ما به رشد جهان از سال 2004 کمک می کنیم

پنج مهارت طراحی و شاخص های فنی سنسور

تعداد سنسورها در سطح زمین و فضاهای اطراف ما در حال تکثیر است و داده ها را در اختیار جهان قرار می دهد. این سنسورهای مقرون به صرفه نیروی محرک توسعه اینترنت اشیا و انقلاب دیجیتالی هستند که جامعه ما با آن روبرو است ، اما در حال اتصال است و دسترسی به داده های حسگرها همیشه مستقیم یا آسان انجام نمی شود. این مقاله شاخص فنی سنسور ، 5 مهارت طراحی و شرکت های OEM را معرفی می کند.

اول از همه ، شاخص فنی اساس عینی برای توصیف عملکرد یک محصول است. درک شاخص های فنی ، کمک به انتخاب و استفاده صحیح از محصول. شاخص های فنی سنسور به شاخص های ایستا و شاخص های پویا تقسیم می شوند. شاخص های ایستا عمدتا عملکرد سنسور را تحت شرایط تغییر ناپذیری استاتیک ، شامل وضوح ، تکرارپذیری ، حساسیت ، خطی بودن ، خطای بازگشت ، آستانه ، خزش ، ثبات و غیره مورد بررسی قرار می دهند. شاخص پویا عمدتا عملکرد سنسور را تحت شرایط بررسی می کند تغییرات سریع ، از جمله پاسخ فرکانسی و پاسخ گام.

با توجه به شاخص های فنی متعدد سنسور ، داده ها و ادبیات مختلف از زوایای مختلف شرح داده شده است ، به طوری که افراد مختلف درک متفاوتی دارند و حتی سوء تفاهم و ابهام دارند. برای این منظور ، چندین شاخص فنی اصلی زیر برای سنسور تفسیر می شود:

1 ، وضوح و وضوح:

تعریف: وضوح به کوچکترین تغییر اندازه گیری شده ای که سنسور می تواند تشخیص دهد ، اشاره می کند. وضوح به نسبت وضوح به مقدار در مقیاس کامل اشاره دارد.

تفسیر 1: وضوح تصویر اساسی ترین شاخص سنسور است. این نشان دهنده توانایی سنسور برای تشخیص اجسام اندازه گیری شده است. سایر مشخصات فنی سنسور از نظر وضوح به عنوان حداقل واحد توصیف می شود.

برای سنسورها و ابزارهای دارای صفحه نمایش دیجیتال ، وضوح حداقل تعداد ارقام نمایش داده شده را تعیین می کند. به عنوان مثال ، وضوح کولیس دیجیتال الکترونیکی 0.01 میلی متر است و خطای نشانگر 0.02 میلی متر است.

تفسیر 2: وضوح یک عدد مطلق با واحد است. به عنوان مثال ، وضوح سنسور دما 0.1 ℃ ، وضوح سنسور شتاب 0.1 گرم و غیره است.

تفسیر 3: وضوح یک مفهوم مرتبط و بسیار شبیه به وضوح است ، هر دو نشان دهنده وضوح حسگر در اندازه گیری هستند.

تفاوت اصلی این است که وضوح تصویر درصدی از وضوح سنسور بیان می شود. نسبی است و ابعادی ندارد. به عنوان مثال ، وضوح سنسور دما 0.1 ℃ ، محدوده کامل 500 ℃ ، وضوح 0.1/500 = 0.02 است.

2. تکرارپذیری:

تعریف: تکرارپذیری سنسور به میزان تفاوت بین نتایج اندازه گیری اشاره می کند هنگامی که اندازه گیری چندین بار در یک جهت در یک شرایط تکرار می شود. همچنین خطای تکرار ، خطای تولید مثل و غیره نامیده می شود.

تفسیر 1: تکرارپذیری یک سنسور باید میزان تفاوت بین اندازه گیری های متعدد تحت شرایط یکسان باشد. اگر شرایط اندازه گیری تغییر کند ، مقایسه بین نتایج اندازه گیری از بین می رود ، که نمی تواند به عنوان پایه ای برای ارزیابی تکرارپذیری مورد استفاده قرار گیرد.

تفسیر 2: تکرارپذیری سنسور نشان دهنده پراکندگی و تصادفی بودن نتایج اندازه گیری سنسور است. دلیل چنین پراکندگی و تصادفی این است که اختلالات تصادفی مختلف ناگزیر در داخل و خارج سنسور وجود دارد و منجر به نتایج اندازه گیری نهایی سنسور می شود. نشان دادن ویژگی های متغیرهای تصادفی

تفسیر 3: انحراف استاندارد متغیر تصادفی می تواند به عنوان یک عبارت کمی تکرار شونده مورد استفاده قرار گیرد.

تفسیر 4: برای اندازه گیری های مکرر متعدد ، می توان دقت اندازه گیری بالاتری را بدست آورد اگر میانگین همه اندازه گیری ها به عنوان نتیجه نهایی اندازه گیری در نظر گرفته شود. از آنجا که انحراف استاندارد میانگین به طور قابل توجهی کوچکتر از انحراف استاندارد هر اندازه گیری است.

3. خطی بودن:

تعریف: خطی بودن (خطی بودن) به انحراف منحنی ورودی و خروجی سنسور از خط مستقیم ایده آل اشاره دارد.

تفسیر 1: رابطه ورودی/خروجی حسگر ایده آل 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 دارای خطاهای مختلفی است ، در نتیجه منحنی ورودی و خروجی واقعی یک خط مستقیم ایده آل نیست ، بلکه یک منحنی است (منحنی سبز در شکل زیر).

خطی بودن میزان تفاوت بین منحنی مشخصه واقعی سنسور و خط خارج از خط است که به خطای غیر خطی یا غیر خطی نیز معروف است.

تفسیر 2: از آنجا که تفاوت بین منحنی مشخصه واقعی سنسور و خط ایده آل در اندازه های مختلف اندازه گیری متفاوت است ، نسبت حداکثر مقدار تفاوت به مقدار محدوده کامل اغلب در محدوده کامل استفاده می شود. بدیهی است ، خطی بودن نیز یک مقدار نسبی است.

تفسیر 3: از آنجا که خط ایده آل سنسور برای وضعیت اندازه گیری کلی ناشناخته است ، نمی توان آن را بدست آورد. به همین دلیل ، اغلب از روش سازش استفاده می شود ، یعنی مستقیماً از نتایج اندازه گیری سنسور برای محاسبه خط اتصالات استفاده می شود که به خط ایده آل نزدیک است. روشهای محاسبه خاص شامل روش خط نقطه پایانی ، بهترین روش خط ، روش حداقل مربع و غیره است.

4- ثبات:

تعریف: ثبات عبارت است از توانایی یک سنسور در حفظ عملکرد خود در یک بازه زمانی.

تفسیر 1: ثبات شاخص اصلی برای بررسی این است که آیا سنسور در یک بازه زمانی مشخص پایدار کار می کند یا خیر. عواملی که منجر به بی ثباتی سنسور می شوند عمدتا شامل تغییر دما و رها شدن استرس داخلی است. بنابراین ، افزایش جبران دما مفید است و درمان پیری برای بهبود ثبات.

تفسیر 2: ثبات را می توان به پایداری کوتاه مدت و پایداری بلند مدت با توجه به طول دوره زمانی تقسیم کرد. هنگامی که زمان مشاهده بسیار کوتاه است ، ثبات و تکرارپذیری نزدیک است. بنابراین ، شاخص ثبات عمدتا مدت طولانی را بررسی می کند -ثبات پایداری. مدت زمان خاص ، با توجه به استفاده از محیط و الزامات برای تعیین.

تفسیر 3: هم از خطای مطلق و هم از خطای نسبی می توان برای بیان کمی شاخص پایداری استفاده کرد. به عنوان مثال ، سنسور نیروی نوع کرنش دارای ثبات 0.02٪/12 ساعت است.

5. فرکانس نمونه برداری:

تعریف: نرخ نمونه به تعداد نتایج اندازه گیری اشاره می کند که می توان توسط حسگر در واحد زمان نمونه برداری کرد.

تفسیر 1: فرکانس نمونه برداری مهمترین شاخص ویژگیهای پویای سنسور است که نشان دهنده توانایی واکنش سریع سنسور است. فرکانس نمونه برداری یکی از شاخصهای فنی است که در صورت تغییر سریع اندازه گیری باید به طور کامل در نظر گرفته شود. طبق قانون نمونه گیری شانون ، فرکانس نمونه برداری سنسور نباید کمتر از 2 برابر فرکانس تغییر اندازه گیری شده باشد.

تفسیر 2: با استفاده از فرکانس های مختلف ، دقت سنسور نیز متناسب با آن متفاوت است. به طور کلی ، هرچه فرکانس نمونه برداری بیشتر باشد ، دقت اندازه گیری کمتر است.

بیشترین دقت سنسور اغلب در کمترین سرعت نمونه برداری یا حتی در شرایط استاتیک به دست می آید. بنابراین ، در انتخاب سنسور باید دقت و سرعت را در نظر گرفت.

پنج نکته در طراحی سنسورها

1. با ابزار bus شروع کنید

به عنوان اولین قدم ، مهندس باید رویکرد اول سنسور را از طریق یک ابزار گذرگاه متصل کند تا مجهول را محدود کند. یک ابزار باس یک کامپیوتر شخصی (PC) و سپس به I2C ، SPI یا پروتکل دیگر سنسور که اجازه می دهد حسگر برای "صحبت کردن". یک برنامه رایانه ای مرتبط با یک ابزار گذرگاه که یک منبع شناخته شده و مفید برای ارسال و دریافت داده ها ارائه می دهد که درایور ناشناخته و غیرمجاز میکروکنترلر جاسازی شده (MCU) نیست. در زمینه ابزار Bus ، توسعه دهنده می تواند پیام ها را ارسال و دریافت کند تا از نحوه عملکرد بخش قبل از تلاش برای عملکرد در سطح تعبیه شده مطلع شود.

2. کد رابط انتقال را در پایتون بنویسید

هنگامی که توسعه دهنده سعی کرد از حسگرهای ابزار bus استفاده کند ، گام بعدی این است که کد برنامه را برای سنسورها بنویسید. به جای اینکه مستقیماً به کد میکروکنترلر بروید ، کد برنامه را در پایتون بنویسید. بسیاری از برنامه های اتوبوس افزونه ها و نمونه کد را هنگام نوشتن پیکربندی می کند اسکریپت ها ، که معمولاً پایتون از آنها پیروی می کند. NET یکی از زبانهای موجود در.net است. نوشتن برنامه های کاربردی در پایتون سریع و آسان است و راهی برای آزمایش سنسورها در برنامه هایی که به سختی آزمایش در محیط جاسازی شده نیستند ، ارائه می دهد. کد سطح برای مهندسان غیر تعبیه شده آسان می کند که اسکریپت ها و آزمایشات حسگر را بدون مراقبت از یک مهندس نرم افزار تعبیه شده استخراج کنند.

3. سنسور را با Micro Python آزمایش کنید

یکی از مزایای نوشتن اولین کد برنامه در پایتون این است که تماس های برنامه با رابط برنامه نویسی Bus-utility Programming API (API) را می توان با تماس با Micro Python به راحتی جایگزین کرد. Micro Python در نرم افزار جاسازی شده در زمان واقعی اجرا می شود که دارای بسیاری از حسگرهای مهندسان برای درک ارزش آن Micro Python روی پردازنده Cortex-M4 اجرا می شود و محیط مناسبی برای اشکال زدایی کد برنامه است. نه تنها ساده نیست ، نیازی به نوشتن درایورهای I2C یا SPI در اینجا نیست ، زیرا آنها قبلاً در عملکرد Micro Python پوشش داده شده اند کتابخانه

4. از کد تأمین کننده سنسور استفاده کنید

هر کد نمونه ای که می تواند از سازنده حسگر "برداشته شود" ، مهندسان باید راه زیادی را برای درک نحوه عملکرد سنسور طی کنند. متأسفانه ، بسیاری از فروشندگان سنسور در طراحی نرم افزار تعبیه شده متخصص نیستند ، بنابراین انتظار نداشته باشید نمونه ای آماده از معماری و ظرافت زیبا. فقط از کد فروشنده استفاده کنید ، نحوه عملکرد این قسمت را بیاموزید و تا زمانی که کاملاً در نرم افزار جاسازی شده ادغام نشود ، سرخوردگی از تغییر شکل ایجاد می شود. ممکن است به عنوان "اسپاگتی" شروع شود ، اما از تولیدکنندگان مهار کند درک نحوه عملکرد سنسورهای آنها به کاهش بسیاری از تعطیلات آخر هفته قبل از عرضه محصول کمک می کند.

5. از کتابخانه ای از توابع همجوشی حسگر استفاده کنید

به احتمال زیاد ، رابط انتقال سنسور جدید نیست و قبلاً انجام نشده است. کتابخانه های شناخته شده از تمام عملکردها ، مانند "کتابخانه عملکرد سنسور تلفیقی" که توسط بسیاری از تولید کنندگان تراشه ارائه شده است ، به توسعه دهندگان کمک می کند تا سریع یا حتی بهتر یاد بگیرند و از چرخه توسعه مجدد یا اصلاح شدید معماری محصول. بسیاری از سنسورها را می توان در انواع یا دسته بندی های کلی ادغام کرد و این نوع یا دسته ها باعث توسعه روان رانندگان می شوند که اگر به درستی مورد استفاده قرار گیرند ، تقریباً جهانی یا کمتر قابل استفاده هستند. این کتابخانه ها را پیدا کنید عملکردهای همجوشی سنسور و یادگیری نقاط قوت و ضعف آنها.

هنگامی که سنسورها در سیستم های تعبیه شده ادغام می شوند ، راه های زیادی برای بهبود زمان طراحی و سهولت استفاده وجود دارد. توسعه دهندگان هرگز با یادگیری نحوه عملکرد سنسورها از سطح انتزاعی بالا در ابتدای طراحی و قبل از ادغام آنها نمی توانند "اشتباه" کنند. به یک سیستم سطح پایین تر. بسیاری از منابع موجود امروزه به توسعه دهندگان کمک می کند بدون نیاز به شروع از ابتدا "به کار خود ادامه دهند".


زمان ارسال: 16-20 اوت-اوت