Количество датчиков увеличивается по всей поверхности Земли и в Пространствах вокруг нас, обеспечивая мир данными. Эти доступные датчики являются движущей силой развития Интернета вещей и цифровой революции, с которой сталкивается наше общество, но при этом соединяют а доступ к данным с датчиков не всегда бывает прямым и легким. В этой статье будут представлены технический индекс датчиков, 5 навыков проектирования и предприятия OEM.
Прежде всего, технический индекс - это объективная основа для характеристики производительности продукта. Разбираться в технических показателях, помогать правильный выбор и использование продукта. Технические показатели датчика делятся на статические показатели и динамические показатели. Статические индикаторы в основном исследуют характеристики датчика в условиях статической инвариантности, включая разрешение, повторяемость, чувствительность, линейность, ошибку возврата, порог, ползучесть, стабильность и т. Д. Динамический индекс в основном исследует характеристики датчика в этом состоянии быстрых изменений, включая частотную характеристику и переходную характеристику.
В связи с многочисленными техническими показателями датчика, различные данные и литература описаны с разных сторон, так что разные люди имеют разное понимание и даже недопонимание и двусмысленность. С этой целью интерпретируются следующие несколько основных технических показателей для датчика:
1, разрешение и разрешение:
Определение: Разрешение относится к наименьшему измеренному изменению, которое может обнаружить датчик. Разрешение относится к отношению разрешения к значению полной шкалы.
Интерпретация 1. Разрешение - это самый основной показатель датчика. Он представляет способность датчика различать измеряемые объекты. Остальные технические характеристики датчика описаны в терминах разрешающей способности как минимальной единицы.
Для датчиков и инструментов с цифровым дисплеем разрешение определяет минимальное количество отображаемых цифр. Например, разрешение электронного цифрового штангенциркуля составляет 0,01 мм, а погрешность индикатора составляет ± 0,02 мм.
Интерпретация 2: Разрешение - это абсолютное число с единицами измерения. Например, разрешение датчика температуры составляет 0,1 ℃, разрешение датчика ускорения составляет 0,1 g и т. Д.
Интерпретация 3: Разрешение - это понятие, связанное с разрешением и очень похожее на разрешение, которое представляет собой разрешение датчика для измерения.
Основное отличие состоит в том, что разрешение выражается в процентах от разрешения сенсора. Он относительный и не имеет размеров. Например, разрешение датчика температуры 0,1 ℃, полный диапазон 500 ℃, разрешение 0,1 / 500 = 0,02%.
2. Повторяемость:
Определение: Повторяемость датчика относится к степени различия между результатами измерения, когда измерение повторяется несколько раз в одном и том же направлении при одинаковых условиях, также называемая ошибкой повторения, ошибкой воспроизведения и т. Д.
Интерпретация 1: Повторяемость датчика должна быть степенью разницы между несколькими измерениями, полученными в одних и тех же условиях. Если условия измерения изменятся, сопоставимость результатов измерения исчезнет, что не может использоваться в качестве основы для оценки повторяемости.
Интерпретация 2: Повторяемость датчика представляет собой разброс и случайность результатов измерения датчика. Причина такой разброса и случайности заключается в том, что различные случайные помехи неизбежно существуют внутри и снаружи датчика, что приводит к окончательным результатам измерения датчика. показывая характеристики случайных величин.
Интерпретация 3: стандартное отклонение случайной величины может использоваться как воспроизводимое количественное выражение.
Интерпретация 4: Для многократных повторных измерений можно получить более высокую точность измерения, если в качестве окончательного результата принять среднее всех измерений, поскольку стандартное отклонение среднего значения значительно меньше стандартного отклонения каждого измерения.
3. Линейность:
Определение: Линейность (линейность) относится к отклонению кривой входа и выхода датчика от идеальной прямой.
Интерпретация 1: Идеальное соотношение входа / выхода датчика должно быть линейным, а его кривая входа / выхода должна быть прямой линией (красная линия на рисунке ниже).
Однако фактический датчик более или менее имеет множество ошибок, в результате чего фактическая кривая ввода и вывода представляет собой не идеальную прямую линию, а кривую (зеленая кривая на рисунке ниже).
Линейность - это степень различия между фактической характеристической кривой датчика и автономной линией, также известная как нелинейность или нелинейная ошибка.
Интерпретация 2: Поскольку разница между фактической характеристической кривой датчика и идеальной линией различается для разных размеров измерения, отношение максимального значения разницы к значению полного диапазона часто используется во всем диапазоне. , линейность также является относительной величиной.
Интерпретация 3: Поскольку идеальная линия датчика неизвестна для общей ситуации измерения, ее невозможно получить. По этой причине часто применяется компромиссный метод, то есть прямое использование результатов измерения датчика для расчета линии соответствия. которая близка к идеальной линии. Конкретные методы расчета включают метод конечной точки, метод наилучшей линии, метод наименьших квадратов и т. д.
4. Стабильность:
Определение: Стабильность - это способность датчика сохранять свои рабочие характеристики в течение определенного периода времени.
Интерпретация 1: Стабильность является основным показателем для исследования того, стабильно ли работает датчик в определенном временном диапазоне. Факторы, которые приводят к нестабильности датчика, в основном включают температурный дрейф и снятие внутреннего напряжения. Поэтому полезно увеличить температурную компенсацию. и лечение старения для улучшения стабильности.
Интерпретация 2: Стабильность можно разделить на краткосрочную стабильность и долгосрочную стабильность в зависимости от продолжительности периода времени. Когда время наблюдения слишком короткое, стабильность и повторяемость близки. Таким образом, индекс стабильности в основном исследует длительный период. - временная стабильность. Конкретный период времени, в зависимости от использования окружающей среды и требований, которые необходимо определить.
Интерпретация 3: Для количественного выражения индекса стабильности могут использоваться как абсолютная погрешность, так и относительная погрешность. Например, датчик силы деформационного типа имеет стабильность 0,02% / 12 ч.
5. Частота выборки:
Определение: Частота дискретизации означает количество результатов измерения, которые могут быть получены датчиком за единицу времени.
Интерпретация 1: частота дискретизации является наиболее важным показателем динамических характеристик сенсора, отражающим способность сенсора к быстрому отклику. Частота дискретизации - один из технических показателей, который необходимо полностью учитывать в случае быстрой смены измерения. Согласно закону выборки Шеннона, частота выборки датчика не должна быть менее чем в 2 раза больше частоты изменения измеряемой частоты.
Интерпретация 2: При использовании разных частот точность датчика также изменяется соответственно. Вообще говоря, чем выше частота дискретизации, тем ниже точность измерения.
Наивысшая точность датчика часто достигается при самой низкой скорости отбора проб или даже в статических условиях, поэтому при выборе датчика необходимо учитывать точность и скорость.
Пять советов по дизайну датчиков
1. Начните с инструмента шины
В качестве первого шага инженер должен сначала подключить датчик через шинный инструмент, чтобы ограничить неизвестное. Шинный инструмент подключает персональный компьютер (ПК), а затем к I2C, SPI датчика или другому протоколу, который позволяет датчик для «разговора». Приложение ПК, связанное с шинным инструментом, который предоставляет известный и рабочий источник для отправки и получения данных, который не является неизвестным, не прошедшим проверку подлинности драйвером встроенного микроконтроллера (MCU). В контексте утилиты Bus, разработчик может отправлять и получать сообщения, чтобы понять, как работает раздел, прежде чем пытаться работать на встроенном уровне.
2. Напишите код интерфейса передачи на Python.
После того, как разработчик попробовал использовать датчики шинного инструмента, следующим шагом будет написание кода приложения для датчиков. Вместо перехода непосредственно к коду микроконтроллера напишите код приложения на Python. Многие служебные программы шины настраивают плагины и образцы кода при написании Скрипты, за которыми Python обычно следует. NET - один из языков, доступных в.net. Написание приложений на Python выполняется быстро и легко, и он обеспечивает способ тестирования датчиков в приложениях, которые не так сложны, как тестирование во встроенной среде. -уровневый код позволит инженерам, не имеющим встроенных функций, разрабатывать сценарии и тесты датчиков без заботы инженера по встроенному программному обеспечению.
3. Протестируйте датчик с помощью Micro Python.
Одним из преимуществ написания первого кода приложения на Python является то, что вызовы приложения к интерфейсу программирования (API) приложения шины могут быть легко заменены путем вызова Micro Python. Micro Python работает во встроенном ПО в реальном времени, которое имеет множество датчики для инженеров, чтобы понять их ценность. Micro Python работает на процессоре Cortex-M4, и это хорошая среда для отладки кода приложения. Мало того, что это просто, нет необходимости писать здесь драйверы I2C или SPI, поскольку они уже охвачены функцией Micro Python. библиотека.
4. Используйте код поставщика датчика.
Инженеры должны будут пройти долгий путь, чтобы понять, как работает датчик, любой пример кода, который можно «поскрести» у производителя датчика. К сожалению, многие производители датчиков не являются экспертами в разработке встроенного программного обеспечения, поэтому не ожидайте найти подходящего варианта. готовый к производству пример красивой архитектуры и элегантности. Просто используйте код поставщика, узнайте, как эта часть работает, и разочарование от рефакторинга возникнет до тех пор, пока он не будет полностью интегрирован во встроенное программное обеспечение. Он может начинаться как «спагетти», но с привлечением производителей «Понимание того, как работают их датчики, поможет сократить количество неудачных выходных перед запуском продукта.
5.Используйте библиотеку функций объединения датчиков
Скорее всего, интерфейс передачи датчика не является новым и ранее не реализовывался. Известные библиотеки всех функций, такие как «Библиотека функций Sensor Fusion», предоставляемая многими производителями микросхем, помогают разработчикам быстро или даже лучше учиться и избегать цикл перестройки или радикального изменения архитектуры продукта. Многие датчики могут быть интегрированы в общие типы или категории, и эти типы или категории позволят беспрепятственно разрабатывать драйверы, которые при правильном обращении являются почти универсальными или менее пригодными для повторного использования. функции слияния сенсоров и узнайте их сильные и слабые стороны.
Когда датчики интегрируются во встроенные системы, есть много способов помочь сократить время проектирования и упростить использование. Разработчики никогда не ошибутся, изучив, как работают датчики, на высоком уровне абстракции в начале проектирования и до их интеграции в систему более низкого уровня. Многие из доступных сегодня ресурсов помогут разработчикам «взяться за дело» без необходимости начинать с нуля.
Время публикации: 16 августа-2021