خمس مهارات تصميم ومؤشرات تقنية للمستشعر

ينتشر عدد المستشعرات عبر سطح الأرض وفي المساحات المحيطة بنا ، وتزويد العالم بالبيانات.

بادئ ذي بدء ، يكون الفهرس الفني هو الأساس الموضوعي لتوصيف أداء المنتج. فهم المؤشرات التقنية ، والمساعدة في الاختيار الصحيح للمنتج واستخدامه. تنقسم المؤشرات الفنية للمستشعر إلى مؤشرات ثابتة ومؤشرات ديناميكية. تدرس المؤشرات الثابتة بشكل أساسي أداء المستشعر تحت حالة الثبات الثابت ، بما في ذلك الدقة والتكرار والحساسية والخطية وخطأ الإرجاع والعتبة والزحف والاستقرار وما إلى ذلك.

نظرًا للمؤشرات التقنية العديدة للمستشعر ، يتم وصف البيانات والأدب المختلفة من زوايا مختلفة ، بحيث يتم تفسير أشخاص مختلفين تفاهمات مختلفة ، وحتى سوء الفهم والغموض. لهذه الغاية ، يتم تفسير المؤشرات التقنية الرئيسية التالية للمستشعر:

1 ، القرار والقرار:

التعريف: يشير الدقة إلى أصغر تغيير مقاس يمكن أن يكتشفه المستشعر. يشير الاستقر إلى نسبة الدقة إلى قيمة كاملة.

التفسير 1: القرار هو المؤشر الأساسي لمستشعر. إنه يمثل قدرة المستشعر على تمييز الكائنات المقاسة. يتم وصف المواصفات الفنية الأخرى للمستشعر من حيث الدقة كوحدة الحد الأدنى.

بالنسبة لأجهزة الاستشعار والأدوات ذات الشاشة الرقمية ، يحدد الدقة الحد الأدنى لعدد الأرقام المراد عرضه. على سبيل المثال ، يكون دقة الفرجار الرقمي الإلكترونية 0.01 مم ، وخطأ المؤشر هو 0.02 مم.

التفسير 2: القرار هو رقم مطلق مع الوحدات. على سبيل المثال ، فإن دقة مستشعر درجة الحرارة هي 0.1 ℃ ، دقة مستشعر التسارع هي 0.1G ، إلخ.

التفسير 3: القرار هو مفهوم مرتبط ومشابه للغاية للحل ، وكلاهما يمثل دقة المستشعر إلى القياس.

الفرق الرئيسي هو أن الدقة يتم التعبير عنها كنسبة مئوية من دقة المستشعر. إنه نسبي وليس له بُعد. على سبيل المثال ، دقة مستشعر درجة الحرارة هي 0.1 ℃ ، النطاق الكامل هو 500 ℃ ، الدقة هي 0.1/500 = 0.02 ٪.

2. التكرار:

التعريف: يشير تكرار المستشعر إلى درجة الفرق بين نتائج القياس عندما يتكرر القياس عدة مرات في نفس الاتجاه تحت نفس الحالة.

التفسير 1: يجب أن تكون تكرار المستشعر درجة الفرق بين القياسات المتعددة التي تم الحصول عليها في نفس الشروط. إذا تغيرت شروط القياس ، فإن قابلية المقارنة بين نتائج القياس ستختفي ، والتي لا يمكن استخدامها كأساس لتقييم التكرار.

التفسير 2: يمثل تكرار المستشعر تشتت وعشوائية نتائج القياس للمستشعر. سبب هذا التشتت والعشوائية هو أن مختلف الاضطرابات العشوائية موجودة حتما داخل وخارج المستشعر ، مما يؤدي إلى نتائج القياس النهائية للمستشعر التي تظهر خصائص المتغيرات العشوائية.

التفسير 3: يمكن استخدام الانحراف المعياري للمتغير العشوائي كتعبير كمي قابل للتكرار.

التفسير 4: بالنسبة لقياسات متعددة متكررة ، يمكن الحصول على دقة قياس أعلى إذا تم أخذ متوسط ​​جميع القياسات كنتيجة قياس نهائية. لأن الانحراف المعياري للمتوسط ​​أصغر بكثير من الانحراف المعياري لكل مقياس.

3. الخطي:

التعريف: يشير الخطية (الخطية) إلى انحراف منحنى إدخال المستشعر ومنحنى الإخراج من الخط المستقيم المثالي.

التفسير 1: يجب أن تكون علاقة إدخال المستشعر المثالية/الإخراج خطية ، ويجب أن يكون منحنى الإدخال/الإخراج خطًا مستقيمًا (الخط الأحمر في الشكل أدناه).

ومع ذلك ، فإن المستشعر الفعلي أكثر أو أقل لديه مجموعة متنوعة من الأخطاء ، مما يؤدي إلى منحنى الإدخال والإخراج الفعلي ليس الخط المستقيم المثالي ، ولكن المنحنى (المنحنى الأخضر في الشكل أدناه).

الخطي هو درجة الفرق بين المنحنى المميز الفعلي للمستشعر والخط خارج الخط ، والمعروف أيضًا باسم غير الخطية أو الخطأ غير الخطي.

التفسير 2: لأن الفرق بين المنحنى المميز الفعلي للمستشعر والخط المثالي يختلف في أحجام مختلفة من القياس ، وغالبًا ما تستخدم نسبة القيمة القصوى للفرق في قيمة المدى الكامل في المدى الكامل.

التفسير 3: نظرًا لأن الخط المثالي للمستشعر غير معروف لحالة القياس العامة ، فلا يمكن الحصول عليها. لهذا السبب ، يتم اعتماد طريقة التسوية غالبًا ، أي باستخدام نتائج قياس المستشعر مباشرةً ، وأفضل طريقة ، على الأقل ، على الأقل ، على الأقل ، على الأقل ، على الأقل ، على حد ما ، على الأقل ، على الأقل ، طريقة القياس ، وأفضل طريقة ، على الأقل ، على الأقل.

4. الاستقرار:

التعريف: الاستقرار هو قدرة المستشعر على الحفاظ على أدائه على مدى فترة من الزمن.

التفسير 1: الاستقرار هو الفهرس الرئيسي لاستقصاء ما إذا كان المستشعر يعمل بشكل ثابت في نطاق زمني معين. العوامل التي تؤدي إلى عدم استقرار المستشعر تشمل بشكل أساسي انجراف درجة الحرارة وإطلاق الإجهاد الداخلي. لذلك ، من المفيد زيادة تعويض درجة الحرارة وعلاج الشيخوخة لتحسين الاستقرار.

التفسير 2: يمكن تقسيم الاستقرار إلى الاستقرار على المدى القصير والاستقرار طويل الأجل وفقًا لطول الفترة الزمنية. عندما يكون وقت المراقبة قصيرًا جدًا ، يكون الاستقرار والتكرار قريبًا.

التفسير 3: يمكن استخدام كل من الخطأ المطلق والخطأ النسبي للتعبير الكمي لمؤشر الاستقرار. على سبيل المثال ، يتمتع مستشعر قوة نوع الإجهاد بنسبة 0.02 ٪/12H.

5. تواتر أخذ العينات:

التعريف: يشير معدل العينة إلى عدد نتائج القياس التي يمكن أخذ عينات منها بواسطة المستشعر لكل وحدة زمنية.

التفسير 1: إن تواتر أخذ العينات هو المؤشر الأكثر أهمية للخصائص الديناميكية للمستشعر ، مما يعكس قدرة الاستجابة السريعة للمستشعر. إن الترددات التي تتوافق معها هو أحد المؤشرات الفنية التي يجب النظر فيها بشكل كامل في حالة التغيير السريع في القياس.

التفسير 2: مع استخدام ترددات مختلفة ، تختلف دقة المستشعر أيضًا وفقًا لذلك.

غالبًا ما يتم الحصول على أعلى دقة المستشعر بأقل سرعة أخذ العينات أو حتى في ظل حالات ثابتة. لذلك ، يجب أن تؤخذ الدقة والسرعة في الاعتبار في اختيار المستشعر.

خمس نصائح تصميم لأجهزة الاستشعار

1. ابدأ بأداة الحافلة

كخطوة أولى ، يجب على المهندس اتباع نهج توصيل المستشعر أولاً من خلال أداة حافلة للحد من غير معروف. تقوم أداة الحافلة بتوصيل الكمبيوتر الشخصي (PC) ثم إلى جهاز الاستشعار I2C أو SPI أو بروتوكول آخر يسمح للمستشعر "بالتحدث". Driver. في سياق الأداة المساعدة للحافلة ، يمكن للمطور إرسال واستقبال الرسائل لفهم كيفية عمل القسم قبل محاولة العمل على المستوى المضمن.

2. اكتب رمز واجهة النقل في بيثون

بمجرد أن يحاول المطور استخدام أجهزة استشعار أداة الحافلة ، فإن الخطوة التالية هي كتابة رمز التطبيق للمستشعرات. وضع القفز مباشرةً إلى رمز متحكم ، وكتابة رمز التطبيق في Python.Many Bus أدوات التحكم في تكوين المكونات الإضافية وعينة من الكود عند الكتابة ، والتي يتيحها Python عادةً. التطبيقات التي ليست معقدة مثل الاختبار في بيئة مضمنة. سوف يجعل الرمز العالي المستوى من السهل على المهندسين غير المميزين نصوص المستشعرات والاختبارات دون رعاية مهندس برمجيات مضمن.

3. اختبر المستشعر مع الثعبان الصغيرة

تتمثل إحدى مزايا كتابة رمز التطبيق الأول في Python في أن استدعاءات التطبيق إلى واجهة برمجة تطبيقات الحافلات (API) يمكن تبديلها بسهولة عن طريق استدعاء Micro Python.micro Python يعمل في البرامج المضمنة في الوقت الفعلي ، والتي تضم العديد من أجهزة الاستشعار للمهندسين لفهم قيمتها. يعمل Micro Python على معالج Cortex-M4 ، وهي بيئة جيدة يمكن من خلالها تصحيح رمز التطبيق. ليس الأمر بسيطًا فقط ، فليس هناك حاجة لكتابة برامج تشغيل I2C أو SPI هنا ، حيث يتم تغطيتها بالفعل في مكتبة وظائف Python الصغيرة.

4. استخدم رمز مورد المستشعر

أي رمز عينة يمكن "كسره" من مصنع استشعار ، سيتعين على المهندسين أن يقطعوا شوطًا طويلاً لفهم كيفية عمل المستشعر. ولحسن الحظ ، فإن العديد من بائعي المستشعرات ليسوا خبراء في تصميم البرمجيات المدمجة ، لذلك لا تتوقع أن يجدوا مثالًا جاهزًا للإنتاج حتى يتمكن من التسلط إلى التضخمة. كـ "Spaghetti" ، ولكن تسخير فهم الشركات المصنعة لكيفية عمل أجهزة استشعارهم سيساعد في تقليل العديد من عطلات نهاية الأسبوع المدمرة قبل إطلاق المنتج.

5. استخدم مكتبة وظائف اندماج المستشعر

هناك احتمالات ، أن واجهة نقل المستشعر ليست جديدة ولم يتم القيام بها من قبل. مكتبات معروفة لجميع الوظائف ، مثل "مكتبة دالة المستشعرات" التي توفرها العديد من الشركات المصنعة للرقائق ، ومساعدة المطورين على التعلم بسرعة ، أو حتى أفضل ، وتجنب دورة الجوانب المتجسدة أو تعديلها بشكل جذري. بشكل صحيح ، تكون عالمية أو أقل قابلية للاستخدام.

عندما يتم دمج المستشعرات في أنظمة مضمنة ، هناك العديد من الطرق للمساعدة في تحسين وقت التصميم وسهولة الاستخدام. لا يمكن للمطورات "أن يخطئوا" أبدًا من خلال تعلم كيفية عمل المستشعرات من مستوى عالٍ من التجريد في بداية التصميم وقبل دمجها في نظام أقل.