Fimm hönnunarhæfileikar og tæknilegir vísar skynjarans

Fjöldi skynjara er að aukast um allt yfirborð jarðar og í geimnum í kringum okkur og veita heiminum gögn. Þessir hagkvæmu skynjarar eru drifkrafturinn á bak við þróun Internetsins hlutanna og stafrænu byltingarinnar sem samfélag okkar stendur frammi fyrir, en tenging og aðgangur að gögnum frá skynjurum gengur ekki alltaf beint eða auðveldlega. Þessi grein mun kynna tæknilegan vísitölu skynjara, 5 hönnunarhæfileika og OEM fyrirtæki.

Í fyrsta lagi er tæknivísitalan hlutlægur grundvöllur til að lýsa afköstum vöru. Skilningur á tæknilegum vísum hjálpar til við rétta val og notkun vörunnar. Tæknivísar skynjarans eru skipt í kyrrstæða vísa og breytilega vísa. Kyrrstæðu vísarnir skoða aðallega afköst skynjarans við aðstæður með kyrrstöðuóbreytileika, þar á meðal upplausn, endurtekningarhæfni, næmi, línuleika, afturvirkni, þröskuld, skrið, stöðugleika og svo framvegis. Breytilegur vísitala skoðar aðallega afköst skynjarans við aðstæður með hröðum breytingum, þar á meðal tíðnisvörun og skrefsvörun.

Vegna fjölmargra tæknilegra vísbendinga um skynjarann ​​eru ýmis gögn og rit lýst frá mismunandi sjónarhornum, þannig að mismunandi fólk hefur mismunandi skilning og jafnvel misskilning og tvíræðni. Í þessu skyni eru eftirfarandi nokkrir helstu tæknilegir vísbendingar um skynjarann ​​túlkaðir:

1, upplausn og upplausn:

Skilgreining: Upplausn vísar til minnstu mældu breytingu sem skynjari getur greint. Upplausn vísar til hlutfalls upplausnar og fulls kvarðagildis.

Túlkun 1: Upplausn er grundvallarvísir skynjara. Hún táknar getu skynjarans til að greina mælda hluti. Aðrar tæknilegar upplýsingar skynjarans eru lýstar með upplausn sem lágmarkseining.

Fyrir skynjara og tæki með stafrænum skjá ákvarðar upplausnin lágmarksfjölda tölustafa sem birtast. Til dæmis er upplausn rafræns stafræns mælikils 0,01 mm og vísifrávikið er ±0,02 mm.

Túlkun 2: Upplausn er algild tala með einingum. Til dæmis er upplausn hitaskynjara 0,1 ℃, upplausn hröðunarskynjara er 0,1 g, o.s.frv.

Túlkun 3: Upplausn er skyld og mjög svipuð hugtaki upplausn, þar sem bæði tákna upplausn skynjara miðað við mælingu.

Helsti munurinn er sá að upplausnin er gefin upp sem hlutfall af upplausn skynjarans. Hún er afstæð og hefur enga vídd. Til dæmis er upplausn hitaskynjarans 0,1℃, fullt svið er 500℃, upplausnin er 0,1/500 = 0,02%.

2. Endurtekningarhæfni:

Skilgreining: Endurtekningarhæfni skynjarans vísar til þess hversu mikill munur er á mælingunni þegar mælingin er endurtekin nokkrum sinnum í sömu átt við sömu aðstæður. Einnig kallað endurtekningarvilla, afritunarvilla o.s.frv.

Túlkun 1: Endurtekningarhæfni skynjara verður að vera mismunurinn á milli margra mælinga sem gerðar eru við sömu aðstæður. Ef mæliskilyrðin breytast hverfur samanburðarhæfni milli mælinganiðurstaðna og er því ekki hægt að nota hana sem grundvöll til að meta endurtekningarhæfni.

Túlkun 2: Endurtekningarhæfni skynjarans táknar dreifingu og handahófskennda mælinganiðurstöðu skynjarans. Ástæðan fyrir slíkri dreifingu og handahófi er sú að ýmsar handahófskenndar truflanir eru óhjákvæmilega til staðar innan og utan skynjarans, sem leiðir til þess að lokamælingarniðurstöður skynjarans sýna eiginleika handahófsbreytna.

Túlkun 3: Hægt er að nota staðalfrávik handahófsbreytunnar sem endurtakanlega megindlega jöfnu.

Túlkun 4: Fyrir margar endurteknar mælingar er hægt að fá meiri mælingarnákvæmni ef meðaltal allra mælinga er tekið sem lokaniðurstaða mælingarinnar. Vegna þess að staðalfrávik meðaltalsins er marktækt minna en staðalfrávik hverrar mælingar.

3. Línuleiki:

Skilgreining: Línuleiki (Linearity) vísar til fráviks inntaks- og úttakskúrfu skynjarans frá hugsjónarbeinni línu.

Túlkun 1: Kjörinn tengsl milli inntaks/úttaks skynjara ættu að vera línuleg og inntaks/úttakskúrfan ætti að vera bein lína (rauða línan á myndinni hér að neðan).

Hins vegar hefur raunverulegur skynjari meira og minna fjölbreytt úrval af villum, sem leiðir til þess að raunverulegur inntaks- og úttakskúrfa er ekki hin fullkomna bein lína, heldur ferill (græna ferillinn á myndinni hér að neðan).

Línuleiki er munurinn á raunverulegum einkennandi ferli skynjarans og offline línunni, einnig þekkt sem ólínuleiki eða ólínuleg villa.

Túlkun 2: Þar sem munurinn á raunverulegri einkenniskúrfu skynjarans og hugsjónarlínunni er mismunandi eftir mælingastærðum, er hlutfall hámarksgildis mismunarins og heildargildisins oft notað í heildarsviðinu. Augljóslega er línuleiki einnig afstæð stærð.

Túlkun 3: Þar sem hugsjónarlína skynjarans er óþekkt fyrir almennar mælingaraðstæður er ekki hægt að finna hana. Þess vegna er oft notuð málamiðlunaraðferð, þ.e. að nota mælinganiðurstöður skynjarans beint til að reikna út viðeigandi línu sem er nálægt hugsjónarlínunni. Sérstakar útreikningsaðferðir eru meðal annars endapunktslínuaðferð, bestu línuaðferð, minnstu kvaðrata aðferð og svo framvegis.

4. Stöðugleiki:

Skilgreining: Stöðugleiki er geta skynjara til að viðhalda virkni sinni yfir ákveðið tímabil.

Túlkun 1: Stöðugleiki er aðalvísirinn til að kanna hvort skynjarinn virki stöðugt innan ákveðins tímabils. Þættirnir sem leiða til óstöðugleika skynjarans eru aðallega hitastigsbreytingar og losun innri spennu. Þess vegna er gagnlegt að auka hitastigsbætur og öldrunarmeðferð til að bæta stöðugleikann.

Túlkun 2: Stöðugleika má skipta í skammtímastöðugleika og langtímastöðugleika eftir lengd tímabilsins. Þegar athugunartíminn er of stuttur eru stöðugleiki og endurtekningarhæfni svipaðar. Þess vegna skoðar stöðugleikavísitalan aðallega langtímastöðugleika. Sértækur tími er ákvarðaður eftir notkun umhverfisins og kröfum.

Túlkun 3: Hægt er að nota bæði algilda villu og hlutfallslega villu til að reikna út stöðugleikavísitölu. Til dæmis hefur álagskraftskynjari stöðugleika upp á 0,02%/12 klst.

5. Sýnatökutíðni:

Skilgreining: Sýnishornshraði vísar til fjölda mæliniðurstaðna sem skynjarinn getur tekið sýni af á tímaeiningu.

Túlkun 1: Sýnatökutíðnin er mikilvægasti vísirinn á hreyfieiginleika skynjarans og endurspeglar hraðvirka svörun skynjarans. Sýnatökutíðni er einn af tæknilegu vísbendingunum sem verður að taka tillit til þegar mælingar breytast hratt. Samkvæmt sýnatökulögmáli Shannon ætti sýnatökutíðni skynjarans ekki að vera minni en tvöfalt breytingatíðni mælingarinnar.

Túlkun 2: Með notkun mismunandi tíðna breytist nákvæmni skynjarans einnig í samræmi við það. Almennt séð, því hærri sem sýnatökutíðnin er, því minni er mælingarnákvæmnin.

Mesta nákvæmni skynjarans næst oft við lægsta sýnatökuhraða eða jafnvel við kyrrstæðar aðstæður. Þess vegna verður að taka tillit til nákvæmni og hraða við val á skynjara.

Fimm hönnunarráð fyrir skynjara

1. Byrjaðu með strætóverkfærinu

Sem fyrsta skref ætti verkfræðingurinn að fara þá leið að tengja skynjarann ​​í gegnum strætó til að takmarka hið óþekkta. Strætóverkfæri tengir persónutölvu (PC) og síðan við I2C, SPI eða aðra samskiptareglu skynjarans sem gerir skynjaranum kleift að „tala“. Tölvuforrit tengt strætóverkfæri sem veitir þekkta og virka uppsprettu til að senda og taka á móti gögnum sem eru ekki óþekktur, óstaðfestur innbyggður örstýringarrekill (MCU). Í samhengi strætóverkfærisins getur forritarinn sent og tekið á móti skilaboðum til að fá skilning á því hvernig hlutinn virkar áður en reynt er að starfa á innbyggðu stigi.

2. Skrifaðu kóðann fyrir flutningsviðmótið í Python

Þegar forritarinn hefur prófað að nota skynjara strætóverkfærisins er næsta skref að skrifa forritakóða fyrir skynjarana. Í stað þess að hoppa beint í örstýringarkóða er hægt að skrifa forritakóða í Python. Margar strætóforritaforrit stilla viðbætur og sýnishornskóða þegar þau skrifa skriftur, sem Python fylgir venjulega .NET, einu af forritunarmálunum sem eru í boði í .net. Að skrifa forrit í Python er fljótlegt og auðvelt og það býður upp á leið til að prófa skynjara í forritum sem eru ekki eins flókin og prófanir í innbyggðu umhverfi. Að hafa kóða á háu stigi mun auðvelda verkfræðingum sem ekki eru innbyggðir að vinna með skynjaraskriftur og prófanir án umsjónar hugbúnaðarverkfræðings í innbyggðu umhverfi.

3. Prófaðu skynjarann ​​með Micro Python

Einn af kostunum við að skrifa fyrsta forritakóðann í Python er að auðvelt er að skipta út forritaköllum í forritaskil (API) Bus-utility með því að kalla á Micro Python. Micro Python keyrir í rauntíma innbyggðum hugbúnaði sem hefur marga skynjara sem verkfræðingar geta notað til að skilja gildi hans. Micro Python keyrir á Cortex-M4 örgjörva og er gott umhverfi til að kemba forritakóða. Það er ekki aðeins einfalt, heldur er engin þörf á að skrifa I2C eða SPI rekla hér, þar sem þeir eru þegar fjallaðir um í fallsafni Micro Python.

4. Notið kóða skynjarans

Þegar hægt er að „skrapa“ kóða frá framleiðanda skynjara þurfa verkfræðingar að leggja langa vinnu í að skilja hvernig skynjarinn virkar. Því miður eru margir framleiðendur skynjara ekki sérfræðingar í hönnun innbyggðs hugbúnaðar, svo ekki búast við að finna framleiðslutilbúið dæmi um fallega arkitektúr og glæsileika. Notaðu bara kóðann frá framleiðandanum, lærðu hvernig þessi hluti virkar og pirringurinn við endurgerð mun koma upp þar til hægt er að samþætta hann hreint í innbyggðan hugbúnað. Það gæti byrjað sem „spaghetti“, en að beisla skilning framleiðenda á því hvernig skynjarar þeirra virka mun hjálpa til við að draga úr mörgum eyðilögðum helgum áður en varan er sett á markað.

5. Notaðu bókasafn af skynjarasamrunaaðgerðum

Líklega er flutningsviðmót skynjarans ekki nýtt og hefur ekki verið gert áður. Þekkt bókasöfn allra aðgerða, eins og „Sensor Fusion function Library“ sem margir örgjörvaframleiðendur bjóða upp á, hjálpa forriturum að læra fljótt, eða jafnvel betur, og forðast hringrás endurþróunar eða mikilla breytinga á vöruarkitektúr. Hægt er að samþætta marga skynjara í almennar gerðir eða flokka, og þessar gerðir eða flokkar munu gera kleift að þróa rekla sem, ef þeir eru meðhöndlaðir rétt, eru næstum alhliða eða minna endurnýtanlegir. Finndu þessi bókasöfn skynjarasamruna og lærðu styrkleika þeirra og veikleika.

Þegar skynjarar eru samþættir í innbyggð kerfi eru margar leiðir til að bæta hönnunartíma og auðvelda notkun. Forritarar geta aldrei „farið úrskeiðis“ með því að læra hvernig skynjarar virka frá háu abstraktstigi í upphafi hönnunarinnar og áður en þeir eru samþættir í kerfi á lægra stigi. Margar af þeim úrræðum sem eru í boði í dag munu hjálpa forriturum að „byrja strax“ án þess að þurfa að byrja frá grunni.