Пет дизајнерски вештини и технички индикатори на сензорот

Бројот на сензори се зголемува низ површината на Земјата и во просторите околу нас, снабдувајќи го светот со податоци. Овие прифатливи сензори се движечката сила зад развојот на Интернетот на нештата и дигиталната револуција со која се соочува нашето општество, но поврзувањето и пристапот до податоци од сензори не оди секогаш директно или лесно. Овој труд ќе го претстави техничкиот индекс на сензори, 5 вештини за дизајн и OEM претпријатија.

Прво на сите, техничкиот индекс е објективна основа за карактеризирање на перформансите на производот. Разбирањето на техничките индикатори помага во правилниот избор и употреба на производот. Техничките индикатори на сензорот се поделени на статички индикатори и динамички индикатори. Статичките индикатори главно ги испитуваат перформансите на сензорот под услов на статичка инвариантност, вклучувајќи резолуција, повторување, чувствителност, линеарност, грешка во враќањето, праг, ползење, стабилност и така натаму. Динамичкиот индекс главно ги испитува перформансите на сензорот под услов на брза промена, вклучувајќи фреквентен одзив и чекорен одзив.

Поради бројните технички индикатори на сензорот, различни податоци и литература се опишани од различни агли, така што различни луѓе имаат различни разбирања, па дури и недоразбирања и двосмисленост. За таа цел, се толкуваат следниве неколку главни технички индикатори за сензорот:

1, резолуција и резолуција:

Дефиниција: Резолуцијата се однесува на најмалата измерена промена што сензорот може да ја детектира. Резолуцијата се однесува на односот на резолуцијата кон вредноста на полна скала.

Интерпретација 1: Резолуцијата е најосновниот индикатор на сензорот. Таа ја претставува способноста на сензорот да ги разликува измерените објекти. Другите технички спецификации на сензорот се опишани во однос на резолуцијата како минимална единица.

За сензори и инструменти со дигитален дисплеј, резолуцијата го одредува минималниот број на цифри што треба да се прикажат. На пример, резолуцијата на електронскиот дигитален калипер е 0,01 mm, а грешката на индикаторот е ±0,02 mm.

Интерпретација 2: Резолуцијата е апсолутен број со единици. На пример, резолуцијата на сензорот за температура е 0,1℃, резолуцијата на сензорот за забрзување е 0,1g, итн.

Интерпретација 3: Резолуцијата е поврзан и многу сличен концепт со резолуцијата, при што двата ја претставуваат резолуцијата на сензорот во однос на мерењето.

Главната разлика е во тоа што резолуцијата се изразува како процент од резолуцијата на сензорот. Таа е релативна и нема димензија. На пример, резолуцијата на сензорот за температура е 0,1℃, целиот опсег е 500℃, резолуцијата е 0,1/500=0,02%.

2. Повторливост:

Дефиниција: Повторливоста на сензорот се однесува на степенот на разлика помеѓу резултатите од мерењето кога мерењето се повторува неколку пати во иста насока под исти услови. Исто така се нарекува грешка при повторување, грешка при репродукција итн.

Интерпретација 1: Повторливоста на сензорот мора да биде степенот на разлика помеѓу повеќекратни мерења добиени под исти услови. Ако условите за мерење се променат, споредливоста помеѓу резултатите од мерењето ќе исчезне, што не може да се користи како основа за проценка на повторливоста.

Интерпретација 2: Повторливоста на сензорот ја претставува дисперзијата и случајноста на резултатите од мерењето на сензорот. Причината за таквата дисперзија и случајност е тоа што неизбежно постојат разни случајни нарушувања во и надвор од сензорот, што резултира со тоа што конечните резултати од мерењето на сензорот ги покажуваат карактеристиките на случајните променливи.

Интерпретација 3: Стандардната девијација на случајната променлива може да се користи како репродуктивен квантитативен израз.

Интерпретација 4: За повеќекратни повторени мерења, може да се добие поголема точност на мерењето ако просекот од сите мерења се земе како конечен резултат од мерењето. Бидејќи стандардната девијација на средната вредност е значително помала од стандардната девијација на секоја мерка.

3. Линеарност:

Дефиниција: Линеарност (Linearity) се однесува на отстапувањето на кривата на влезот и излезот на сензорот од идеалната права линија.

Интерпретација 1: Идеалниот однос помеѓу влезот и излезот на сензорот треба да биде линеарен, а неговата крива на влезот и излезот треба да биде права линија (црвена линија на сликата подолу).

Сепак, самиот сензор повеќе или помалку има различни грешки, што резултира со тоа што вистинската крива на влез и излез не е идеална права линија, туку крива (зелената крива на сликата подолу).

Линеарноста е степенот на разлика помеѓу вистинската карактеристична крива на сензорот и линијата надвор од линијата, позната и како нелинеарност или нелинеарна грешка.

Интерпретација 2: Бидејќи разликата помеѓу вистинската карактеристична крива на сензорот и идеалната линија е различна при различни големини на мерење, односот на максималната вредност на разликата кон вредноста во целиот опсег често се користи во целиот опсег. Очигледно, линеарноста е исто така релативна величина.

Интерпретација 3: Бидејќи идеалната линија на сензорот е непозната за општата мерна ситуација, таа не може да се добие. Поради оваа причина, често се користи компромисен метод, односно директно користење на резултатите од мерењето на сензорот за да се пресмета соодветната линија што е блиску до идеалната линија. Специфичните методи на пресметка вклучуваат метод на крајна точка, метод на најдобра линија, метод на најмали квадрати и така натаму.

4. Стабилност:

Дефиниција: Стабилноста е способност на сензорот да ги одржува своите перформанси во текот на одреден временски период.

Интерпретација 1: Стабилноста е главен индекс за испитување дали сензорот работи стабилно во одреден временски опсег. Факторите што доведуваат до нестабилност на сензорот главно вклучуваат температурно поместување и внатрешно ослободување на стрес. Затоа, корисно е да се зголеми температурната компензација и третманот на стареење за да се подобри стабилноста.

Интерпретација 2: Стабилноста може да се подели на краткорочна стабилност и долгорочна стабилност според должината на временскиот период. Кога времето на набљудување е премногу кратко, стабилноста и повторувањето се блиски. Затоа, индексот на стабилност главно ја испитува долгорочната стабилност. Специфичниот временски период, според употребата на животната средина и барањата, треба да се утврди.

Интерпретација 3: И апсолутната и релативната грешка можат да се користат за квантитативно изразување на индексот на стабилност. На пример, сензор за сила од типот на деформација има стабилност од 0,02%/12h.

5. Фреквенција на земање примероци:

Дефиниција: Брзината на земање примероци се однесува на бројот на резултати од мерењето што можат да се земат како примероци од сензорот во единица време.

Интерпретација 1: Фреквенцијата на земање примероци е најважниот индикатор за динамичките карактеристики на сензорот, што ја одразува способноста на сензорот за брз одговор. Фреквенцијата на земање примероци е еден од техничките индикатори што мора целосно да се земе предвид во случај на брза промена на мерењето. Според Шеноновиот закон за земање примероци, фреквенцијата на земање примероци на сензорот не треба да биде помала од 2 пати од фреквенцијата на промена на мереното.

Интерпретација 2: Со употреба на различни фреквенции, точноста на сензорот исто така варира соодветно. Општо земено, колку е поголема фреквенцијата на земање примероци, толку е помала точноста на мерењето.

Највисоката точност на сензорот често се добива при најниска брзина на земање примероци или дури и под статички услови. Затоа, прецизноста и брзината мора да се земат предвид при изборот на сензор.

Пет совети за дизајн на сензори

1. Започнете со алатката bus

Како прв чекор, инженерот треба да го преземе пристапот прво да го поврзе сензорот преку алатка за магистрала за да го ограничи непознатото. Алатката за магистрала поврзува персонален компјутер (PC), а потоа со I2C, SPI или друг протокол на сензорот што му овозможува на сензорот да „зборува“. PC апликација поврзана со алатка за магистрала што обезбедува познат и работен извор за испраќање и примање податоци што не е непознат, неавтентифициран драјвер за вграден микроконтролер (MCU). Во контекст на алатката Bus, развивачот може да испраќа и прима пораки за да разбере како работи делот пред да се обиде да работи на вградено ниво.

2. Напишете го кодот за интерфејс за пренос во Python

Откако развивачот ќе се обиде да ги користи сензорите на алатката bus, следниот чекор е да напише апликациски код за сензорите. Наместо директно да скокате на код на микроконтролер, напишете апликациски код во Python. Многу алатки за bus конфигурираат додатоци и примерок код при пишување скрипти, што Python обично го следи.NET е еден од јазиците достапни во.net. Пишувањето апликации во Python е брзо и лесно, и обезбедува начин за тестирање на сензори во апликации кои не се толку сложени како тестирањето во вградена околина. Поседувањето код на високо ниво ќе им олесни на не-вградените инженери да копаат скрипти и тестови на сензори без грижа на вграден софтверски инженер.

3. Тестирајте го сензорот со Micro Python

Една од предностите на пишувањето на првиот апликациски код во Python е тоа што повиците на апликацијата до интерфејсот за програмирање на апликации (API) на Bus-utility можат лесно да се заменат со повикување на Micro Python. Micro Python работи во вграден софтвер во реално време, кој има многу сензори за инженерите да ја разберат неговата вредност. Micro Python работи на Cortex-M4 процесор и е добра средина од која може да се дебагира апликацискиот код. Не само што е едноставно, туку нема потреба да се пишуваат I2C или SPI драјвери тука, бидејќи тие веќе се опфатени во библиотеката со функции на Micro Python.

4. Користете го кодот на добавувачот на сензори

Инженерите ќе мора да поминат долг пат за да разберат како функционира сензорот. За жал, многу продавачи на сензори не се експерти во дизајнот на вграден софтвер, затоа не очекувајте да најдете пример за прекрасна архитектура и елеганција подготвен за производство. Само користете го кодот на продавачот, научете како функционира овој дел и фрустрацијата од рефакторирањето ќе се појави сè додека не може чисто да се интегрира во вградениот софтвер. Може да започне како „шпагети“, но искористувањето на разбирањето на производителите за тоа како функционираат нивните сензори ќе помогне да се намалат многуте расипани викенди пред да се лансира производот.

5. Користете библиотека со функции за спојување на сензори

Веројатно е дека интерфејсот за пренос на сензорот не е нов и не е направен претходно. Познатите библиотеки со сите функции, како што е „Библиотеката со функции за фузија на сензори“ што ја обезбедуваат многу производители на чипови, им помагаат на програмерите да учат брзо, или уште подобро, и да го избегнат циклусот на редизајнирање или драстично модифицирање на архитектурата на производот. Многу сензори можат да се интегрираат во општи типови или категории, а овие типови или категории ќе овозможат непречен развој на драјвери кои, доколку се ракуваат правилно, се речиси универзални или помалку реупотребливи. Пронајдете ги овие библиотеки со функции за фузија на сензори и научете ги нивните силни и слаби страни.

Кога сензорите се интегрирани во вградени системи, постојат многу начини да се подобри времето на дизајнирање и леснотијата на користење. Програмерите никогаш не можат да „погрешат“ со тоа што ќе научат како функционираат сензорите од високо ниво на апстракција на почетокот на дизајнот и пред да ги интегрираат во систем од пониско ниво. Многу од ресурсите достапни денес ќе им помогнат на програмерите „да започнат со работа“ без да мора да почнуваат од нула.