Сенсордың бес жобалау дағдысы және техникалық көрсеткіштері

Жер бетінде және айналамыздағы кеңістіктерде сенсорлар саны артып, әлемді деректермен қамтамасыз етуде. Бұл қолжетімді сенсорлар Заттар интернетінің дамуының және қоғамымыз бетпе-бет келіп отырған сандық революцияның қозғаушы күші болып табылады, бірақ сенсорлардан деректерге қосылу және оларға қол жеткізу әрқашан оңай немесе оңай бола бермейді. Бұл мақалада сенсордың техникалық индексі, 5 дизайн дағдылары және OEM кәсіпорындары таныстырылады.

Біріншіден, техникалық индекс өнімнің өнімділігін сипаттаудың объективті негізі болып табылады. Техникалық көрсеткіштерді түсіну өнімді дұрыс таңдауға және пайдалануға көмектеседі. Сенсордың техникалық көрсеткіштері статикалық және динамикалық болып бөлінеді. Статикалық көрсеткіштер негізінен сенсордың статикалық өзгермелілік жағдайындағы жұмысын, соның ішінде ажыратымдылықты, қайталанымдылықты, сезімталдықты, сызықтықты, қайтару қателігін, шекті, сырғыманы, тұрақтылықты және т.б. зерттейді. Динамикалық индекс негізінен сенсордың жиілік реакциясын және сатылы реакцияны қоса алғанда, жылдам өзгеру жағдайындағы жұмысын зерттейді.

Сенсордың көптеген техникалық көрсеткіштеріне байланысты әртүрлі деректер мен әдебиеттер әртүрлі қырынан сипатталады, сондықтан әр түрлі адамдар әртүрлі түсінеді, тіпті түсінбеушілік пен екіұштылыққа тап болады. Осы мақсатта сенсордың келесі бірнеше негізгі техникалық көрсеткіштері түсіндіріледі:

1, шешім және шешім:

Анықтамасы: Ажыратымдылық сенсор анықтай алатын ең аз өлшенген өзгерісті білдіреді. Ажыратымдылық ажыратымдылықтың толық масштабтағы мәнге қатынасын білдіреді.

1-түсіндірме: Ажыратымдылық сенсордың ең негізгі көрсеткіші болып табылады. Ол сенсордың өлшенген нысандарды ажырату қабілетін білдіреді. Сенсордың басқа техникалық сипаттамалары ажыратымдылық тұрғысынан минималды бірлік ретінде сипатталған.

Сандық дисплейі бар сенсорлар мен құралдар үшін ажыратымдылық көрсетілетін ең аз сан санын анықтайды. Мысалы, электрондық сандық суппорттың ажыратымдылығы 0,01 мм, ал индикатор қателігі ±0,02 мм.

2-түсіндірме: Ажыратымдылық – бірліктері бар абсолютті сан. Мысалы, температура сенсорының ажыратымдылығы 0,1°C, үдеу сенсорының ажыратымдылығы 0,1 г және т.б.

3-түсіндірме: Ажыратымдылық - ажыратымдылыққа қатысты және өте ұқсас ұғым, екеуі де сенсордың өлшеуге қатысты ажыратымдылығын білдіреді.

Негізгі айырмашылығы - ажыратымдылық сенсор ажыратымдылығының пайызы ретінде көрсетіледі. Ол салыстырмалы және өлшемі жоқ. Мысалы, температура сенсорының ажыратымдылығы 0,1℃, толық диапазоны 500℃, ажыратымдылығы 0,1/500=0,02%.

2. Қайталанымдылық:

Анықтамасы: Сенсордың қайталанымдылығы дегеніміз - өлшеу бір бағытта бірнеше рет қайталанған кездегі өлшеу нәтижелерінің айырмашылығы дәрежесі. Қайталау қатесі, көбейту қатесі және т.б. деп те аталады.

1-түсіндірме: Сенсордың қайталанымдылығы бірдей жағдайларда алынған бірнеше өлшеулер арасындағы айырмашылық дәрежесі болуы керек. Егер өлшеу шарттары өзгерсе, өлшеу нәтижелері арасындағы салыстырмалылық жоғалады, оны қайталанымдылықты бағалау үшін негіз ретінде пайдалануға болмайды.

2-түсіндірме: Сенсордың қайталанымдылығы сенсордың өлшеу нәтижелерінің дисперсиясы мен кездейсоқтығын білдіреді. Мұндай дисперсия мен кездейсоқтықтың себебі - сенсордың ішінде және сыртында әртүрлі кездейсоқ бұзылулар сөзсіз болады, нәтижесінде сенсордың соңғы өлшеу нәтижелері кездейсоқ айнымалылардың сипаттамаларын көрсетеді.

3-түсіндірме: Кездейсоқ айнымалының стандартты ауытқуын қайталанатын сандық өрнек ретінде пайдалануға болады.

4-түсіндірме: Бірнеше қайталанатын өлшеулер үшін барлық өлшеулердің орташа мәні соңғы өлшеу нәтижесі ретінде алынса, өлшеу дәлдігі жоғарырақ болады. Себебі орташа мәннің стандартты ауытқуы әрбір өлшемнің стандартты ауытқуынан айтарлықтай аз.

3. Сызықтық:

Анықтама: Сызықтық (Сызықтық) сенсордың кіріс және шығыс қисығының идеалды түзу сызықтан ауытқуын білдіреді.

1-түсіндірме: Идеал сенсордың кіріс/шығыс қатынасы сызықтық болуы керек, ал оның кіріс/шығыс қисығы түзу сызық болуы керек (төмендегі суретте қызыл сызық).

Дегенмен, нақты сенсорда әртүрлі қателіктер болады, нәтижесінде кіріс және шығыс қисығы идеалды түзу сызық емес, қисық сызық болады (төмендегі суреттегі жасыл қисық сызық).

Сызықтық - сенсордың нақты сипаттамалық қисығы мен желіден тыс сызық арасындағы айырмашылық дәрежесі, ол сызықтық емес немесе сызықтық емес қателік деп те аталады.

2-түсіндірме: Сенсордың нақты сипаттамалық қисығы мен идеалды сызық арасындағы айырмашылық өлшеудің әртүрлі өлшемдерінде әртүрлі болғандықтан, айырмашылықтың максималды мәнінің толық диапазон мәніне қатынасы көбінесе толық диапазон диапазонында қолданылады. Әрине, сызықтықтық та салыстырмалы шама болып табылады.

3-түсіндірме: Жалпы өлшеу жағдайы үшін сенсордың идеалды сызығы белгісіз болғандықтан, оны алу мүмкін емес. Осы себепті көбінесе ымыраға келу әдісі қолданылады, яғни сенсордың өлшеу нәтижелерін тікелей пайдаланып, идеалды сызыққа жақын сәйкестік сызығын есептейді. Нақты есептеу әдістеріне соңғы нүкте сызығы әдісі, ең жақсы сызық әдісі, ең кіші квадраттар әдісі және т.б. жатады.

4. Тұрақтылық:

Анықтама: Тұрақтылық - сенсордың белгілі бір уақыт аралығында жұмысын сақтау қабілеті.

1-түсіндірме: Тұрақтылық - сенсордың белгілі бір уақыт аралығында тұрақты жұмыс істейтінін зерттеудің негізгі көрсеткіші. Сенсордың тұрақсыздығына әкелетін факторларға негізінен температураның ауытқуы және ішкі кернеудің төмендеуі жатады. Сондықтан тұрақтылықты жақсарту үшін температураны өтеу және қартаюды өңдеуді арттыру пайдалы.

2-түсіндірме: Тұрақтылықты уақыт кезеңінің ұзақтығына қарай қысқа мерзімді тұрақтылық және ұзақ мерзімді тұрақтылық деп бөлуге болады. Бақылау уақыты тым қысқа болған кезде тұрақтылық пен қайталанымдылық жақын болады. Сондықтан тұрақтылық индексі негізінен ұзақ мерзімді тұрақтылықты зерттейді. Қоршаған ортаны пайдалану және талаптарға сәйкес уақыттың нақты ұзақтығын анықтау.

3-түсіндірме: Тұрақтылық индексінің сандық өрнегі үшін абсолютті қателік те, салыстырмалы қателік те пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, деформация типті күш сенсорының тұрақтылығы 0,02%/12 сағ.

5. Іріктеу жиілігі:

Анықтама: Іріктеу жиілігі сенсор уақыт бірлігінде сынама ала алатын өлшеу нәтижелерінің санын білдіреді.

1-түсіндірме: Іріктеу жиілігі сенсордың динамикалық сипаттамаларының ең маңызды көрсеткіші болып табылады, ол сенсордың жылдам жауап беру қабілетін көрсетеді. Іріктеу жиілігі өлшеудің тез өзгеруі жағдайында толық ескерілуі тиіс техникалық көрсеткіштердің бірі болып табылады. Шеннонның іріктеу заңына сәйкес, сенсордың іріктеу жиілігі өлшенгеннің өзгеру жиілігінің 2 есесінен кем болмауы керек.

2-түсіндірме: Әртүрлі жиіліктерді қолданған кезде сенсордың дәлдігі де сәйкесінше өзгереді. Жалпы алғанда, дискреттеу жиілігі неғұрлым жоғары болса, өлшеу дәлдігі соғұрлым төмен болады.

Сенсордың ең жоғары дәлдігі көбінесе ең төменгі дискреттеу жылдамдығында немесе тіпті статикалық жағдайларда да алынады. Сондықтан сенсорды таңдауда дәлдік пен жылдамдықты ескеру қажет.

Сенсорларға арналған бес дизайн кеңесі

1. Автобус құралынан бастаңыз

Алғашқы қадам ретінде инженер белгісіздікті шектеу үшін алдымен сенсорды шина құралы арқылы қосу тәсілін қолдануы керек. Шина құралы дербес компьютерді (ДК), содан кейін сенсордың I2C, SPI немесе сенсорға «сөйлесуге» мүмкіндік беретін басқа хаттамасына қосады. Белгісіз, аутентификацияланбаған ендірілген микроконтроллер (MCU) драйвері емес деректерді жіберу және қабылдау үшін белгілі және жұмыс көзін ұсынатын шина құралымен байланысты ДК қолданбасы. Шина утилитасы контексінде әзірлеуші ​​ендірілген деңгейде жұмыс істеуге әрекет жасамас бұрын бөлімнің қалай жұмыс істейтінін түсіну үшін хабарламалар жібере және қабылдай алады.

2. Python тілінде трансляция интерфейсінің кодын жазыңыз

Әзірлеуші ​​шина құралының сенсорларын пайдаланып көргеннен кейін, келесі қадам - ​​сенсорларға арналған қолданба кодын жазу. Микроконтроллер кодына тікелей өтудің орнына, қолданба кодын Python тілінде жазыңыз. Көптеген шина утилиталары жазу сценарийлерін жазған кезде плагиндерді және үлгі кодын конфигурациялайды, Python әдетте соны орындайды. NET net ішінде қолжетімді тілдердің бірі. Python тілінде қолданбаларды жазу жылдам және оңай, және ол ендірілген ортада тестілеу сияқты күрделі емес қолданбаларда сенсорларды тексерудің жолын ұсынады. Жоғары деңгейлі кодтың болуы ендірілмеген инженерлерге ендірілген бағдарламалық жасақтама инженерінің көмегінсіз сенсор сценарийлері мен тесттерін алуды жеңілдетеді.

3. Сенсорды Micro Python көмегімен тексеріңіз

Python тілінде алғашқы қолданба кодын жазудың артықшылықтарының бірі - Bus-utility қолданбалы бағдарламалау интерфейсіне (API) қолданба шақыруларын Micro Python шақыру арқылы оңай ауыстыруға болады. Micro Python нақты уақыт режимінде ендірілген бағдарламалық жасақтамада жұмыс істейді, оның инженерлерге оның құндылығын түсінуге арналған көптеген сенсорлары бар. Micro Python Cortex-M4 процессорында жұмыс істейді және бұл қолданба кодын жөндеуге арналған жақсы орта. Бұл тек қарапайым ғана емес, сонымен қатар I2C немесе SPI драйверлерін жазудың қажеті жоқ, себебі олар Micro Python функция кітапханасында қарастырылған.

4. Сенсор жеткізушісінің кодын пайдаланыңыз

Сенсор өндірушісінен «жинауға» болатын кез келген үлгі кодын инженерлер сенсордың қалай жұмыс істейтінін түсіну үшін ұзақ жол жүруге мәжбүр болады. Өкінішке орай, көптеген сенсор жеткізушілері ендірілген бағдарламалық жасақтама дизайнының сарапшылары емес, сондықтан әдемі сәулет пен әсемдіктің өндіріске дайын үлгісін табамын деп күтпеңіз. Тек жеткізушінің кодын пайдаланыңыз, бұл бөліктің қалай жұмыс істейтінін біліңіз, сонда рефакторингтің қиындықтары ендірілген бағдарламалық жасақтамаға таза түрде интеграцияланғанға дейін пайда болады. Ол «спагетти» деп басталуы мүмкін, бірақ өндірушілердің сенсорларының қалай жұмыс істейтіні туралы түсінігін пайдалану өнім шығарылғанға дейін көптеген бұзылған демалыс күндерін азайтуға көмектеседі.

5. Сенсорларды біріктіру функцияларының кітапханасын пайдаланыңыз

Сенсордың беру интерфейсі жаңа емес және бұрын жасалмаған болуы мүмкін. Көптеген чип өндірушілері ұсынатын «Сенсорды біріктіру функциясының кітапханасы» сияқты барлық функциялардың белгілі кітапханалары әзірлеушілерге тез немесе одан да жақсы үйренуге және өнім архитектурасын қайта әзірлеу немесе түбегейлі өзгерту циклінен аулақ болуға көмектеседі. Көптеген сенсорларды жалпы түрлерге немесе санаттарға біріктіруге болады, және бұл түрлер немесе санаттар дұрыс өңделген жағдайда әмбебап немесе қайта пайдалануға аз болатын драйверлердің тегіс дамуына мүмкіндік береді. Сенсорды біріктіру функцияларының осы кітапханаларын тауып, олардың күшті және әлсіз жақтарын біліңіз.

Сенсорлар ендірілген жүйелерге біріктірілген кезде, жобалау уақытын және пайдаланудың қарапайымдылығын жақсартудың көптеген жолдары бар. Әзірлеушілер сенсорлардың қалай жұмыс істейтінін жобалаудың басында және оларды төменгі деңгейлі жүйеге біріктірмес бұрын жоғары деңгейлі абстракциядан үйрену арқылы ешқашан «қателеспейді». Бүгінгі таңда қолжетімді ресурстардың көпшілігі әзірлеушілерге нөлден бастамай-ақ «іске кірісуге» көмектеседі.