC) dhe më pas me I2C, SPI ose protokoll tjetër të sensorit që lejon sensorin të "flasë". Një aplikacion PC i shoqëruar me një mjet bus që ofron një burim të njohur dhe funksional për dërgimin dhe marrjen e të dhënave që nuk është një drajver i panjohur dhe i paautorizuar i mikrokontrolluesit të integruar (MCU). Në kontekstin e shërbimit Bus, zhvilluesi mund të dërgojë dhe të marrë mesazhe për të kuptuar se si funksionon seksioni përpara se të përpiqet të veprojë në nivelin e integruar.

2. Shkruani kodin e ndërfaqes së transmetimit në Python

Pasi zhvilluesi të ketë provuar të përdorë sensorët e mjetit bus, hapi tjetër është të shkruajë kodin e aplikacionit për sensorët. Në vend që të kaloni direkt në kodin e mikrokontrolluesit, shkruani kodin e aplikacionit në Python. Shumë shërbime bus konfigurojnë shtojca dhe kod shembull kur shkruajnë skripte, të cilat Python zakonisht i ndjek.NET një nga gjuhët e disponueshme në.net.Shkrimi i aplikacioneve në Python është i shpejtë dhe i lehtë, dhe ofron një mënyrë për të testuar sensorët në aplikacione që nuk janë aq komplekse sa testimi në një mjedis të integruar.Të kesh kod të nivelit të lartë do ta bëjë të lehtë për inxhinierët jo të integruar të nxjerrin skripte dhe teste të sensorëve pa kujdesin e një inxhinieri softuerësh të integruar.

3. Testoni sensorin me Micro Python

Një nga avantazhet e shkrimit të kodit të parë të aplikacionit në Python është se thirrjet e aplikacionit në ndërfaqen e Programimit të aplikacionit Bus-utility (API) mund të zëvendësohen lehtësisht duke thirrur Micro Python. Micro Python funksionon në softuer të integruar në kohë reale, i cili ka shumë sensorë që inxhinierët të kuptojnë vlerën e tij. Micro Python funksionon në një procesor Cortex-M4 dhe është një mjedis i mirë nga i cili mund të debugohet kodi i aplikacionit. Jo vetëm që është i thjeshtë, por nuk ka nevojë të shkruhen drajverë I2C ose SPI këtu, pasi ato janë tashmë të mbuluara në bibliotekën e funksioneve të Micro Python.

4. Përdorni kodin e furnizuesit të sensorit

Çdo kod shembull që mund të "nxirret" nga një prodhues sensorësh, inxhinierët do të duhet të bëjnë një rrugë të gjatë për të kuptuar se si funksionon sensori. Fatkeqësisht, shumë shitës sensorësh nuk janë ekspertë në dizajnin e softuerëve të integruar, prandaj mos prisni të gjeni një shembull të gatshëm për prodhim të arkitekturës dhe elegancës së bukur. Thjesht përdorni kodin e shitësit, mësoni se si funksionon kjo pjesë dhe zhgënjimi i ristrukturimit do të lindë derisa të mund të integrohet qartë në softuerin e integruar. Mund të fillojë si "spageti", por shfrytëzimi i të kuptuarit të prodhuesve se si funksionojnë sensorët e tyre do të ndihmojë në uljen e shumë fundjavave të shkatërruara para se produkti të lançohet.

5. Përdorni një bibliotekë funksionesh të bashkimit të sensorëve

Ka shumë mundësi që ndërfaqja e transmetimit të sensorit të mos jetë e re dhe të mos jetë krijuar më parë. Bibliotekat e njohura të të gjitha funksioneve, siç është "Biblioteka e funksioneve të bashkimit të sensorëve" e ofruar nga shumë prodhues çipash, i ndihmojnë zhvilluesit të mësojnë shpejt, ose edhe më mirë, dhe të shmangin ciklin e rizhvillimit ose modifikimit drastik të arkitekturës së produktit. Shumë sensorë mund të integrohen në lloje ose kategori të përgjithshme, dhe këto lloje ose kategori do të mundësojnë zhvillimin e qetë të drajverëve që, nëse trajtohen siç duhet, janë pothuajse universalë ose më pak të ripërdorshëm. Gjeni këto biblioteka të funksioneve të bashkimit të sensorëve dhe mësoni pikat e tyre të forta dhe të dobëta.

Kur sensorët integrohen në sisteme të ngulitura, ka shumë mënyra për të ndihmuar në përmirësimin e kohës së projektimit dhe lehtësinë e përdorimit. Zhvilluesit nuk mund të "gabojnë" kurrë duke mësuar se si funksionojnë sensorët nga një nivel i lartë abstraksioni në fillim të projektimit dhe para se t'i integrojnë ato në një sistem të nivelit më të ulët. Shumë nga burimet e disponueshme sot do t'i ndihmojnë zhvilluesit të "fillojnë punën menjëherë" pa pasur nevojë të fillojnë nga e para.