Սենսորի հինգ նախագծման հմտություններ և տեխնիկական ցուցանիշներ

Սենսորների թիվը աճում է Երկրի մակերևույթին և մեր շրջապատող տիեզերքում՝ աշխարհին տրամադրելով տվյալներ: Այս մատչելի սենսորները «Իրերի ինտերնետի» զարգացման և մեր հասարակության առջև ծառացած թվային հեղափոխության շարժիչ ուժն են, սակայն սենսորներից տվյալներին միանալը և դրանց հասանելիությունը միշտ չէ, որ ուղիղ կամ հեշտ է ընթանում: Այս հոդվածը կներկայացնի սենսորների տեխնիկական ինդեքսը, 5 դիզայնի հմտություններ և OEM ձեռնարկություններ:

Նախևառաջ, տեխնիկական ինդեքսը արտադրանքի կատարողականը բնութագրելու օբյեկտիվ հիմքն է: Տեխնիկական ցուցանիշների ըմբռնումը նպաստում է արտադրանքի ճիշտ ընտրությանը և օգտագործմանը: Սենսորի տեխնիկական ցուցանիշները բաժանվում են ստատիկ և դինամիկ ցուցանիշների: Ստատիկ ցուցանիշները հիմնականում ուսումնասիրում են սենսորի աշխատանքը ստատիկ անփոփոխության պայմաններում, ներառյալ լուծաչափը, կրկնելիությունը, զգայունությունը, գծայնությունը, վերադարձի սխալը, շեմը, սողալը, կայունությունը և այլն: Դինամիկ ինդեքսը հիմնականում ուսումնասիրում է սենսորի աշխատանքը արագ փոփոխության պայմաններում, ներառյալ հաճախականության արձագանքը և քայլային արձագանքը:

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

1, որոշում և որոշում.

Սահմանում. Լուծաչափը վերաբերում է սենսորը կարող է հայտնաբերել չափված ամենափոքր փոփոխությանը: Լուծաչափը վերաբերում է լուծաչափի և լրիվ մասշտաբի արժեքի հարաբերակցությանը:

Մեկնաբանություն 1. Լուծաչափը սենսորի ամենահիմնական ցուցանիշն է: Այն ներկայացնում է սենսորի չափվող օբյեկտները տարբերակելու ունակությունը: Սենսորի մյուս տեխնիկական բնութագրերը նկարագրվում են լուծաչափի տեսանկյունից՝ որպես նվազագույն միավոր:

Թվային էկրանով սենսորների և սարքերի համար լուծաչափը որոշում է ցուցադրվող թվանշանների նվազագույն քանակը: Օրինակ, էլեկտրոնային թվային չափիչի լուծաչափը 0.01 մմ է, իսկ ցուցիչի սխալը՝ ±0.02 մմ:

Մեկնաբանություն 2. Լուծաչափը բացարձակ թիվ է՝ միավորներով: Օրինակ՝ ջերմաստիճանի սենսորի լուծաչափը 0.1℃ է, արագացման սենսորի լուծաչափը՝ 0.1g և այլն:

Մեկնաբանություն 3. Լուծաչափը լուծաչափին առնչվող և շատ նման հասկացություն է, երկուսն էլ ներկայացնում են սենսորի լուծաչափը չափման նկատմամբ։

Հիմնական տարբերությունն այն է, որ լուծաչափը արտահայտվում է սենսորի լուծաչափի տոկոսային հարաբերությամբ։ Այն հարաբերական է և չափ չունի։ Օրինակ՝ ջերմաստիճանի սենսորի լուծաչափը 0.1℃ է, լրիվ տիրույթը՝ 500℃, լուծաչափը՝ 0.1/500=0.02%։

2. Կրկնելիություն.

Սահմանում. Սենսորի կրկնելիությունը վերաբերում է չափման արդյունքների միջև տարբերության աստիճանին, երբ չափումը կրկնվում է մի քանի անգամ նույն ուղղությամբ և նույն պայմաններում: Այն նաև կոչվում է կրկնության սխալ, վերարտադրության սխալ և այլն:

Մեկնաբանություն 1. Սենսորի կրկնելիությունը պետք է լինի նույն պայմաններում ստացված բազմաթիվ չափումների միջև տարբերության աստիճանը։ Եթե չափման պայմանները փոխվեն, չափման արդյունքների միջև համեմատելիությունը կվերանա, ինչը չի կարող օգտագործվել որպես կրկնելիության գնահատման հիմք։

Մեկնաբանություն 2. Սենսորի կրկնելիությունը ներկայացնում է սենսորի չափման արդյունքների ցրվածությունն ու պատահականությունը: Նման ցրվածության և պատահականության պատճառն այն է, որ սենսորի ներսում և դրսում անխուսափելիորեն գոյություն ունեն տարբեր պատահական խանգարումներ, ինչի արդյունքում սենսորի վերջնական չափման արդյունքները ցույց են տալիս պատահական փոփոխականների բնութագրերը:

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

Մեկնաբանություն 4. Բազմակի կրկնվող չափումների դեպքում կարելի է ստանալ ավելի բարձր չափման ճշգրտություն, եթե բոլոր չափումների միջինը վերցվի որպես չափման վերջնական արդյունք, քանի որ միջինի ստանդարտ շեղումը զգալիորեն փոքր է յուրաքանչյուր չափման ստանդարտ շեղումից։

3. Գծայնություն։

Սահմանում. Գծայնությունը (Linearity) վերաբերում է սենսորի մուտքային և ելքային կորի շեղմանը իդեալական ուղիղ գծից:

Մեկնաբանություն 1. Սենսորի մուտքի/ելքի իդեալական կապը պետք է լինի գծային, իսկ մուտքի/ելքի կորը՝ ուղիղ գիծ (ներքևում նկարում կարմիր գիծը):

Սակայն, իրական սենսորը մոտավորապես ունի բազմազան սխալներ, ինչի արդյունքում իրական մուտքային և ելքային կորը իդեալական ուղիղ գիծ չէ, այլ կոր (ներքևում նկարում կանաչ կորը):

Գծայինությունը սենսորի իրական բնութագրական կորի և անջատված գծի միջև տարբերության աստիճանն է, որը հայտնի է նաև որպես ոչ գծային կամ ոչ գծային սխալ։

Մեկնաբանություն 2. Քանի որ սենսորի իրական բնութագրական կորի և իդեալական գծի միջև տարբերությունը տարբեր է չափման տարբեր չափերի դեպքում, տարբերության առավելագույն արժեքի և լրիվ տիրույթի արժեքի հարաբերակցությունը հաճախ օգտագործվում է լրիվ տիրույթի տիրույթում: Ակնհայտ է, որ գծայնությունը նույնպես հարաբերական մեծություն է:

Մեկնաբանություն 3. Քանի որ սենսորի իդեալական գիծը անհայտ է ընդհանուր չափման իրավիճակի համար, այն հնարավոր չէ ստանալ: Այդ պատճառով հաճախ կիրառվում է փոխզիջումային մեթոդ, այսինքն՝ սենսորի չափման արդյունքներն անմիջապես օգտագործելով՝ հաշվարկելու համար իդեալական գծին մոտ գտնվող համապատասխան գիծը: Հաշվարկման հատուկ մեթոդներն են՝ վերջնակետի գծի մեթոդը, լավագույն գծի մեթոդը, նվազագույն քառակուսիների մեթոդը և այլն:

4. Կայունություն։

Սահմանում. Կայունությունը սենսորի ունակությունն է պահպանելու իր աշխատանքը որոշակի ժամանակահատվածում։

Մեկնաբանություն 1. Կայունությունը հիմնական ցուցանիշն է՝ հետազոտելու համար, թե արդյոք սենսորը կայուն է աշխատում որոշակի ժամանակահատվածում: Սենսորի անկայունությանը հանգեցնող գործոնները հիմնականում ներառում են ջերմաստիճանի շեղումը և ներքին լարվածության ազատումը: Հետևաբար, օգտակար է բարձրացնել ջերմաստիճանի փոխհատուցումը և ծերացման բուժումը՝ կայունությունը բարելավելու համար:

Մեկնաբանություն 2. Կայունությունը կարելի է բաժանել կարճաժամկետ կայունության և երկարաժամկետ կայունության՝ կախված ժամանակահատվածի տևողությունից։ Երբ դիտարկման ժամանակը չափազանց կարճ է, կայունությունն ու կրկնելիությունը մոտ են։ Հետևաբար, կայունության ինդեքսը հիմնականում ուսումնասիրում է երկարաժամկետ կայունությունը։ Ժամանակի կոնկրետ տևողությունը որոշվում է միջավայրի օգտագործման և պահանջների համաձայն։

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

5. Նմուշառման հաճախականությունը՝

Սահմանում. Նմուշառման հաճախականությունը վերաբերում է չափման արդյունքների քանակին, որոնք կարող են նմուշառվել սենսորով մեկ միավոր ժամանակում:

Մեկնաբանություն 1. Նմուշառման հաճախականությունը սենսորի դինամիկ բնութագրերի ամենակարևոր ցուցանիշն է, որը արտացոլում է սենսորի արագ արձագանքման ունակությունը: Նմուշառման հաճախականությունը տեխնիկական ցուցանիշներից մեկն է, որը պետք է լիովին հաշվի առնվի չափման արագ փոփոխության դեպքում: Շենոնի նմուշառման օրենքի համաձայն, սենսորի նմուշառման հաճախականությունը չպետք է լինի չափվածի փոփոխության հաճախականության 2-ապատիկից պակաս:

Մեկնաբանություն 2. Տարբեր հաճախականությունների օգտագործման դեպքում սենսորի ճշգրտությունը նույնպես համապատասխանաբար տատանվում է։ Ընդհանուր առմամբ, որքան բարձր է նմուշառման հաճախականությունը, այնքան ցածր է չափման ճշգրտությունը։

Սենսորի ամենաբարձր ճշգրտությունը հաճախ ստացվում է ամենացածր նմուշառման արագությամբ կամ նույնիսկ ստատիկ պայմաններում: Հետևաբար, սենսորի ընտրության ժամանակ պետք է հաշվի առնել ճշգրտությունը և արագությունը:

Սենսորների նախագծման հինգ խորհուրդ

1. Սկսեք ավտոբուսային գործիքից

Որպես առաջին քայլ, ինժեները պետք է նախ միացնի սենսորը ավտոբուսային գործիքի միջոցով՝ անհայտը սահմանափակելու համար: Ավտոբուսը միացնում է անձնական համակարգիչը (PC), ապա սենսորի I2C, SPI կամ այլ արձանագրությանը, որը թույլ է տալիս սենսորին «խոսել»: Ավտոբուսի գործիքի հետ կապված համակարգչային ծրագիր, որը տրամադրում է տվյալներ ուղարկելու և ստանալու հայտնի և գործող աղբյուր, որը անհայտ, չհաստատված ներդրված միկրոկառավարիչի (MCU) դրայվեր չէ: Ավտոբուսի օգտակար ծրագրի համատեքստում մշակողը կարող է ուղարկել և ստանալ հաղորդագրություններ՝ հասկանալու համար, թե ինչպես է աշխատում բաժինը, նախքան ներդրված մակարդակում աշխատելը փորձելը:

2. Գրեք փոխանցման ինտերֆեյսի կոդը Python-ով

Երբ մշակողը փորձի օգտագործել ավտոբուսային գործիքի սենսորները, հաջորդ քայլը սենսորների համար ծրագրային կոդ գրելն է: Միկրոկառավարիչի կոդին անմիջապես անցնելու փոխարեն, գրեք ծրագրային կոդ Python-ով: Շատ ավտոբուսային ծրագրեր սկրիպտներ գրելիս կարգավորում են միացումները և նմուշային կոդը, որոնք Python-ը սովորաբար հետևում է: NET-ը հասանելի լեզուներից մեկն է: Python-ով ծրագրեր գրելը արագ և հեշտ է, և այն հնարավորություն է տալիս փորձարկել սենսորները այնպիսի ծրագրերում, որոնք այնքան բարդ չեն, որքան ներդրված միջավայրում փորձարկումը: Բարձր մակարդակի կոդ ունենալը կհեշտացնի ոչ ներդրված ինժեներների համար սենսորային սկրիպտներ և թեստեր արդյունահանել առանց ներդրված ծրագրային ապահովման ինժեների օգնության:

3. Ստուգեք սենսորը Micro Python-ով

Python-ում առաջին ծրագրային կոդը գրելու առավելություններից մեկն այն է, որ Bus-utility ծրագրային ծրագրավորման ինտերֆեյսին (API) ծրագրային կանչերը կարող են հեշտությամբ փոխարինվել Micro Python-ը կանչելով: Micro Python-ը աշխատում է իրական ժամանակի ներկառուցված ծրագրաշարով, որն ունի բազմաթիվ սենսորներ, որպեսզի ինժեներները հասկանան դրա արժեքը: Micro Python-ը աշխատում է Cortex-M4 պրոցեսորի վրա, և այն լավ միջավայր է ծրագրային կոդը վրիպազերծելու համար: Այն ոչ միայն պարզ է, այլև այստեղ I2C կամ SPI դրայվերներ գրելու անհրաժեշտություն չկա, քանի որ դրանք արդեն ներառված են Micro Python-ի ֆունկցիաների գրադարանում:

4. Օգտագործեք սենսորների մատակարարի կոդը

Ցանկացած նմուշ կոդ, որը կարող է «քաշվել» սենսորների արտադրողից, ինժեներները պետք է երկար ճանապարհ անցնեն՝ հասկանալու համար, թե ինչպես է աշխատում սենսորը։ Դժբախտաբար, շատ սենսորների վաճառողներ ներդրված ծրագրային ապահովման նախագծման մասնագետներ չեն, ուստի մի սպասեք գտնել գեղեցիկ ճարտարապետության և նրբագեղության արտադրության համար պատրաստ օրինակ։ Պարզապես օգտագործեք վաճառողի կոդը, սովորեք, թե ինչպես է այս մասը աշխատում, և վերափոխման հետ կապված հիասթափությունը կառաջանա մինչև այն մաքուր ինտեգրվի ներդրված ծրագրային ապահովման մեջ։ Այն կարող է սկսվել որպես «սպագետի», բայց արտադրողների կողմից իրենց սենսորների աշխատանքի վերաբերյալ գիտելիքների օգտագործումը կօգնի կրճատել արտադրանքի թողարկումից առաջ շատ փչացած շաբաթավերջեր։

5. Օգտագործեք սենսորների միաձուլման ֆունկցիաների գրադարան

Հավանական է, որ սենսորի փոխանցման ինտերֆեյսը նոր չէ և նախկինում չի ստեղծվել։ Բոլոր գործառույթների հայտնի գրադարանները, ինչպիսին է «Սենսորային միաձուլման ֆունկցիաների գրադարանը», որը տրամադրվում է բազմաթիվ չիպերի արտադրողների կողմից, օգնում են մշակողներին արագ սովորել, կամ նույնիսկ ավելի լավ, և խուսափել արտադրանքի ճարտարապետության վերափոխման կամ կտրուկ փոփոխության ցիկլից։ Շատ սենսորներ կարող են ինտեգրվել ընդհանուր տեսակների կամ կատեգորիաների մեջ, և այս տեսակները կամ կատեգորիաները հնարավորություն կտան սահուն մշակել դրայվերներ, որոնք, եթե ճիշտ կառավարվեն, գրեթե ունիվերսալ են կամ պակաս վերաօգտագործելի։ Գտեք սենսորային միաձուլման ֆունկցիաների այս գրադարանները և ուսումնասիրեք դրանց ուժեղ և թույլ կողմերը։

Երբ սենսորները ինտեգրվում են ներդրված համակարգերի մեջ, կան բազմաթիվ եղանակներ, որոնք կարող են օգնել բարելավել նախագծման ժամանակը և օգտագործման հեշտությունը: Մշակողները երբեք չեն կարող «սխալվել»՝ սովորելով, թե ինչպես են աշխատում սենսորները՝ նախագծման սկզբում և նախքան դրանք ավելի ցածր մակարդակի համակարգի մեջ ինտեգրելը, բարձր մակարդակի աբստրակցիայից: Այսօր առկա բազմաթիվ ռեսուրսներ կօգնեն մշակողներին «սկսել աշխատանքը»՝ առանց զրոյից սկսելու անհրաժեշտության: