Penki jutiklio projektavimo įgūdžiai ir techniniai rodikliai

Jutiklių skaičius Žemės paviršiuje ir mus supančioje erdvėje sparčiai auga, teikdamas pasauliui duomenis. Šie įperkami jutikliai yra varomoji jėga, skatinanti daiktų interneto plėtrą ir skaitmeninę revoliuciją, su kuria susiduria mūsų visuomenė, tačiau prijungti prie jutiklių duomenų ir gauti juos ne visada lengva ir paprasta. Šiame straipsnyje bus pristatytas jutiklių techninis indeksas, 5 projektavimo įgūdžiai ir originalios įrangos gamintojų (OEM) įmonės.

Visų pirma, techninis indeksas yra objektyvus pagrindas apibūdinti produkto veikimą. Suprasdami techninius rodiklius, galite teisingai pasirinkti ir naudoti produktą. Jutiklio techniniai rodikliai skirstomi į statinius ir dinaminius. Statiniai rodikliai daugiausia nagrinėja jutiklio veikimą statinio nekintamumo sąlygomis, įskaitant skiriamąją gebą, pakartojamumą, jautrumą, tiesiškumą, grąžinimo paklaidą, slenkstį, šliaužimą, stabilumą ir kt. Dinaminis indeksas daugiausia nagrinėja jutiklio veikimą greitų pokyčių sąlygomis, įskaitant dažnio atsaką ir žingsninį atsaką.

Dėl daugybės jutiklio techninių rodiklių įvairūs duomenys ir literatūra aprašomi iš skirtingų pusių, todėl skirtingi žmonės juos supranta skirtingai, kyla net nesusipratimų ir dviprasmybių. Šiuo tikslu aiškinami šie keli pagrindiniai jutiklio techniniai rodikliai:

1, skiriamoji geba ir skiriamoji geba:

Apibrėžimas: Skiriamoji geba reiškia mažiausią išmatuotą pokytį, kurį jutiklis gali aptikti. Skiriamoji geba reiškia skiriamosios gebos ir visos skalės vertės santykį.

1 aiškinimas: Skiriamoji geba yra pats pagrindinis jutiklio rodiklis. Ji parodo jutiklio gebėjimą atskirti matuojamus objektus. Kitos jutiklio techninės specifikacijos aprašomos skiriamąja geba kaip minimaliu vienetu.

Jutikliams ir prietaisams su skaitmeniniu ekranu skiriamoji geba nustato minimalų rodomų skaitmenų skaičių. Pavyzdžiui, elektroninio skaitmeninio slankmačio skiriamoji geba yra 0,01 mm, o indikatoriaus paklaida yra ±0,02 mm.

2 aiškinimas: skiriamoji geba yra absoliutus skaičius su vienetais. Pavyzdžiui, temperatūros jutiklio skiriamoji geba yra 0,1 ℃, pagreičio jutiklio – 0,1 g ir t. t.

3 aiškinimas: Skiriamoji geba yra susijusi ir labai panaši sąvoka kaip skiriamoji geba, abi jos reiškia jutiklio skiriamąją gebą matavimo atžvilgiu.

Pagrindinis skirtumas yra tas, kad skiriamoji geba išreiškiama kaip jutiklio skiriamosios gebos procentinė dalis. Ji yra santykinė ir neturi matmens. Pavyzdžiui, temperatūros jutiklio skiriamoji geba yra 0,1 ℃, visas diapazonas yra 500 ℃, skiriamoji geba yra 0,1/500 = 0,02 %.

2. Pakartojamumas:

Apibrėžimas: Jutiklio pakartojamumas reiškia matavimo rezultatų skirtumo laipsnį, kai matavimas kartojamas kelis kartus ta pačia kryptimi tomis pačiomis sąlygomis. Taip pat vadinamas pasikartojimo paklaida, reprodukcijos paklaida ir kt.

1 aiškinimas: Jutiklio pakartojamumas turi būti skirtumo tarp kelių matavimų, gautų tomis pačiomis sąlygomis, laipsnis. Jei matavimo sąlygos pasikeičia, matavimo rezultatų palyginamumas išnyksta, todėl negalima remtis pakartojamumu.

2 interpretacija: Jutiklio pakartojamumas parodo jutiklio matavimo rezultatų sklaidą ir atsitiktinumą. Tokios sklaidos ir atsitiktinumo priežastis yra ta, kad jutiklio viduje ir išorėje neišvengiamai egzistuoja įvairūs atsitiktiniai trikdžiai, todėl galutiniai jutiklio matavimo rezultatai rodo atsitiktinių kintamųjų charakteristikas.

3 interpretacija: Atsitiktinio kintamojo standartinis nuokrypis gali būti naudojamas kaip atkartojama kiekybinė išraiška.

4 aiškinimas: atliekant kelis pakartotinius matavimus, didesnis matavimo tikslumas gali būti pasiektas, jei visų matavimų vidurkis imamas kaip galutinis matavimo rezultatas. Kadangi vidurkio standartinis nuokrypis yra žymiai mažesnis nei kiekvieno matavimo standartinis nuokrypis.

3. Tiesiškumas:

Apibrėžimas: Tiesiškumas (tiesiškumas) reiškia jutiklio įvesties ir išvesties kreivės nuokrypį nuo idealios tiesės.

1 interpretacija: Idealus jutiklio įvesties / išvesties santykis turėtų būti tiesinis, o jo įvesties / išvesties kreivė turėtų būti tiesi linija (raudona linija paveikslėlyje žemiau).

Tačiau tikrasis jutiklis daugiau ar mažiau turi įvairių paklaidų, todėl tikroji įvesties ir išvesties kreivė nėra ideali tiesi linija, o kreivė (žalia kreivė paveikslėlyje žemiau).

Tiesiškumas yra skirtumo tarp faktinės jutiklio charakteristikos kreivės ir neprisijungusios linijos laipsnis, dar žinomas kaip netiesiškumas arba netiesinė paklaida.

2 aiškinimas: Kadangi skirtumas tarp faktinės jutiklio charakteristikos kreivės ir idealios linijos esant skirtingiems matavimo dydžiams yra skirtingas, visame diapazone dažnai naudojamas didžiausios skirtumo vertės ir viso diapazono vertės santykis. Akivaizdu, kad tiesiškumas taip pat yra santykinis dydis.

3 aiškinimas: Kadangi bendrai matavimo situacijai ideali jutiklio linija nežinoma, jos gauti neįmanoma. Dėl šios priežasties dažnai taikomas kompromisinis metodas, t. y. jutiklio matavimo rezultatai tiesiogiai naudojami apskaičiuojant tinkamumo liniją, kuri yra artima idealiai linijai. Konkretūs skaičiavimo metodai apima galinio taško linijos metodą, geriausios linijos metodą, mažiausių kvadratų metodą ir pan.

4. Stabilumas:

Apibrėžimas: Stabilumas yra jutiklio gebėjimas išlaikyti savo veikimą per tam tikrą laiką.

1 aiškinimas: Stabilumas yra pagrindinis rodiklis, skirtas tirti, ar jutiklis veikia stabiliai tam tikru laiko intervalu. Jutiklio nestabilumą daugiausia lemia temperatūros svyravimai ir vidinio įtempio mažinimas. Todėl, siekiant pagerinti stabilumą, naudinga padidinti temperatūros kompensaciją ir sendinimo apdorojimą.

2 aiškinimas: Stabilumą galima suskirstyti į trumpalaikį ir ilgalaikį stabilumą pagal laikotarpio trukmę. Kai stebėjimo laikas yra per trumpas, stabilumas ir pakartojamumas yra artimi. Todėl stabilumo indeksas daugiausia nagrinėja ilgalaikį stabilumą. Konkreti laiko trukmė nustatoma atsižvelgiant į aplinkos naudojimą ir reikalavimus.

3 interpretacija: Stabilumo indekso kiekybinei išraiškai galima naudoti tiek absoliučiąją, tiek santykinę paklaidą. Pavyzdžiui, deformacijos tipo jėgos jutiklio stabilumas yra 0,02 %/12 val.

5. Mėginių ėmimo dažnis:

Apibrėžimas: Mėginių ėmimo dažnis reiškia matavimo rezultatų, kuriuos jutiklis gali paimti per laiko vienetą, skaičių.

1 aiškinimas: Mėginių ėmimo dažnis yra svarbiausias jutiklio dinaminių charakteristikų rodiklis, atspindintis jutiklio greito reagavimo gebėjimą. Mėginių ėmimo dažnis yra vienas iš techninių rodiklių, į kurį reikia visapusiškai atsižvelgti greito matavimo pokyčio atveju. Pagal Shannono mėginių ėmimo dėsnį, jutiklio mėginių ėmimo dažnis neturėtų būti mažesnis nei 2 kartus didesnis už matuojamojo kintamojo dažnį.

2 aiškinimas: Naudojant skirtingus dažnius, atitinkamai kinta ir jutiklio tikslumas. Apskritai, kuo didesnis mėginių ėmimo dažnis, tuo mažesnis matavimo tikslumas.

Didžiausias jutiklio tikslumas dažnai pasiekiamas esant mažiausiam mėginių ėmimo greičiui arba net statinėmis sąlygomis. Todėl renkantis jutiklį reikia atsižvelgti į tikslumą ir greitį.

Penki jutiklių projektavimo patarimai

1. Pradėkite nuo magistralės įrankio

Pirmiausia inžinierius turėtų prijungti jutiklį per magistralės įrankį, kad apribotų nežinomybę. Magistralės įrankis jungia asmeninį kompiuterį (AK), o tada – prie jutiklio I2C, SPI ar kito protokolo, kuris leidžia jutikliui „kalbėtis“. Su magistralės įrankiu susieta kompiuterio programa, teikianti žinomą ir veikiantį duomenų siuntimo ir gavimo šaltinį, kuris nėra nežinomas, neautentifikuotas įterptinio mikrovaldiklio (MCU) tvarkyklė. Magistralės įrankio kontekste kūrėjas gali siųsti ir gauti pranešimus, kad suprastų, kaip veikia skyrius, prieš bandydamas veikti įterptuoju lygmeniu.

2. Parašykite perdavimo sąsajos kodą Python kalba

Kai kūrėjas išbando naudoti magistralės įrankio jutiklius, kitas žingsnis yra parašyti jutiklių programos kodą. Užuot tiesiogiai peršokus prie mikrovaldiklio kodo, programos kodą rašykite Python kalba. Daugelis magistralės programų konfigūruoja papildinius ir kodo pavyzdžius, rašydamos scenarijus, kuriais Python paprastai vadovaujasi. NET yra viena iš .net prieinamų kalbų. Programų rašymas Python kalba yra greitas ir paprastas, be to, tai suteikia galimybę išbandyti jutiklius programose, kurios nėra tokios sudėtingos kaip testavimas įterptojoje aplinkoje. Turėdami aukšto lygio kodą, neįterptųjų sistemų inžinieriai galės lengvai išgauti jutiklių scenarijus ir atlikti bandymus be įterptosios programinės įrangos inžinieriaus priežiūros.

3. Išbandykite jutiklį naudodami „Micro Python“

Vienas iš pirmojo programos kodo rašymo Python kalba privalumų yra tas, kad programos iškvietimus į „Bus-utility“ programų programavimo sąsają (API) galima lengvai pakeisti iškviečiant „Micro Python“. „Micro Python“ veikia realiuoju laiku įterptojoje programinėje įrangoje, kurioje yra daug jutiklių, kad inžinieriai suprastų jos vertę. „Micro Python“ veikia „Cortex-M4“ procesoriuje, ir tai yra gera aplinka, iš kurios galima derinti programos kodą. Tai ne tik paprasta, bet ir nereikia rašyti I2C ar SPI tvarkyklių, nes jos jau aprašytos „Micro Python“ funkcijų bibliotekoje.

4. Naudokite jutiklio tiekėjo kodą

Bet kokį pavyzdinį kodą, kurį galima „nuskaityti“ iš jutiklių gamintojo, inžinieriams teks nueiti ilgą kelią, kad suprastų, kaip veikia jutiklis. Deja, daugelis jutiklių tiekėjų nėra įterptosios programinės įrangos projektavimo ekspertai, todėl nesitikėkite rasti gamybai paruošto gražios architektūros ir elegancijos pavyzdžio. Tiesiog naudokite tiekėjo kodą, sužinokite, kaip veikia ši dalis, ir atsiras persitvarkymo nusivylimas, kol ji nebus švariai integruota į įterptąją programinę įrangą. Tai gali prasidėti kaip „spagečiai“, tačiau gamintojų supratimo apie tai, kaip veikia jų jutikliai, panaudojimas padės sumažinti daugybę sugadintų savaitgalių prieš produkto pristatymą.

5. Naudokite jutiklių suliejimo funkcijų biblioteką

Tikėtina, kad jutiklio perdavimo sąsaja nėra nauja ir anksčiau nebuvo sukurta. Žinomos visų funkcijų bibliotekos, tokios kaip daugelio lustų gamintojų teikiama „Sensor Fusion“ funkcijų biblioteka, padeda kūrėjams greitai arba net geriau mokytis ir išvengti produkto architektūros perkūrimo ar drastiško modifikavimo ciklo. Daugelį jutiklių galima integruoti į bendruosius tipus arba kategorijas, o šie tipai arba kategorijos leis sklandžiai kurti tvarkykles, kurios, tinkamai naudojamos, yra beveik universalios arba mažiau pakartotinai naudojamos. Raskite šias jutiklių suliejimo funkcijų bibliotekas ir sužinokite jų stipriąsias ir silpnąsias puses.

Kai jutikliai integruojami į įterptąsias sistemas, yra daug būdų, kaip pagerinti projektavimo laiką ir palengvinti naudojimą. Programuotojai niekada „nesuklysite“, jei projektavimo pradžioje ir prieš integruodami juos į žemesnio lygio sistemą išmoks, kaip veikia jutikliai, nuo aukšto abstrakcijos lygio. Daugelis šiandien prieinamų išteklių padės kūrėjams „pradėti darbą iš karto“, nereikės pradėti nuo nulio.