شما می‌توانید از انتشار هر محصول جدید در اینجا مطلع شوید و شاهد رشد و نوآوری ما باشید.
تاریخ：۱۶-۰۸-۲۰۲۱
تعداد حسگرها در سراسر سطح زمین و در فضاهای اطراف ما در حال افزایش است و داده‌ها را در اختیار جهان قرار می‌دهد. این حسگرهای مقرون‌به‌صرفه نیروی محرکه توسعه اینترنت اشیا و انقلاب دیجیتالی هستند که جامعه ما با آن روبرو است، اما اتصال و دسترسی به داده‌ها از حسگرها همیشه ساده یا آسان نیست. این مقاله به معرفی شاخص فنی حسگر، 5 مهارت طراحی و شرکت‌های OEM می‌پردازد.
اول از همه، شاخص فنی مبنای عینی برای توصیف عملکرد یک محصول است. درک شاخص‌های فنی، به انتخاب و استفاده صحیح از محصول کمک می‌کند. شاخص‌های فنی سنسور به شاخص‌های استاتیک و شاخص‌های دینامیک تقسیم می‌شوند. شاخص‌های استاتیک عمدتاً عملکرد سنسور را تحت شرایط تغییرناپذیری استاتیک، از جمله وضوح، تکرارپذیری، حساسیت، خطی بودن، خطای بازگشتی، آستانه، خزش، پایداری و غیره بررسی می‌کنند. شاخص دینامیک عمدتاً عملکرد سنسور را تحت شرایط تغییر سریع، از جمله پاسخ فرکانسی و پاسخ پله‌ای بررسی می‌کند.
با توجه به شاخص‌های فنی متعدد این حسگر، داده‌ها و منابع مختلف از زوایای مختلف توصیف شده‌اند، به طوری که افراد مختلف درک‌های متفاوتی از آن دارند و حتی ممکن است دچار سوءتفاهم و ابهام شوند. برای این منظور، چندین شاخص فنی اصلی زیر برای حسگر تفسیر می‌شوند:
۱، وضوح و تفکیک‌پذیری:
تعریف: وضوح به کوچکترین تغییر اندازه‌گیری شده‌ای که یک حسگر می‌تواند تشخیص دهد اشاره دارد. وضوح به نسبت وضوح به مقدار مقیاس کامل اشاره دارد.
تفسیر ۱: وضوح تصویر اساسی‌ترین شاخص یک حسگر است. این شاخص، توانایی حسگر در تشخیص اشیاء اندازه‌گیری شده را نشان می‌دهد. سایر مشخصات فنی حسگر بر اساس وضوح تصویر به عنوان حداقل واحد توصیف شده‌اند.
برای حسگرها و ابزارهایی با نمایشگر دیجیتال، وضوح تصویر حداقل تعداد ارقام قابل نمایش را تعیین می‌کند. برای مثال، وضوح کولیس دیجیتال الکترونیکی 0.01 میلی‌متر و خطای نشانگر ±0.02 میلی‌متر است.
تفسیر ۲: تفکیک‌پذیری یک عدد مطلق با واحد است. برای مثال، تفکیک‌پذیری یک حسگر دما ۰.۱ درجه سانتیگراد، تفکیک‌پذیری یک حسگر شتاب ۰.۱ گرم و غیره است.
تفسیر ۳: تفکیک‌پذیری مفهومی مرتبط و بسیار مشابه با تفکیک‌پذیری است، که هر دو نشان‌دهنده‌ی تفکیک‌پذیری یک حسگر نسبت به یک اندازه‌گیری هستند.
تفاوت اصلی این است که رزولوشن به صورت درصدی از رزولوشن سنسور بیان می‌شود. این نسبی است و هیچ بعدی ندارد. برای مثال، رزولوشن سنسور دما 0.1 درجه سانتیگراد، رنج کامل 500 درجه سانتیگراد، رزولوشن 0.1/500 = 0.02٪ است.
۲. تکرارپذیری:
تعریف: تکرارپذیری حسگر به میزان اختلاف بین نتایج اندازه‌گیری اشاره دارد، زمانی که اندازه‌گیری چندین بار در یک جهت و تحت شرایط یکسان تکرار می‌شود. همچنین خطای تکرار، خطای بازتولید و غیره نامیده می‌شود.
تفسیر ۱: تکرارپذیری یک حسگر باید درجه اختلاف بین اندازه‌گیری‌های متعدد به‌دست‌آمده تحت شرایط یکسان باشد. اگر شرایط اندازه‌گیری تغییر کند، قابلیت مقایسه بین نتایج اندازه‌گیری از بین می‌رود، که نمی‌تواند به‌عنوان مبنایی برای ارزیابی تکرارپذیری استفاده شود.
تفسیر ۲: تکرارپذیری حسگر، نشان‌دهنده پراکندگی و تصادفی بودن نتایج اندازه‌گیری حسگر است. دلیل چنین پراکندگی و تصادفی بودن این است که اختلالات تصادفی مختلفی به ناچار در داخل و خارج حسگر وجود دارند و در نتیجه نتایج اندازه‌گیری نهایی حسگر، ویژگی‌های متغیرهای تصادفی را نشان می‌دهند.
تفسیر ۳: انحراف معیار متغیر تصادفی می‌تواند به عنوان یک عبارت کمی تکرارپذیر مورد استفاده قرار گیرد.
تفسیر ۴: برای اندازه‌گیری‌های مکرر متعدد، اگر میانگین تمام اندازه‌گیری‌ها به عنوان نتیجه نهایی اندازه‌گیری در نظر گرفته شود، می‌توان دقت اندازه‌گیری بالاتری را به دست آورد. زیرا انحراف معیار میانگین به طور قابل توجهی کوچکتر از انحراف معیار هر معیار است.
۳. خطی بودن:
تعریف: خطی بودن (Linearity) به انحراف منحنی ورودی و خروجی سنسور از خط مستقیم ایده آل اشاره دارد.
تفسیر ۱: رابطه ورودی/خروجی ایده‌آل سنسور باید خطی باشد و منحنی ورودی/خروجی آن باید یک خط مستقیم باشد (خط قرمز در شکل زیر).
با این حال، سنسور واقعی کم و بیش خطاهای متنوعی دارد که منجر به این می‌شود که منحنی ورودی و خروجی واقعی، خط مستقیم ایده‌آل نباشد، بلکه یک منحنی باشد (منحنی سبز در شکل زیر).
خطی بودن، درجه اختلاف بین منحنی مشخصه واقعی سنسور و خط خارج از خط است که به عنوان غیرخطی بودن یا خطای غیرخطی نیز شناخته می‌شود.
تفسیر ۲: از آنجا که اختلاف بین منحنی مشخصه واقعی سنسور و خط ایده‌آل در اندازه‌های مختلف اندازه‌گیری متفاوت است، اغلب در محدوده محدوده کامل از نسبت حداکثر مقدار اختلاف به مقدار کل محدوده استفاده می‌شود. بدیهی است که خطی بودن نیز یک کمیت نسبی است.
تفسیر ۳: از آنجا که خط ایده‌آل سنسور برای شرایط اندازه‌گیری عمومی ناشناخته است، نمی‌توان آن را به دست آورد. به همین دلیل، اغلب یک روش مصالحه اتخاذ می‌شود، یعنی استفاده مستقیم از نتایج اندازه‌گیری سنسور برای محاسبه خط برازش که نزدیک به خط ایده‌آل است. روش‌های محاسبه خاص شامل روش خط نقطه پایانی، روش بهترین خط، روش حداقل مربعات و غیره است.
۴. پایداری:
تعریف: پایداری، توانایی یک حسگر در حفظ عملکرد خود در طول زمان است.
تفسیر ۱: پایداری، شاخص اصلی برای بررسی عملکرد پایدار حسگر در یک بازه زمانی خاص است. عواملی که منجر به ناپایداری حسگر می‌شوند، عمدتاً شامل رانش دما و آزادسازی تنش داخلی هستند. بنابراین، افزایش جبران دما و عملیات پیرسازی برای بهبود پایداری مفید است.
تفسیر ۲: پایداری را می‌توان بر اساس طول دوره زمانی به پایداری کوتاه‌مدت و پایداری بلندمدت تقسیم کرد. وقتی زمان مشاهده خیلی کوتاه باشد، پایداری و تکرارپذیری نزدیک به هم هستند. بنابراین، شاخص پایداری عمدتاً پایداری بلندمدت را بررسی می‌کند. طول زمان خاص، با توجه به استفاده از محیط و الزامات تعیین می‌شود.
تفسیر ۳: هم خطای مطلق و هم خطای نسبی می‌توانند برای بیان کمی شاخص پایداری استفاده شوند. برای مثال، یک حسگر نیرو از نوع کرنشی دارای پایداری ۰.۰۲٪/۱۲ ساعت است.
۵. فرکانس نمونه‌برداری:
تعریف: نرخ نمونه‌برداری به تعداد نتایج اندازه‌گیری که حسگر می‌تواند در واحد زمان نمونه‌برداری کند، اشاره دارد.
تفسیر ۱: فرکانس نمونه‌برداری مهم‌ترین شاخص ویژگی‌های دینامیکی حسگر است که نشان‌دهنده توانایی پاسخ سریع حسگر است. فرکانس نمونه‌برداری یکی از شاخص‌های فنی است که باید در صورت تغییر سریع اندازه‌گیری به طور کامل در نظر گرفته شود. طبق قانون نمونه‌برداری شانون، فرکانس نمونه‌برداری حسگر نباید کمتر از ۲ برابر فرکانس تغییر اندازه‌گیری شده باشد.
تفسیر ۲: با استفاده از فرکانس‌های مختلف، دقت حسگر نیز متناسب با آن تغییر می‌کند. به طور کلی، هرچه فرکانس نمونه‌برداری بالاتر باشد، دقت اندازه‌گیری کمتر است.
بالاترین دقت حسگر اغلب در کمترین سرعت نمونه‌برداری یا حتی تحت شرایط استاتیک به دست می‌آید. بنابراین، دقت و سرعت باید در انتخاب حسگر در نظر گرفته شوند.
پنج نکته طراحی برای حسگرها
۱. با ابزار گذرگاه شروع کنید
به عنوان اولین قدم، مهندس باید رویکرد اتصال اولیه حسگر از طریق یک ابزار گذرگاه (باس) را برای محدود کردن ناشناخته‌ها در پیش بگیرد. یک ابزار گذرگاه، یک کامپیوتر شخصی (PC) و سپس به I2C، SPI یا پروتکل دیگری که به حسگر اجازه «صحبت کردن» می‌دهد، متصل می‌کند. یک برنامه کامپیوتری مرتبط با یک ابزار گذرگاه که یک منبع شناخته شده و فعال برای ارسال و دریافت داده‌ها فراهم می‌کند که یک درایور میکروکنترلر تعبیه شده (MCU) ناشناخته و احراز هویت نشده نیست. در زمینه ابزار گذرگاه، توسعه‌دهنده می‌تواند پیام‌هایی را ارسال و دریافت کند تا قبل از تلاش برای کار در سطح تعبیه شده، درکی از نحوه عملکرد بخش داشته باشد.
۲. کد رابط انتقال را در پایتون بنویسید
پس از اینکه توسعه‌دهنده استفاده از حسگرهای ابزار گذرگاه را امتحان کرد، مرحله بعدی نوشتن کد برنامه برای حسگرها است. به جای پرش مستقیم به کد میکروکنترلر، کد برنامه را در پایتون بنویسید. بسیاری از ابزارهای گذرگاه هنگام نوشتن اسکریپت‌ها، افزونه‌ها و کد نمونه را پیکربندی می‌کنند که پایتون معمولاً از آن پیروی می‌کند.NET یکی از زبان‌های موجود در.net است. نوشتن برنامه‌ها در پایتون سریع و آسان است و راهی برای آزمایش حسگرها در برنامه‌هایی فراهم می‌کند که به پیچیدگی آزمایش در یک محیط تعبیه‌شده نیستند. داشتن کد سطح بالا، کاوش اسکریپت‌ها و آزمایش‌های حسگر را بدون نیاز به مهندس نرم‌افزار تعبیه‌شده برای مهندسان غیر تعبیه‌شده آسان می‌کند.
۳. سنسور را با میکرو پایتون تست کنید
یکی از مزایای نوشتن اولین کد برنامه در پایتون این است که فراخوانی‌های برنامه به رابط برنامه‌نویسی کاربردی (API) Bus-utility را می‌توان به راحتی با فراخوانی Micro Python تغییر داد. Micro Python در نرم‌افزار تعبیه‌شده‌ی بلادرنگ اجرا می‌شود که حسگرهای زیادی برای مهندسان دارد تا ارزش آن را درک کنند. Micro Python روی یک پردازنده Cortex-M4 اجرا می‌شود و محیط خوبی برای اشکال‌زدایی کد برنامه است. این کار نه تنها ساده است، بلکه نیازی به نوشتن درایورهای I2C یا SPI در اینجا نیست، زیرا آنها از قبل در کتابخانه توابع Micro Python پوشش داده شده‌اند.
۴. از کد تأمین‌کننده حسگر استفاده کنید
هر نمونه کدی که بتوان از یک تولیدکننده حسگر «اسکراپ» کرد، مهندسان باید راه درازی را طی کنند تا بفهمند حسگر چگونه کار می‌کند. متأسفانه، بسیاری از فروشندگان حسگر در طراحی نرم‌افزار تعبیه‌شده متخصص نیستند، بنابراین انتظار نداشته باشید که یک نمونه آماده تولید با معماری زیبا و ظرافت پیدا کنید. فقط از کد فروشنده استفاده کنید، نحوه کار این قطعه را یاد بگیرید و تا زمانی که بتوان آن را به طور کامل در نرم‌افزار تعبیه‌شده ادغام کرد، ناامیدی از بازسازی آن به وجود خواهد آمد. ممکن است در ابتدا مثل «اسپاگتی» باشد، اما بهره‌برداری از درک تولیدکنندگان از نحوه کار حسگرهایشان به کاهش بسیاری از آخر هفته‌های خراب قبل از عرضه محصول کمک خواهد کرد.
۵. از کتابخانه‌ای از توابع ادغام حسگر استفاده کنید
احتمالاً رابط انتقال حسگر جدید نیست و قبلاً انجام نشده است. کتابخانه‌های شناخته‌شده از همه توابع، مانند «کتابخانه تابع ادغام حسگر» که توسط بسیاری از تولیدکنندگان تراشه ارائه می‌شود، به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا به سرعت یا حتی بهتر یاد بگیرند و از چرخه توسعه مجدد یا اصلاح شدید معماری محصول جلوگیری کنند. بسیاری از حسگرها را می‌توان در انواع یا دسته‌های عمومی ادغام کرد و این نوع یا دسته‌ها امکان توسعه روان درایورهایی را فراهم می‌کنند که در صورت مدیریت صحیح، تقریباً جهانی یا کمتر قابل استفاده مجدد هستند. این کتابخانه‌های توابع ادغام حسگر را پیدا کنید و نقاط قوت و ضعف آنها را بیاموزید.
وقتی حسگرها در سیستم‌های تعبیه‌شده ادغام می‌شوند، راه‌های زیادی برای کمک به بهبود زمان طراحی و سهولت استفاده وجود دارد. توسعه‌دهندگان هرگز نمی‌توانند با یادگیری نحوه کار حسگرها از سطح بالایی از انتزاع در ابتدای طراحی و قبل از ادغام آنها در یک سیستم سطح پایین‌تر، «اشتباه کنند». بسیاری از منابع موجود امروز به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند تا بدون نیاز به شروع از ابتدا، «کار را از ابتدا شروع کنند».
آدرس：شماره ۲۷، جاده بینهای جنوبی ۳، منطقه توسعه اقتصادی یوئکینگ، شهر ونژو، استان ژجیانگ، چین.
