Пяць навыкаў праектавання і тэхнічныя паказчыкі датчыка

Колькасць датчыкаў імкліва расце па ўсёй паверхні Зямлі і ў навакольнай прасторы, забяспечваючы свет дадзенымі. Гэтыя даступныя датчыкі з'яўляюцца рухаючай сілай развіцця Інтэрнэту рэчаў і лічбавай рэвалюцыі, з якой сутыкаецца наша грамадства, аднак падключэнне і доступ да дадзеных з датчыкаў не заўсёды праходзіць гладка і лёгка. У гэтым артыкуле будуць прадстаўлены тэхнічны індэкс датчыкаў, 5 навыкаў праектавання і прадпрыемствы OEM.

Перш за ўсё, тэхнічны індэкс з'яўляецца аб'ектыўнай асновай для характарыстыкі прадукцыйнасці прадукту. Разуменне тэхнічных паказчыкаў дапамагае ў правільным выбары і выкарыстанні прадукту. Тэхнічныя паказчыкі датчыка падзяляюцца на статычныя і дынамічныя. Статычныя індыкатары ў асноўным даследуюць прадукцыйнасць датчыка ва ўмовах статычнай нязменнасці, уключаючы раздзяляльную здольнасць, паўтаральнасць, адчувальнасць, лінейнасць, памылку вяртання, парог, паўзучасць, стабільнасць і гэтак далей. Дынамічны індэкс у асноўным даследуе прадукцыйнасць датчыка ва ўмовах хуткіх змен, уключаючы частотную характарыстыку і скачкападобную характарыстыку.

З-за шматлікіх тэхнічных паказчыкаў датчыка розныя дадзеныя і літаратура апісваюцца з розных бакоў, таму розныя людзі маюць рознае разуменне, а нават непаразуменні і двухсэнсоўнасць. Для гэтага інтэрпрэтуюцца наступныя некалькі асноўных тэхнічных паказчыкаў датчыка:

1, дазвол і дазвол:

Вызначэнне: Разрозненне адносіцца да найменшага вымеранага змянення, якое можа выявіць датчык. Разрозненне адносіцца да суадносін разрознення да поўнага значэння шкалы.

Інтэрпрэтацыя 1: Разрозненне — гэта найбольш асноўны паказчык датчыка. Яно адлюстроўвае здольнасць датчыка адрозніваць вымяраныя аб'екты. Іншыя тэхнічныя характарыстыкі датчыка апісваюцца з пункту гледжання разрознення як мінімальнай адзінкі вымярэння.

Для датчыкаў і прыбораў з лічбавым дысплеем раздзяляльная здольнасць вызначае мінімальную колькасць лічбаў, якія павінны адлюстроўвацца. Напрыклад, раздзяляльная здольнасць электроннага лічбавага штангенцыркуля складае 0,01 мм, а памылка індыкатара — ±0,02 мм.

Інтэрпрэтацыя 2: Разрозненне — гэта абсалютны лік з адзінкамі вымярэння. Напрыклад, разрозненне датчыка тэмпературы складае 0,1℃, разрозненне датчыка паскарэння — 0,1g і г.д.

Інтэрпрэтацыя 3: Разрозненне — гэта роднаснае і вельмі падобнае паняцце, абодва паняцці адлюстроўваюць разрозненне датчыка адносна вымярэння.

Асноўнае адрозненне заключаецца ў тым, што раздзяляльная здольнасць выражаецца ў працэнтах ад раздзяляльнай здольнасці датчыка. Яна адносная і не мае вымярэння. Напрыклад, раздзяляльная здольнасць датчыка тэмпературы складае 0,1℃, для поўнага дыяпазону — 500℃, раздзяляльная здольнасць складае 0,1/500=0,02%.

2. Паўтаральнасць:

Вызначэнне: Паўтаральнасць датчыка адносіцца да ступені рознасці паміж вынікамі вымярэнняў, калі вымярэнне паўтараецца некалькі разоў у адным кірунку пры аднолькавых умовах. Таксама называецца памылкай паўтарэння, памылкай прайгравання і г.д.

Інтэрпрэтацыя 1: Паўтаральнасць датчыка павінна быць ступенню розніцы паміж некалькімі вымярэннямі, атрыманымі ў аднолькавых умовах. Калі ўмовы вымярэння зменяцца, параўнальнасць паміж вынікамі вымярэнняў знікне, што не можа быць выкарыстана ў якасці асновы для ацэнкі паўтаральнасці.

Інтэрпрэтацыя 2: Паўтаральнасць датчыка адлюстроўвае рассейванне і выпадковасць вынікаў вымярэнняў датчыка. Прычынай такога рассейвання і выпадковасці з'яўляецца тое, што розныя выпадковыя перашкоды непазбежна існуюць унутры і звонку датчыка, у выніку чаго канчатковыя вынікі вымярэнняў датчыка паказваюць характарыстыкі выпадковых велічынь.

Інтэрпрэтацыя 3: Стандартнае адхіленне выпадковай велічыні можна выкарыстоўваць у якасці адэкватнага колькаснага выразу.

Інтэрпрэтацыя 4: Пры некалькіх паўторных вымярэннях больш высокая дакладнасць вымярэнняў можа быць атрымана, калі ў якасці канчатковага выніку вымярэння прыняць сярэдняе значэнне ўсіх вымярэнняў, таму што стандартнае адхіленне сярэдняга значэння значна меншае за стандартнае адхіленне кожнага паказчыка.

3. Лінейнасць:

Вызначэнне: Лінейнасць (Linearity) адносіцца да адхілення крывой уваходнага і выходнага сігналаў датчыка ад ідэальнай прамой лініі.

Інтэрпрэтацыя 1: Ідэальная залежнасць уваход/выхад датчыка павінна быць лінейнай, а яго крывая ўваход/выхад павінна быць прамой лініяй (чырвоная лінія на малюнку ніжэй).

Аднак, рэальны датчык мае больш-менш розныя памылкі, у выніку чаго фактычная ўваходная і выходная крывая не з'яўляецца ідэальнай прамой лініяй, а крывой (зялёная крывая на малюнку ніжэй).

Лінейнасць — гэта ступень розніцы паміж фактычнай характарыстыкай датчыка і аўтаномнай лініяй, таксама вядомая як нелінейнасць або нелінейная памылка.

Інтэрпрэтацыя 2: Паколькі розніца паміж фактычнай крывой характарыстыкі датчыка і ідэальнай лініяй адрозніваецца пры розных памерах вымярэння, у дыяпазоне поўнага дыяпазону часта выкарыстоўваецца суадносіны максімальнага значэння рознасці да значэння поўнага дыяпазону. Відавочна, што лінейнасць таксама з'яўляецца адноснай велічынёй.

Інтэрпрэтацыя 3: Паколькі ідэальная лінія датчыка невядомая для агульнай сітуацыі вымярэння, яе немагчыма атрымаць. Па гэтай прычыне часта выкарыстоўваецца кампрамісны метад, гэта значыць непасрэднае выкарыстанне вынікаў вымярэнняў датчыка для разліку лініі апраксімацыі, якая блізкая да ідэальнай лініі. Канкрэтныя метады разліку ўключаюць метад лініі канцавой кропкі, метад найлепшай лініі, метад найменшых квадратаў і гэтак далей.

4. Стабільнасць:

Вызначэнне: Стабільнасць — гэта здольнасць датчыка падтрымліваць сваю прадукцыйнасць на працягу пэўнага перыяду часу.

Інтэрпрэтацыя 1: Стабільнасць — гэта асноўны паказчык для даследавання таго, ці стабільна працуе датчык у пэўным дыяпазоне часу. Фактары, якія прыводзяць да нестабільнасці датчыка, у асноўным ўключаюць тэмпературны дрэйф і вызваленне ўнутраных напружанняў. Таму для паляпшэння стабільнасці карысна павялічыць тэмпературную кампенсацыю і апрацоўку ад старэння.

Інтэрпрэтацыя 2: Стабільнасць можна падзяліць на кароткатэрміновую і доўгатэрміновую ўстойлівасць у залежнасці ад працягласці перыяду часу. Калі час назірання занадта кароткі, стабільнасць і паўтаральнасць блізкія. Такім чынам, індэкс стабільнасці ў асноўным даследуе доўгатэрміновую стабільнасць. Канкрэтны перыяд часу вызначаецца ў залежнасці ад выкарыстання асяроддзя і патрабаванняў.

Інтэрпрэтацыя 3: Для колькаснага выражэння індэкса стабільнасці можна выкарыстоўваць як абсалютную, так і адносную памылку. Напрыклад, датчык сілы дэфармацыйнага тыпу мае стабільнасць 0,02%/12 гадзін.

5. Частата дыскрэтызацыі:

Вызначэнне: Частата дыскрэтызацыі адносіцца да колькасці вынікаў вымярэнняў, якія могуць быць дыскрэтызаваны датчыкам за адзінку часу.

Інтэрпрэтацыя 1: Частата дыскрэтызацыі з'яўляецца найважнейшым паказчыкам дынамічных характарыстык датчыка, які адлюстроўвае здольнасць датчыка хутка рэагаваць. Частата дыскрэтызацыі — адзін з тэхнічных паказчыкаў, які неабходна ўлічваць у выпадку хуткай змены вымярэння. Згодна з законам дыскрэтызацыі Шэнана, частата дыскрэтызацыі датчыка не павінна быць менш чым у 2 разы большай за частату змены вымяранага паказчыка.

Інтэрпрэтацыя 2: Пры выкарыстанні розных частот дакладнасць датчыка таксама змяняецца адпаведна. Як правіла, чым вышэй частата дыскрэтызацыі, тым ніжэй дакладнасць вымярэння.

Найвышэйшая дакладнасць датчыка часта дасягаецца пры самай нізкай хуткасці дыскрэтызацыі або нават у статычных умовах. Таму пры выбары датчыка неабходна ўлічваць дакладнасць і хуткасць.

Пяць парад па праектаванні датчыкаў

1. Пачніце з інструмента шыны

У якасці першага кроку інжынер павінен спачатку падключыць датчык праз утыліту шыны, каб абмежаваць невядомае. Утыліта шыны падключаецца да персанальнага кампутара (ПК), а затым да пратаколу I2C, SPI або іншага датчыка, які дазваляе датчыку "размаўляць". Прыкладанне для ПК, звязанае з утылітай шыны, якое забяспечвае вядомую і працоўную крыніцу для адпраўкі і атрымання дадзеных, якая не з'яўляецца невядомым, неаўтэнтыфікаваным драйверам убудаванага мікракантролера (MCU). У кантэксце ўтыліты шыны распрацоўшчык можа адпраўляць і атрымліваць паведамленні, каб зразумець, як працуе секцыя, перш чым спрабаваць працаваць на ўбудаваным узроўні.

2. Напішыце код інтэрфейсу перадачы на ​​Python

Пасля таго, як распрацоўшчык паспрабаваў выкарыстоўваць датчыкі інструмента шыны, наступным крокам будзе напісанне кода прыкладання для датчыкаў. Замест таго, каб пераходзіць непасрэдна да кода мікракантролера, пішыце код прыкладання на Python. Многія ўтыліты шыны наладжваюць убудовы і прыклады кода пры напісанні сцэнарыяў, якім звычайна прытрымліваецца Python. NET - адна з моў, даступных у .net. Напісанне прыкладанняў на Python хуткае і простае, і гэта дае магчымасць тэставаць датчыкі ў прыкладаннях, якія не такія складаныя, як тэставанне ва ўбудаваным асяроддзі. Наяўнасць высокаўзроўневага кода дазволіць інжынерам, якія не займаюцца ўбудаванымі сістэмамі, лёгка аналізаваць сцэнарыі і тэсты датчыкаў без клопату інжынера-праграміста ўбудаваных сістэм.

3. Праверце датчык з дапамогай Micro Python

Адной з пераваг напісання першага кода прыкладання на Python з'яўляецца тое, што выклікі прыкладання да інтэрфейсу праграмавання прыкладанняў (API) Bus-utility можна лёгка замяніць, выклікаўшы Micro Python. Micro Python працуе ва ўбудаваным праграмным забеспячэнні рэальнага часу, якое мае мноства датчыкаў, каб інжынеры маглі зразумець яго каштоўнасць. Micro Python працуе на працэсары Cortex-M4, і гэта добрае асяроддзе для адладкі кода прыкладання. Гэта не толькі проста, але і няма неабходнасці пісаць тут драйверы I2C або SPI, бо яны ўжо ахоплены бібліятэкай функцый Micro Python.

4. Выкарыстоўвайце код пастаўшчыка датчыка

Любы ўзор кода, які можна «ўзяць» у вытворцы датчыкаў, патрабуе ад інжынераў доўгага шляху, каб зразумець, як працуе датчык. На жаль, многія пастаўшчыкі датчыкаў не з'яўляюцца экспертамі ў распрацоўцы ўбудаваных праграмных прадуктаў, таму не спадзявайцеся знайсці гатовы да вытворчасці прыклад прыгожай архітэктуры і элегантнасці. Проста выкарыстоўвайце код пастаўшчыка, даведайцеся, як працуе гэтая частка, і расчараванне ад рэфактарынгу будзе ўзнікаць, пакуль яго не можна будзе чыста інтэграваць ва ўбудаванае праграмнае забеспячэнне. Гэта можа пачацца як «спагецці», але выкарыстанне разумення вытворцамі таго, як працуюць іх датчыкі, дапаможа скараціць колькасць сапсаваных выходных перад запускам прадукту.

5. Выкарыстоўвайце бібліятэку функцый аб'яднання датчыкаў

Хутчэй за ўсё, інтэрфейс перадачы датчыка не новы і раней не выкарыстоўваўся. Вядомыя бібліятэкі ўсіх функцый, такія як «Бібліятэка функцый аб'яднання датчыкаў», якія прадастаўляюцца многімі вытворцамі мікрасхем, дапамагаюць распрацоўшчыкам хутка, ці нават лепш, вучыцца і пазбягаць цыклу перапрацоўкі або радыкальнай мадыфікацыі архітэктуры прадукту. Многія датчыкі можна інтэграваць у агульныя тыпы або катэгорыі, і гэтыя тыпы або катэгорыі дазволяць плаўна распрацоўваць драйверы, якія пры правільным выкарыстанні амаль універсальныя або менш прыдатныя для паўторнага выкарыстання. Знайдзіце гэтыя бібліятэкі функцый аб'яднання датчыкаў і даведайцеся пра іх моцныя і слабыя бакі.

Калі датчыкі інтэгруюцца ва ўбудаваныя сістэмы, існуе мноства спосабаў скараціць час праектавання і спрасціць выкарыстанне. Распрацоўшчыкі ніколі не памыляцца, калі вывучаць, як працуюць датчыкі, з высокага ўзроўню абстракцыі на пачатку праектавання і перад тым, як інтэграваць іх у сістэму ніжэйшага ўзроўню. Шмат якія з даступных сёння рэсурсаў дапамогуць распрацоўшчыкам «зразу пачаць працу», не пачынаючы з нуля.