Liczba czujników mnoży się na powierzchni Ziemi i w otaczającej nas przestrzeni, dostarczając światu danych. Te przystępne cenowo czujniki są siłą napędową rozwoju Internetu Rzeczy i rewolucji cyfrowej, przed którą stoi nasze społeczeństwo, a jednocześnie łączą a dostęp do danych z czujników nie zawsze jest prosty i łatwy. W tym artykule przedstawiono indeks techniczny czujników, 5 umiejętności projektowych i przedsiębiorstwa OEM.
Przede wszystkim indeks techniczny jest obiektywną podstawą do scharakteryzowania działania produktu. Zrozumienie wskaźników technicznych, pomoc w prawidłowym doborze i użytkowaniu produktu. Wskaźniki techniczne czujnika dzielą się na wskaźniki statyczne i wskaźniki dynamiczne. Wskaźniki statyczne badają głównie działanie czujnika w warunkach statycznej niezmienności, w tym rozdzielczość, powtarzalność, czułość, liniowość, błąd powrotu, próg, pełzanie, stabilność itd. Indeks dynamiczny głównie bada działanie czujnika w warunkach szybkich zmian, w tym odpowiedzi częstotliwościowej i odpowiedzi skokowej.
Ze względu na liczne wskaźniki techniczne czujnika, różne dane i literatura są opisywane z różnych punktów widzenia, przez co różni ludzie mają różne rozumienie, a nawet nieporozumienia i niejasności. W tym celu interpretowanych jest kilka głównych wskaźników technicznych czujnika:
1, rozdzielczość i rozdzielczość:
Definicja: Rozdzielczość odnosi się do najmniejszej zmierzonej zmiany, jaką czujnik może wykryć. Rozdzielczość odnosi się do stosunku rozdzielczości do wartości pełnej skali.
Interpretacja 1: Rozdzielczość jest najbardziej podstawowym wskaźnikiem czujnika. Przedstawia zdolność czujnika do rozróżniania mierzonych obiektów. Pozostałe parametry techniczne czujnika są opisane w zakresie rozdzielczości jako jednostki minimalnej.
W przypadku czujników i przyrządów z wyświetlaczem cyfrowym rozdzielczość określa minimalną liczbę wyświetlanych cyfr. Na przykład rozdzielczość elektronicznej suwmiarki cyfrowej wynosi 0,01 mm, a błąd wskaźnika ± 0,02 mm.
Interpretacja 2: Rozdzielczość to liczba bezwzględna z jednostkami. Na przykład rozdzielczość czujnika temperatury wynosi 0,1 ℃, rozdzielczość czujnika przyspieszenia wynosi 0,1 g itd.
Interpretacja 3: Rozdzielczość jest pojęciem pokrewnym i bardzo podobnym do rozdzielczości, obie reprezentują rozdzielczość czujnika do pomiaru.
Główna różnica polega na tym, że rozdzielczość jest wyrażona jako procent rozdzielczości czujnika. Jest względny i nie ma wymiarów. Na przykład rozdzielczość czujnika temperatury wynosi 0,1 ℃, pełny zakres to 500 ℃, rozdzielczość wynosi 0,1/500 = 0,02%.
2. Powtarzalność:
Definicja: Powtarzalność czujnika odnosi się do stopnia różnicy między wynikami pomiaru, gdy pomiar jest powtarzany kilka razy w tym samym kierunku w tych samych warunkach. Zwany również błędem powtórzenia, błędem reprodukcji itp.
Interpretacja 1: Powtarzalność czujnika musi być stopniem różnicy między wielokrotnymi pomiarami uzyskanymi w tych samych warunkach. W przypadku zmiany warunków pomiaru zniknie porównywalność wyników pomiarów, co nie może być podstawą do oceny powtarzalności.
Interpretacja 2: Powtarzalność czujnika reprezentuje rozrzut i losowość wyników pomiarów czujnika. Przyczyną takiego rozrzutu i losowości jest to, że różne losowe zakłócenia nieuchronnie występują wewnątrz i na zewnątrz czujnika, co skutkuje ostatecznymi wynikami pomiarów czujnika przedstawiający charakterystykę zmiennych losowych.
Interpretacja 3: Odchylenie standardowe zmiennej losowej może być użyte jako powtarzalne wyrażenie ilościowe.
Interpretacja 4: W przypadku wielu powtarzanych pomiarów można uzyskać wyższą dokładność pomiaru, jeśli jako końcowy wynik pomiaru przyjmuje się średnią ze wszystkich pomiarów. Ponieważ odchylenie standardowe średniej jest znacznie mniejsze niż odchylenie standardowe każdego pomiaru.
3. Liniowość:
Definicja: Liniowość (Liniowość) odnosi się do odchylenia krzywej wejściowej i wyjściowej czujnika od idealnej linii prostej.
Interpretacja 1: Idealna zależność wejścia/wyjścia czujnika powinna być liniowa, a krzywa wejścia/wyjścia powinna być linią prostą (czerwona linia na rysunku poniżej).
Jednak rzeczywisty czujnik ma mniej więcej wiele błędów, w wyniku czego rzeczywista krzywa wejścia i wyjścia nie jest idealną linią prostą, ale krzywą (zielona krzywa na poniższym rysunku).
Liniowość to stopień różnicy między rzeczywistą krzywą charakterystyczną czujnika a linią off-line, nazywaną również nieliniowością lub błędem nieliniowym.
Interpretacja 2: Ponieważ różnica między rzeczywistą krzywą charakterystyczną czujnika a linią idealną jest różna przy różnych wielkościach pomiarowych, często stosuje się stosunek wartości maksymalnej różnicy do wartości pełnego zakresu. liniowość jest również wielkością względną.
Interpretacja 3: Ponieważ idealna linia czujnika jest nieznana dla ogólnej sytuacji pomiarowej, nie można jej uzyskać. Z tego powodu często przyjmowana jest metoda kompromisowa, czyli bezpośrednie wykorzystanie wyników pomiaru czujnika do obliczenia linii dopasowania która jest zbliżona do idealnej linii. Konkretne metody obliczeń obejmują metodę linii punktu końcowego, metodę najlepszej linii, metodę najmniejszych kwadratów i tak dalej.
4. Stabilność:
Definicja: Stabilność to zdolność czujnika do utrzymywania swojej wydajności przez pewien czas.
Interpretacja 1: Stabilność jest głównym wskaźnikiem służącym do zbadania, czy czujnik działa stabilnie w określonym przedziale czasu. Czynniki, które prowadzą do niestabilności czujnika, obejmują głównie dryf temperatury i uwolnienie naprężeń wewnętrznych. Dlatego warto zwiększyć kompensację temperatury i leczenie starzenia w celu poprawy stabilności.
Interpretacja 2: Stabilność można podzielić na stabilność krótkoterminową i długoterminową w zależności od długości okresu czasu.Gdy czas obserwacji jest zbyt krótki, stabilność i powtarzalność są zbliżone.Dlatego indeks stabilności bada głównie -stabilność termiczna. Określony czas, w zależności od wykorzystania środowiska i wymagań do ustalenia.
Interpretacja 3: Zarówno błąd bezwzględny, jak i błąd względny mogą być użyte do ilościowego wyrażenia wskaźnika stabilności. Na przykład czujnik siły typu odkształcenia ma stabilność 0,02%/12h.
5. Częstotliwość próbkowania:
Definicja: Częstotliwość próbkowania odnosi się do liczby wyników pomiarów, które mogą być próbkowane przez czujnik w jednostce czasu.
Interpretacja 1: Częstotliwość próbkowania jest najważniejszym wskaźnikiem charakterystyki dynamicznej czujnika, odzwierciedlającym zdolność szybkiego reagowania czujnika. Częstotliwość próbkowania jest jednym ze wskaźników technicznych, które należy w pełni uwzględnić w przypadku gwałtownej zmiany pomiaru. Zgodnie z prawem próbkowania Shannona częstotliwość próbkowania czujnika nie powinna być mniejsza niż 2-krotność częstotliwości zmian mierzonego.
Interpretacja 2: Przy zastosowaniu różnych częstotliwości dokładność czujnika również się odpowiednio zmienia. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa częstotliwość próbkowania, tym niższa dokładność pomiaru.
Najwyższa dokładność czujnika jest często uzyskiwana przy najniższej prędkości próbkowania lub nawet w warunkach statycznych. Dlatego przy doborze czujnika należy wziąć pod uwagę precyzję i szybkość.
Pięć wskazówek projektowych dotyczących czujników
1. Zacznij od narzędzia autobusowego
W pierwszym kroku inżynier powinien zastosować podejście polegające na podłączeniu czujnika za pomocą narzędzia magistrali, aby ograniczyć nieznane. Narzędzie magistrali łączy komputer osobisty (PC), a następnie do I2C, SPI lub innego protokołu czujnika, który umożliwia czujnik do „talk”. Aplikacja komputerowa powiązana z narzędziem magistrali, która zapewnia znane i działające źródło do wysyłania i odbierania danych, które nie jest nieznanym, nieuwierzytelnionym sterownikiem wbudowanego mikrokontrolera (MCU). może wysyłać i odbierać wiadomości, aby zrozumieć, jak działa sekcja przed próbą działania na poziomie osadzonym.
2. Napisz kod interfejsu transmisji w Pythonie
Gdy programista spróbuje użyć czujników narzędzia magistrali, następnym krokiem jest napisanie kodu aplikacji dla czujników.Zamiast przeskakiwać bezpośrednio do kodu mikrokontrolera, napisz kod aplikacji w Pythonie.Wiele narzędzi magistrali konfiguruje wtyczki i przykładowy kod podczas pisania skrypty, które Python zwykle podąża za.NET jednym z języków dostępnych w .net.Pisanie aplikacji w Pythonie jest szybkie i łatwe oraz zapewnia sposób testowania czujników w aplikacjach, które nie są tak złożone, jak testowanie w środowisku osadzonym. -poziom kodu ułatwi inżynierom niewbudowanym eksplorację skryptów czujników i testów bez opieki inżyniera oprogramowania wbudowanego.
3. Przetestuj czujnik za pomocą Micro Python
Jedną z zalet pisania pierwszego kodu aplikacji w Pythonie jest to, że wywołania aplikacji do interfejsu programowania aplikacji Bus-utility (API) można łatwo zamienić, wywołując Micro Python.Micro Python działa w oprogramowaniu osadzonym w czasie rzeczywistym, które ma wiele czujniki, aby inżynierowie mogli zrozumieć jego wartość. Micro Python działa na procesorze Cortex-M4 i jest to dobre środowisko do debugowania kodu aplikacji. Jest to nie tylko proste, nie ma tu potrzeby pisania sterowników I2C lub SPI, ponieważ są one już objęte funkcją Micro Python Biblioteka.
4. Użyj kodu dostawcy czujnika
Każdy przykładowy kod, który można „zeskrobać” od producenta czujnika, inżynierowie będą musieli przejść długą drogę, aby zrozumieć, jak działa czujnik. Niestety, wielu dostawców czujników nie jest ekspertami w projektowaniu oprogramowania wbudowanego, więc nie należy się spodziewać gotowy do produkcji przykład pięknej architektury i elegancji. Wystarczy użyć kodu dostawcy, dowiedzieć się, jak działa ta część, a frustracja związana z refaktoryzacją pojawi się, dopóki nie będzie można jej czysto zintegrować z oprogramowaniem wbudowanym. Może zacząć się jako „spaghetti”, ale wykorzystuje producentów „Zrozumienie, jak działają ich czujniki, pomoże ograniczyć liczbę zmarnowanych weekendów przed wprowadzeniem produktu na rynek.
5. Użyj biblioteki funkcji fuzji czujników
Są szanse, że interfejs transmisji czujnika nie jest nowy i nie był wcześniej wykonywany. Znane biblioteki wszystkich funkcji, takie jak „Sensor Fusion function Library” dostarczane przez wielu producentów układów scalonych, pomagają programistom szybko uczyć się, a nawet lepiej, i unikać cykl przebudowy lub radykalnej modyfikacji architektury produktu. Wiele czujników można zintegrować w ogólne typy lub kategorie, a te typy lub kategorie umożliwią płynny rozwój sterowników, które, jeśli są odpowiednio obsługiwane, są prawie uniwersalne lub w mniejszym stopniu nadają się do ponownego użycia. Znajdź te biblioteki funkcje fuzji czujników i poznaj ich mocne i słabe strony.
Gdy czujniki są zintegrowane z systemami wbudowanymi, istnieje wiele sposobów na skrócenie czasu projektowania i łatwość użytkowania. Deweloperzy nigdy nie mogą się pomylić, ucząc się, jak działają czujniki na wysokim poziomie abstrakcji na początku projektu i przed ich integracją w system niższego poziomu. Wiele z dostępnych dziś zasobów pomoże programistom „ruszyć z miejsca” bez konieczności zaczynania od zera.
Czas publikacji: 16 sierpnia-2021