Սենսորի նախագծման հինգ հմտություններ և տեխնիկական ցուցիչներ

Սենսորների թիվը տարածվում է երկրի մակերևույթում և մեր շուրջը գտնվող Տիեզերքում ՝ ապահովելով աշխարհին տվյալներով: Այս մատչելի սենսորները շարժիչ ուժն են Իրերի ինտերնետի զարգացման և թվային հեղափոխության, որին մեր հասարակությունը կանգնած է, բայց միևնույն ժամանակ կապող և սենսորներից տվյալների հասանելիությունը միշտ չէ, որ ուղիղ կամ հեշտ է ընթանում: Այս փաստաթուղթը կներկայացնի տվիչների տեխնիկական ինդեքսը, նախագծման 5 հմտությունները և OEM ձեռնարկությունները:

Նախևառաջ, տեխնիկական ինդեքսը ապրանքի կատարումը բնութագրելու օբյեկտիվ հիմքն է: Հասկացեք տեխնիկական ցուցանիշները, օգնեք արտադրանքի ճիշտ ընտրությանը և օգտագործմանը: Սենսորի տեխնիկական ցուցանիշները բաժանված են ստատիկ և դինամիկ ցուցանիշների: Ստատիկ ցուցանիշները հիմնականում ուսումնասիրում են սենսորի աշխատանքը ստատիկ անփոփոխության պայմաններում, ներառյալ լուծումը, կրկնվողությունը, զգայունությունը, գծայնությունը, վերադարձի սխալը, շեմը, սողալը, կայունությունը և այլն: արագ փոփոխությունների, այդ թվում `հաճախականության և քայլերի արձագանքի:

Սենսորի բազմաթիվ տեխնիկական ցուցանիշների շնորհիվ տարբեր տվյալներ և գրականություն նկարագրվում են տարբեր տեսանկյուններից, այնպես որ տարբեր մարդիկ ունեն տարբեր հասկացություններ, և նույնիսկ թյուրիմացություն և երկիմաստություն: Այդ նպատակով մեկնաբանվում են սենսորի հետևյալ մի քանի հիմնական տեխնիկական ցուցանիշները.

1, բանաձև և լուծում.

Սահմանում. Բանաձևը վերաբերում է ամենափոքր չափված փոփոխությանը, որը կարող է հայտնաբերել սենսորը: Բանաձևը վերաբերում է Բանաձևի և լայնածավալ արժեքի հարաբերակցությանը:

Մեկնաբանություն 1. Բանաձևը սենսորի ամենահիմնական ցուցանիշն է: Այն ներկայացնում է չափվող օբյեկտները տարբերելու տվիչի ունակությունը: Սենսորի մյուս տեխնիկական բնութագրերը նկարագրվում են լուծման առումով `որպես նվազագույն միավոր:

Թվային ցուցադրիչ ունեցող սենսորների և գործիքների համար բանաձևը որոշում է ցուցադրվող թվանշանների նվազագույն քանակը: Օրինակ ՝ էլեկտրոնային թվային տրամաչափի լուծաչափը 0.01 մմ է, իսկ ցուցիչի սխալը ՝ ± 0.02 մմ:

Մեկնություն 2. Բանաձևը բացարձակ թիվ է միավորներով: Օրինակ ՝ ջերմաստիճանի տվիչի լուծաչափը 0.1 ℃ է, արագացման տվիչի լուծաչափը ՝ 0.1 գ և այլն:

Բանաձևը բանաձևի հետ կապված և շատ նման հասկացություն է, երկուսն էլ ներկայացնում են սենսորի թույլատրելիությունը չափման ժամանակ:

Հիմնական տարբերությունն այն է, որ բանաձևը արտահայտվում է որպես սենսորի լուծման տոկոս: Այն հարաբերական է և չունի հարթություն: Օրինակ ՝ ջերմաստիճանի տվիչի լուծաչափը 0.1 ℃ է, ամբողջական տիրույթը ՝ 500 ℃, լուծաչափը ՝ 0.1/500 = 0.02%:

2. Կրկնվողություն.

Սահմանում. Սենսորի կրկնվողությունը վերաբերում է չափման արդյունքների միջև եղած տարբերության աստիճանին, երբ չափումը մի քանի անգամ կրկնվում է նույն ուղղությամբ նույն պայմանով: Նաև կոչվում է կրկնության սխալ, վերարտադրության սխալ և այլն:

Մեկնաբանություն 1. Սենսորի կրկնվող լինելը պետք է լինի նույն պայմաններում ստացված բազմաթիվ չափումների միջև եղած տարբերության աստիճանը: Եթե չափման պայմանները փոխվեն, ապա չափման արդյունքների միջև համեմատականությունը կվերանա, ինչը չի կարող օգտագործվել որպես կրկնվողության գնահատման հիմք:

Մեկնաբանություն 2. Սենսորի կրկնվողությունը ներկայացնում է սենսորի չափման արդյունքների ցրվածությունն ու պատահականությունը: Նման ցրվածության և պատահականության պատճառն այն է, որ սենսորի ներսում և դրսից անխուսափելիորեն գոյություն ունեն տարբեր պատահական խանգարումներ, ինչը հանգեցնում է սենսորի չափման վերջնական արդյունքների: ցույց տալով պատահական փոփոխականների բնութագրերը:

Մեկնաբանություն 3. Պատահական փոփոխականի ստանդարտ շեղումը կարող է օգտագործվել որպես վերարտադրելի քանակական արտահայտություն:

Մեկնաբանում 4. Բազմակի կրկնվող չափումների դեպքում չափման ավելի բարձր ճշգրտություն կարող է ձեռք բերվել, եթե բոլոր չափումների միջինը ընդունվի որպես չափման վերջնական արդյունք: Քանի որ միջինի ստանդարտ շեղումը զգալիորեն փոքր է յուրաքանչյուր չափման ստանդարտ շեղումից:

3. գծայնություն.

Սահմանում. Գծայնությունը (գծայնությունը) վերաբերում է սենսորի մուտքի և ելքի կորի շեղմանը իդեալական ուղիղ գծից:

Մեկնաբանություն 1. Սենսորային մուտքի/ելքի իդեալական հարաբերությունը պետք է լինի գծային, և դրա մուտքի/ելքի կորը պետք է լինի ուղիղ գիծ (կարմիր գծի ստորև ներկայացված նկարում):

Այնուամենայնիվ, իրական սենսորը քիչ թե շատ տարբեր սխալներ ունի, որի արդյունքում իրական մուտքի և ելքի կորը ոչ թե իդեալական ուղիղ գիծ է, այլ կոր (ստորև ներկայացված նկարի կանաչ կորը):

Գծայնությունը սենսորի փաստացի բնորոշ կորի և անցանց գծի միջև տարբերության աստիճանն է, որը հայտնի է նաև որպես ոչ գծային կամ ոչ գծային սխալ:

Մեկնաբանություն 2. Քանի որ սենսորի փաստացի բնորոշ կորի և իդեալական գծի միջև տարբերությունը տարբեր չափերի տարբեր է, տարբերության առավելագույն արժեքի հարաբերակցությունը ամբողջ տիրույթի արժեքին հաճախ օգտագործվում է ամբողջ տիրույթի տիրույթում: Ակնհայտ է , գծայնությունը նույնպես հարաբերական մեծություն է:

Մեկնաբանություն 3. Քանի որ սենսորի իդեալական գիծը անհայտ է ընդհանուր չափման իրավիճակի համար, այն հնարավոր չէ ձեռք բերել: Այդ պատճառով հաճախ փոխզիջումային մեթոդ է ընդունվում, այսինքն `ուղղակիորեն օգտագործելով սենսորի չափման արդյունքները` կցամասի գիծը հաշվարկելու համար որը մոտ է իդեալական գծին: Հաշվարկի հատուկ մեթոդները ներառում են վերջնակետային գծի մեթոդը, լավագույն գծի մեթոդը, նվազագույն քառակուսի մեթոդը և այլն:

4. Կայունություն.

Սահմանում. Կայունությունը սենսորի ունակությունն է պահպանել իր աշխատանքը որոշակի ժամանակահատվածում:

Մեկնաբանություն 1. Կայունությունը հիմնական ցուցիչն է `ուսումնասիրելու համար, թե արդյոք սենսորը կայուն է աշխատում որոշակի ժամանակահատվածում: Գործոնները, որոնք հանգեցնում են սենսորի անկայունությանը, հիմնականում ներառում են ջերմաստիճանի շեղում և ներքին սթրեսի ազատում: Հետևաբար, օգտակար է բարձրացնել ջերմաստիճանի փոխհատուցումը և ծերացման բուժում `կայունությունը բարելավելու համար:

Մեկնություն 2. Կայունությունը կարելի է բաժանել կարճաժամկետ կայունության և երկարաժամկետ կայունության ՝ ըստ ժամանակաշրջանի տևողության: Երբ դիտարկման ժամանակը չափազանց կարճ է, կայունությունն ու կրկնելիությունը մոտ են: Հետևաբար, կայունության ինդեքսը հիմնականում ուսումնասիրում է երկար -ժամկետային կայունություն: specificամանակի հատուկ տևողությունը `ըստ շրջակա միջավայրի օգտագործման և որոշելու պահանջների:

Մեկնաբանություն 3. Կայունության ինդեքսի քանակական արտահայտման համար կարող են օգտագործվել ինչպես բացարձակ սխալը, այնպես էլ հարաբերական սխալը: Օրինակ ՝ լարվածության ուժի տվիչը ունի 0.02%/12 ժ կայունություն:

5. Նմուշառման հաճախականություն.

Սահմանում. Նմուշի դրույքաչափը վերաբերում է չափման արդյունքների թվին, որոնք կարող են սենսորով նմուշառվել մեկ միավորի ժամանակի համար:

Մեկնաբանություն 1. Նմուշառման հաճախականությունը սենսորի դինամիկ բնութագրիչների ամենակարևոր ցուցանիշն է, որն արտացոլում է սենսորի արագ արձագանքման ունակությունը: Նմուշառման հաճախականությունը այն տեխնիկական ցուցանիշներից է, որը պետք է լիովին հաշվի առնել չափման արագ փոփոխության դեպքում: Շենոնի նմուշառման օրենքի համաձայն, սենսորի ընտրանքի հաճախականությունը չպետք է լինի 2 անգամ պակաս, քան չափված փոփոխության հաճախականությունը:

Մեկնաբանություն 2. Տարբեր հաճախականությունների օգտագործման դեպքում սենսորի ճշգրտությունը նույնպես համապատասխանաբար տարբերվում է: Ընդհանրապես, որքան մեծ է ընտրանքի հաճախականությունը, այնքան ցածր է չափման ճշտությունը:

Սենսորի ամենաբարձր ճշգրտությունը հաճախ ստացվում է ընտրանքի ամենացածր արագությամբ կամ նույնիսկ ստատիկ պայմաններում: Հետևաբար, սենսորների ընտրության ժամանակ պետք է հաշվի առնել ճշգրտությունն ու արագությունը:

Սենսորների նախագծման հինգ խորհուրդ

1. Սկսեք ավտոբուսի գործիքից

Որպես առաջին քայլ, ինժեները պետք է մոտենա `առաջինը միացնել սենսորը ավտոբուսի գործիքի միջոցով` անհայտությունը սահմանափակելու համար: Ավտոբուսի գործիքը միացնում է անհատական ​​համակարգչին (ԱՀ), այնուհետև սենսորի I2C, SPI կամ այլ արձանագրությանը, որը թույլ է տալիս սենսոր `« խոսելու »համար: Համակարգչային ծրագիր, որը կապված է ավտոբուսի գործիքի հետ, որն ապահովում է հայտնի և աշխատող աղբյուր տվյալների ուղարկման և ստացման համար, որը անհայտ, չստուգված ներդրված միկրոկառավարիչի (MCU) վարորդ չէ: Bus կոմունալ ծառայությունների համատեքստում մշակողը կարող է ուղարկել և ստանալ հաղորդագրություններ ՝ հասկանալու համար, թե ինչպես է աշխատում հատվածը, նախքան ներդրված մակարդակում աշխատելը:

2. Գրեք փոխանցման միջերեսի կոդը Python- ում

Երբ մշակողը փորձեց օգտագործել ավտոբուսի գործիքի սենսորները, հաջորդ քայլը սենսորների համար դիմումի կոդ գրելն է: Միկրոկոնտրոլերի կոդին ուղղակիորեն անցնելու փոխարեն, Python- ում գրեք դիմումի կոդը: Շատ ավտոբուսային ծառայություններ կազմաձևում են հավելումներ և նմուշի կոդ `գրելիս սցենարներ, որոնց Python- ը սովորաբար հետևում է: NET- ում առկա լեզուներից մեկը: Python- ում ծրագրեր գրելը արագ և հեշտ է, և այն հնարավորություն է տալիս սենսորները փորձարկել այնպիսի ծրագրերում, որոնք այնքան բարդ չեն, որքան ներկառուցված միջավայրում փորձարկումները: -մակարդակի ծածկագիրը ոչ ներդրված ինժեներներին կհեշտացնի սենսորային սցենարների և թեստերի արդյունահանումն առանց ներդրված ծրագրային ինժեների խնամքի:

3. Սենսորը փորձարկեք Micro Python- ով

Python- ում առաջին կիրառական ծածկագիրը գրելու առավելություններից մեկն այն է, որ Bus- կոմունալ հավելվածի ծրագրավորման զանգերը ծրագրավորման ինտերֆեյսին (API) կարող են հեշտությամբ փոխանակվել ՝ զանգահարելով Micro Python: Micro Python- ն աշխատում է իրական ժամանակում ներդրված ծրագրակազմում, որն ունի բազմաթիվ սենսորներ ինժեներների համար `հասկանալու դրա արժեքը: Micro Python- ն աշխատում է Cortex-M4 պրոցեսորով, և դա լավ միջավայր է, որտեղից կարելի է կարգաբերել ծրագրի ծածկագիրը: Ոչ միայն պարզ է, այլևս կարիք չկա այստեղ գրել I2C կամ SPI վարորդներ, քանի որ դրանք արդեն ընդգրկված են Micro Python- ի գործառույթում գրադարան.

4. Օգտագործեք տվիչների մատակարարի ծածկագիրը

Sampleանկացած նմուշի կոդ, որը կարելի է «քերել» սենսոր արտադրողի կողմից, ինժեներները ստիպված կլինեն երկար ճանապարհ անցնել ՝ հասկանալու համար, թե ինչպես է աշխատում սենսորը: fortunatelyավոք, սենսորային վաճառողներից շատերը ներդրված ծրագրակազմի նախագծման փորձագետներ չեն, ուստի մի ակնկալեք, որ կգտնեք Գեղեցիկ ճարտարապետության և նրբագեղության պատրաստ օրինակ: Պարզապես օգտագործեք վաճառողի ծածկագիրը, իմացեք, թե ինչպես է աշխատում այս հատվածը, և վերափոխման հիասթափությունը կառաջանա, մինչև այն մաքուր կերպով ինտեգրվի ներկառուցված ծրագրակազմին: Այն կարող է սկսվել որպես «սպագետտի», բայց օգտագործող արտադրողներին «Հասկանալով, թե ինչպես են աշխատում իրենց տվիչները, կօգնի կրճատել շատ ավերված հանգստյան օրեր ՝ մինչև արտադրանքի գործարկումը:

5. Օգտագործեք սենսորների միաձուլման գործառույթների գրադարան

Հավանական է, որ սենսորի փոխանցման միջերեսը նոր չէ և նախկինում արված չէր: Բոլոր գործառույթների հայտնի գրադարանները, օրինակ ՝ չիպերի արտադրողների կողմից տրամադրված «Sensor Fusion function Library» - ն, օգնում են մշակողներին արագ սովորել, կամ նույնիսկ ավելի լավ, և խուսափել դրանցից: ապրանքի ճարտարապետության վերամշակման կամ կտրուկ փոփոխման ցիկլը: Շատ տվիչներ կարող են ինտեգրվել ընդհանուր տեսակների կամ կատեգորիաների, և այդ տեսակները կամ կատեգորիաները հնարավորություն կտան սահուն զարգացնել վարորդները, որոնք ճիշտ վարվելու դեպքում գրեթե ունիվերսալ են կամ ավելի քիչ օգտագործման համար: Գտեք այս գրադարանները սենսորների միաձուլման գործառույթները և սովորել դրանց ուժեղ և թույլ կողմերը:

Երբ սենսորները ինտեգրվում են ներկառուցված համակարգերին, կան բազմաթիվ եղանակներ, որոնք կօգնեն բարելավել դիզայնի ժամանակը և օգտագործման հարմարավետությունը: Մշակողները երբեք չեն կարող «սխալվել» ՝ իմանալով, թե ինչպես են սենսորներն աշխատում դիզայնի սկզբում և նախքան դրանք ինտեգրվելը: ավելի ցածր մակարդակի համակարգ: Այսօր առկա ռեսուրսներից շատերը կօգնեն մշակողներին «հարվածել գետնին» ՝ առանց զրոյից սկսելու: