חמש כישורי עיצוב ומחוונים טכניים של החיישן

מספר החיישנים מתרבים על פני כדור הארץ ובמרחבים שסביבנו, ומספקים לעולם נתונים. חיישנים במחירים סבירים אלה הם הכוח המניע מאחורי התפתחות האינטרנט של הדברים והמהפכה הדיגיטלית שעמה מתמודדת החברה שלנו, אך יחד עם זאת מתחברים וגישה לנתונים מחיישנים לא תמיד הולכת ישר או קלה. מאמר זה יציג את המדד הטכני של החיישנים, 5 כישורי עיצוב ומפעלים OEM.

קודם כל, המדד הטכני הוא הבסיס האובייקטיבי לאפיין את הביצועים של מוצר .הבין את האינדיקטורים הטכניים, עזור לבחירה ושימוש נכון במוצר. האינדיקטורים הטכניים של החיישן מחולקים למחוונים סטטיים ומחוונים דינאמיים. האינדיקטורים הסטטיים בוחנים בעיקר את ביצועי החיישן בתנאי של שונות בלתי -סטטית, כולל רזולוציה, יכולת חזרה, רגישות, ליניאריות, שגיאת החזרה, סף, זחילה, יציבות וכן הלאה. אינדקס דינמי בוחן בעיקר את ביצועי החיישן בתנאי של שינוי מהיר, כולל תגובת תדר ותגובת צעד.

בשל האינדיקטורים הטכניים של החיישן, נתונים וספרות שונים מתוארים מזוויות שונות, כך שלאנשים שונים יש הבנות שונות, ואפילו אי הבנה ועמימות. לשם כך מתפרשים מספר האינדיקטורים הטכניים העיקריים של החיישן:

1, רזולוציה ורזולוציה:

הגדרה: רזולוציה מתייחסת לשינוי הנמדד הקטן ביותר שחיישן יכול לזהות. רזולוציה מתייחסת ליחס בין רזולוציה לערך בקנה מידה מלא.

פרשנות 1: רזולוציה היא האינדיקטור הבסיסי ביותר של חיישן. הוא מייצג את יכולתו של החיישן להבחין בין האובייקטים הנמדדים. המפרט הטכני האחר של החיישן מתואר במונחים של רזולוציה כיחידה המינימלית.

עבור חיישנים ומכשירים עם תצוגה דיגיטלית, הרזולוציה קובעת את מספר הספרות המינימלי להצגה. לדוגמה, הרזולוציה של קליפר דיגיטלי אלקטרוני היא 0.01 מ"מ, ושגיאת המחוון היא ± 0.02 מ"מ.

פרשנות 2: רזולוציה היא מספר מוחלט עם יחידות. לדוגמה, הרזולוציה של חיישן טמפרטורה היא 0.1 ℃, הרזולוציה של חיישן האצה היא 0.1g וכו '.

פרשנות 3: רזולוציה היא מושג קשור ודומה מאוד לרזולוציה, שניהם מייצגים את רזולוציית חיישן למדידה.

ההבדל העיקרי הוא שהרזולוציה מתבטאת באחוזים מהרזולוציה של החיישן. הוא יחסי ואין לו ממד. לדוגמה, הרזולוציה של חיישן הטמפרטורה היא 0.1 ℃, הטווח המלא הוא 500 ℃, הרזולוציה היא 0.1/500 = 0.02%.

2. יכולת חזרה:

הגדרה: החזרה על החיישן מתייחסת למידת ההבדל בין תוצאות המדידה כאשר המדידה חוזרת מספר פעמים באותו כיוון באותו מצב. נקראת גם שגיאת חזרה, שעתוק רבייה וכו '.

פרשנות 1: החזרה על חיישן חייבת להיות מידת ההבדל בין מדידות מרובות המתקבלות באותם תנאים. אם תנאי המדידה ישתנו, ההשוואה בין תוצאות המדידה תיעלם, מה שלא יכול לשמש בסיס להערכת החזרתיות.

פרשנות 2: החזרה על החיישן מייצגת את הפיזור ואת האקראיות של תוצאות המדידה של החיישן. הסיבה לפיזור ואקראיות כזו היא שהפרעות אקראיות שונות קיימות בהכרח בתוך החיישן ומחוצה לו, וכתוצאה מכך תוצאות המדידה הסופיות של החיישן. מראה את המאפיינים של משתנים אקראיים.

פרשנות 3: סטיית התקן של המשתנה האקראי יכולה לשמש ביטוי כמותי לשחזור.

פרשנות 4: עבור מדידות חוזרות ונשנות, ניתן להשיג דיוק מדידה גבוה יותר אם הממוצע של כל המדידות נלקח כתוצאת המדידה הסופית.כיוון שסטיית התקן של הממוצע קטנה משמעותית מאשר סטיית התקן של כל מדד.

3. לינאריות:

הגדרה: לינאריות (לינאריות) מתייחסת לסטיית עקומת קלט ויציאת החיישן מהקו הישר האידיאלי.

פרשנות 1: יחסי הכניסה/פלט החיישן האידיאליים צריכים להיות ליניאריים, ועקומת הקלט/הפלט שלו צריכה להיות קו ישר (קו אדום באיור שלהלן).

עם זאת, לחיישן בפועל יש פחות או יותר מגוון שגיאות, וכתוצאה מכך עקומת הכניסה והפלט בפועל אינה הקו הישר האידיאלי, אלא עקומה (העקומה הירוקה באיור שלהלן).

לינאריות היא מידת ההבדל בין העקומה האופיינית של החיישן לבין הקו הלא מקוון, הידועה גם בשם לא לינאריות או שגיאה לא לינארית.

פרשנות 2: מכיוון שההבדל בין העקומה האופיינית של החיישן לקו האידיאלי שונה בגדלי מדידה שונים, היחס בין הערך המרבי של ההפרש לערך הטווח המלא משמש לרוב בטווח הטווח המלא. , ליניאריות היא גם כמות יחסית.

פרשנות 3: מכיוון שהקו האידיאלי של החיישן אינו ידוע למצב המדידה הכללי, לא ניתן להשיג אותו. מסיבה זו, לרוב נוקטת שיטת פשרה, כלומר, ישירות באמצעות תוצאות המדידה של החיישן לחישוב קו ההתאמה. שהוא קרוב לקו האידיאלי.שיטות החישוב הספציפיות כוללות שיטת קו נקודת סיום, שיטת הקו הטובה ביותר, שיטת הכיכר הכי פחות וכן הלאה.

4. יציבות:

הגדרה: יציבות היא היכולת של חיישן לשמור על ביצועיו לאורך זמן.

פרשנות 1: יציבות היא המדד העיקרי לחקור האם החיישן פועל ביציבות בטווח זמן מסוים. הגורמים המובילים לחוסר היציבות של החיישן כוללים בעיקר סחף טמפרטורה ושחרור מתח פנימי. לכן, מועיל להגדיל את פיצוי הטמפרטורה. וטיפול בהזדקנות לשיפור היציבות.

פרשנות 2: ניתן לחלק את היציבות ליציבות לטווח קצר ויציבות לטווח הארוך לפי משך הזמן. כאשר זמן התצפית קצר מדי, היציבות והחוזרות קרובים. לכן, מדד היציבות בוחן בעיקר את הארוך -יציבות טווח.משך הזמן הספציפי, בהתאם לשימוש בסביבה ולדרישות לקבוע.

פרשנות 3: ניתן להשתמש בשגיאה מוחלטת והן בשגיאה היחסית לביטוי הכמותי של מדד היציבות. לדוגמה, לחיישן כוח מסוג מתח יש יציבות של 0.02%/12h.

5. תדירות הדגימה:

הגדרה: קצב הדגימה מתייחס למספר תוצאות המדידה שניתן לחסוך על ידי החיישן ליחידת זמן.

פרשנות 1: תדירות הדגימה היא האינדיקטור החשוב ביותר למאפיינים הדינמיים של החיישן, המשקף את יכולת התגובה המהירה של החיישן. תדירות הדגימה היא אחד האינדיקטורים הטכניים שיש לקחת בחשבון במלואם במקרה של שינוי מדידה מהיר. על פי חוק הדגימה של שאנון, תדירות הדגימה של החיישן לא צריכה להיות נמוכה מפי 2 מתדירות השינוי של הנמדד.

פרשנות 2: עם שימוש בתדרים שונים, דיוק החיישן משתנה גם הוא בהתאם. באופן כללי, ככל שתדירות הדגימה גבוהה יותר כך דיוק המדידה נמוך יותר.

הדיוק הגבוה ביותר של החיישן מתקבל לעתים קרובות במהירות הדגימה הנמוכה ביותר או אפילו בתנאים סטטיים. לכן, יש לקחת בחשבון דיוק ומהירות בבחירת החיישנים.

חמישה עצות עיצוב לחיישנים

1. התחל עם כלי האוטובוס

כצעד ראשון, המהנדס צריך לנקוט בגישה של חיבור החיישן הראשון באמצעות כלי אוטובוס כדי להגביל את הלא נודע. כלי אוטובוס מחבר מחשב אישי (PC) ולאחר מכן ל- I2C, SPI או לפרוטוקול אחר של החיישן המאפשר חיישן "לדבר". יישום מחשב PC המשויך לכלי אוטובוס המספק מקור ידוע ועובד לשליחה וקבלה של נתונים שאינם נהג מיקרו -בקר מוטבע (MCU) מוטבע ולא מאומת. בהקשר של כלי האוטובוס, היזם יכול לשלוח ולקבל הודעות בכדי להבין כיצד אופן הפעולה של המדור לפני שתנסה לפעול ברמה המוטבעת.

2. כתוב את קוד ממשק השידור ב- Python

לאחר שהמפתח ניסה להשתמש בחיישנים של כלי האוטובוס, השלב הבא הוא לכתוב קוד יישום לחיישנים. במקום לקפוץ ישירות לקוד מיקרו-בקר, כתוב קוד יישום ב- Python. הרבה שירותי אוטובוס מגדירים תוספים וקוד לדוגמא בעת כתיבת כתיבה סקריפטים, אשר Python בדרך כלל עוקב אחריהם. NET אחת השפות הזמינות ב-.net. כתיבת יישומים ב- Python היא מהירה וקלה, והיא מספקת דרך לבחון חיישנים ביישומים שאינם מורכבים כמו בדיקות בסביבה מוטבעת. קוד רמה יקל על מהנדסים שאינם מוטבעים לכרות סקריפטים ובדיקות חיישן ללא טיפול של מהנדס תוכנה מוטבע.

3. בדוק את החיישן בעזרת מיקרו פייתון

אחד היתרונות בכתיבת קוד היישום הראשון ב- Python הוא שניתן להחליף בקלות שיחות יישומים לממשק תכנות היישומים Bus-utility (API) על ידי התקשרות ל- Micro Python. חיישנים למהנדסים להבין את ערכו. מיקרו פייתון פועל על מעבד Cortex-M4, וזוהי סביבה טובה שממנה ניתן לאתר קוד יישום. לא רק שזה פשוט, אין צורך לכתוב כאן מנהלי התקנים של I2C או SPI, מכיוון שהם כבר מכוסים בפונקציה של מיקרו פייתון. סִפְרִיָה.

4. השתמש בקוד ספק החיישן

כל קוד לדוגמה שניתן "לגרד" מיצרן חיישנים, מהנדסים יצטרכו לעבור דרך ארוכה כדי להבין כיצד החיישן עובד. למרבה הצער, ספקי חיישנים רבים אינם מומחים בעיצוב תוכנה מוטבעת, אז אל תצפה למצוא דוגמה מוכנה לייצור של ארכיטקטורה יפה ואלגנטיות. פשוט השתמש בקוד הספק, למד כיצד חלק זה פועל והתסכול משיפוץ יופיע עד שיוכל להשתלב בצורה נקייה בתוכנה מוטמעת. זה יכול להתחיל כ"ספגטי ", אך לרתום יצרנים. הבנת אופן הפעולה של החיישנים שלהם תעזור להפחית סופי שבוע הרוסים רבים לפני שהמוצר מושק.

5. השתמש בספרייה של פונקציות היתוך חיישן

רוב הסיכויים שממשק השידור של החיישן אינו חדש ולא נעשה בעבר. ספריות ידועות של כל הפונקציות, כגון "ספריית פונקציות החיתוך החיישן" המסופקות על ידי יצרני שבבים רבים, מסייעות למפתחים ללמוד במהירות או אפילו טוב יותר ולהימנע מחזור של פיתוח מחדש או שינוי דרסטי של ארכיטקטורת המוצר. ניתן לשלב חיישנים רבים בסוגים או בקטגוריות כלליות, וסוגים או קטגוריות אלה יאפשרו פיתוח חלק של מנהלי התקנים שאם מטפלים בהם כראוי, הם כמעט אוניברסליים או לשימוש חוזר פחות. מצא את הספריות של תפקוד היתוך החיישנים ולמד את נקודות החוזק והחולשות שלהם.

כאשר חיישנים משולבים במערכות משובצות, ישנן דרכים רבות לסייע בשיפור זמן העיצוב וקלות השימוש. מפתחים לעולם אינם יכולים "להשתבש" על ידי למידת האופן שבו חיישנים פועלים מרמת הפשטה גבוהה בתחילת העיצוב ולפני שילובם. למערכת ברמה נמוכה יותר. הרבה מהמשאבים הקיימים כיום יעזרו למפתחים "לצאת לדרך" ללא צורך להתחיל מאפס.