Anduri viis disainioskust ja tehnilist näitajat

Andurite arv kasvab nii Maa pinnal kui ka meid ümbritsevas ruumis, pakkudes maailmale andmeid. Need taskukohased andurid on asjade interneti arengu ja meie ühiskonna ees seisva digitaalse revolutsiooni liikumapanev jõud, kuid anduritega andmete ühendamine ja neile juurdepääs ei ole alati lihtne ega lihtne. See artikkel tutvustab andurite tehnilist indeksit, 5 disainioskust ja OEM-ettevõtteid.

Esiteks on tehniline indeks toote toimivuse iseloomustamiseks objektiivne alus. Tehniliste näitajate mõistmine aitab toodet õigesti valida ja kasutada. Anduri tehnilised näitajad jagunevad staatilisteks ja dünaamilisteks näitajateks. Staatilised näitajad uurivad peamiselt anduri toimivust staatilise muutumatuse tingimustes, sealhulgas eraldusvõime, korduvus, tundlikkus, lineaarsus, tagastusviga, lävi, roomavus, stabiilsus jne. Dünaamiline indeks uurib peamiselt anduri toimivust kiirete muutuste tingimustes, sealhulgas sageduskarakteristik ja astmekarakteristik.

Anduri arvukate tehniliste näitajate tõttu kirjeldatakse erinevaid andmeid ja kirjandust erinevate nurkade alt, mistõttu erinevatel inimestel on erinevad arusaamad ning isegi arusaamatused ja ebaselgus. Sel eesmärgil tõlgendatakse anduri järgmisi peamisi tehnilisi näitajaid:

1, resolutsioon ja resolutsioon:

Definitsioon: Eraldusvõime viitab väikseimale mõõdetud muutusele, mida andur suudab tuvastada. Eraldusvõime viitab eraldusvõime ja skaala täisväärtuse suhtele.

Tõlgendus 1: Eraldusvõime on anduri kõige põhilisem näitaja. See esindab anduri võimet eristada mõõdetud objekte. Anduri muud tehnilised andmed on kirjeldatud eraldusvõime kui minimaalse ühikuna.

Digitaalse ekraaniga andurite ja instrumentide puhul määrab eraldusvõime kuvatavate numbrite minimaalse arvu. Näiteks elektroonilise digitaalse nihiku eraldusvõime on 0,01 mm ja indikaatori viga on ±0,02 mm.

Tõlgendus 2: Eraldusvõime on absoluutarv ühikutega. Näiteks temperatuurianduri eraldusvõime on 0,1 ℃, kiirendusanduri eraldusvõime on 0,1 g jne.

Tõlgendus 3: Eraldusvõime on resolutsiooniga seotud ja väga sarnane mõiste, mõlemad esindavad anduri eraldusvõimet mõõtmise suhtes.

Peamine erinevus seisneb selles, et eraldusvõimet väljendatakse protsendina anduri eraldusvõimest. See on suhteline ja sellel pole dimensiooni. Näiteks temperatuurianduri eraldusvõime on 0,1 ℃, täisvahemik on 500 ℃, eraldusvõime on 0,1/500 = 0,02%.

2. Korduvus:

Definitsioon: Anduri korduvus viitab mõõtmistulemuste erinevuse astmele, kui mõõtmist korratakse mitu korda samas suunas samades tingimustes. Seda nimetatakse ka kordusveaks, reprodutseerimisveaks jne.

Tõlgendus 1: Anduri korduvus peab olema samadel tingimustel saadud mitme mõõtmise erinevuse aste. Kui mõõtmistingimused muutuvad, kaob mõõtmistulemuste võrreldavus, mida ei saa kasutada korduvuse hindamise alusena.

Tõlgendus 2: Anduri korduvus esindab anduri mõõtetulemuste hajuvust ja juhuslikkust. Sellise hajuvuse ja juhuslikkuse põhjuseks on see, et anduri sees ja väljaspool esinevad paratamatult mitmesugused juhuslikud häired, mille tulemuseks on anduri lõplikud mõõtetulemused, mis näitavad juhuslike muutujate omadusi.

Tõlgendus 3: Juhusliku suuruse standardhälvet saab kasutada reprodutseeritava kvantitatiivse avaldisena.

Tõlgendus 4: Mitme korduva mõõtmise korral on võimalik saavutada suurem mõõtmistäpsus, kui lõplikuks mõõtmistulemuseks võetakse kõigi mõõtmiste keskmine. Kuna keskmise standardhälve on oluliselt väiksem kui iga mõõtmise standardhälve.

3. Lineaarsus:

Definitsioon: Lineaarsus (lineaarsus) viitab anduri sisend- ja väljundkõvera kõrvalekaldele ideaalsest sirgest.

Tõlgendus 1: Ideaalne anduri sisendi/väljundi suhe peaks olema lineaarne ja selle sisendi/väljundi kõver peaks olema sirge (punane joon alloleval joonisel).

Siiski on tegelikul anduril enam-vähem mitmesuguseid vigu, mille tulemusel pole tegelik sisend- ja väljundkõver ideaalne sirge, vaid kõver (roheline kõver alloleval joonisel).

Lineaarsus on anduri tegeliku karakteristiku ja võrguühenduseta joone erinevuse aste, mida tuntakse ka mittelineaarsuse või mittelineaarse veana.

Tõlgendus 2: Kuna anduri tegeliku karakteristiku kõvera ja ideaalse joone vahe on erinevate mõõtmissuuruste puhul erinev, kasutatakse täisvahemiku puhul sageli erinevuse maksimaalse väärtuse ja täisvahemiku väärtuse suhet. Ilmselgelt on lineaarsus samuti suhteline suurus.

Tõlgendus 3: Kuna anduri ideaalne joon pole üldise mõõtmisolukorra jaoks teada, ei ole seda võimalik leida. Sel põhjusel kasutatakse sageli kompromissmeetodit, st anduri mõõtmistulemuste põhjal arvutatakse välja ideaalsele joonele lähedane sobiv joon. Spetsiifilised arvutusmeetodid hõlmavad lõpp-punkti joone meetodit, parima joone meetodit, vähimruutude meetodit jne.

4. Stabiilsus:

Definitsioon: Stabiilsus on anduri võime säilitada oma jõudlust teatud aja jooksul.

Tõlgendus 1: Stabiilsus on peamine näitaja, mille abil uuritakse, kas andur töötab teatud ajavahemikus stabiilselt. Anduri ebastabiilsust põhjustavad tegurid hõlmavad peamiselt temperatuuri triivi ja sisemist pinget. Seetõttu on stabiilsuse parandamiseks kasulik suurendada temperatuuri kompenseerimist ja vananemistöötlust.

Tõlgendus 2: Stabiilsust saab jagada lühiajaliseks ja pikaajaliseks stabiilsuseks vastavalt ajaperioodi pikkusele. Kui vaatlusaeg on liiga lühike, on stabiilsus ja korduvus lähedased. Seetõttu uurib stabiilsusindeks peamiselt pikaajalist stabiilsust. Konkreetse aja pikkus määratakse vastavalt keskkonna kasutamisele ja nõuetele.

Tõlgendus 3: Stabiilsusindeksi kvantitatiivseks väljendamiseks saab kasutada nii absoluutset kui ka suhtelist viga. Näiteks deformatsioonitüüpi jõuanduri stabiilsus on 0,02%/12h.

5. Proovivõtu sagedus:

Definitsioon: Diskreetimissagedus viitab mõõtmistulemuste arvule, mida andur suudab ajaühikus võtta.

Tõlgendus 1: Proovivõtusagedus on anduri dünaamiliste omaduste kõige olulisem näitaja, mis peegeldab anduri kiiret reageerimisvõimet. Proovivõtusagedus on üks tehnilisi näitajaid, mida tuleb mõõtmise kiire muutumise korral täielikult arvesse võtta. Shannoni proovivõtuseaduse kohaselt ei tohiks anduri proovivõtusagedus olla väiksem kui 2 korda suurem kui mõõdetud muutumissagedus.

Tõlgendus 2: Erinevate sageduste kasutamisel varieerub vastavalt ka anduri täpsus. Üldiselt, mida suurem on diskreetimissagedus, seda madalam on mõõtmise täpsus.

Anduri suurim täpsus saavutatakse sageli madalaimal diskreetimiskiirusel või isegi staatilistes tingimustes. Seetõttu tuleb anduri valikul arvesse võtta täpsust ja kiirust.

Viis andurite disaininippi

1. Alustage siinitööriistaga

Esimese sammuna peaks insener valima lähenemisviisi, mille kohaselt ühendatakse andur esmalt siinitööriista kaudu, et piirata tundmatut. Siinitööriist ühendab personaalarvuti (PC) ja seejärel anduri I2C, SPI või muu protokolliga, mis võimaldab anduril "suhelda". Siinitööriistaga seotud arvutirakendus, mis pakub teadaolevat ja toimivat allikat andmete saatmiseks ja vastuvõtmiseks, mis ei ole tundmatu, autentimata manustatud mikrokontrolleri (MCU) draiver. Siiniutiliidi kontekstis saab arendaja saata ja vastu võtta sõnumeid, et saada aru, kuidas sektsioon töötab, enne kui proovib manustatud tasandil töötada.

2. Kirjutage edastusliidese kood Pythonis

Kui arendaja on proovinud siinitööriista andureid kasutada, on järgmine samm andurite rakenduskoodi kirjutamine. Mikrokontrolleri koodi juurde otse hüppamise asemel kirjutage rakenduskood Pythonis. Paljud siiniutiliidid konfigureerivad pluginaid ja näidiskoodi skriptide kirjutamisel, mida Python tavaliselt järgib. NET on üks .net-is saadaolevatest keeltest. Rakenduste kirjutamine Pythonis on kiire ja lihtne ning see pakub võimalust andurite testimiseks rakendustes, mis pole nii keerulised kui testimine manussüsteemis. Kõrgetasemelise koodi omamine teeb mitte-sisseehitatud inseneridele andurite skriptide ja testide kaevandamise lihtsaks ilma manussüsteemi tarkvarainseneri abita.

3. Testige andurit Micro Pythoniga

Üks Pythoni esimese rakenduskoodi kirjutamise eeliseid on see, et rakendusekõned Bus-utility rakenduse programmeerimisliidesele (API) saab Micro Pythonit kutsudes hõlpsalt välja vahetada. Micro Python töötab reaalajas manussüsteemis, millel on palju andureid, et insenerid saaksid selle väärtusest aru. Micro Python töötab Cortex-M4 protsessoril ja see on hea keskkond rakenduskoodi silumiseks. See pole mitte ainult lihtne, vaid siin pole vaja kirjutada I2C või SPI draivereid, kuna need on juba Micro Pythoni funktsiooniteegis kaetud.

4. Kasutage anduri tarnija koodi

Anduritootjalt "kootud" näidiskoodi puhul peavad insenerid anduri toimimise mõistmiseks pika tee läbima. Kahjuks ei ole paljud andurite müüjad manussüsteemide tarkvara disaini eksperdid, seega ärge oodake, et leiate tootmisvalmis näite ilusast arhitektuurist ja elegantsist. Kasutage lihtsalt müüja koodi, õppige, kuidas see osa töötab, ja refaktoriseerimise frustratsioon tekib seni, kuni see saab puhtalt manussüsteemidesse integreerida. See võib alata "spagettide" moodi, kuid tootjate arusaamade rakendamine oma andurite toimimisest aitab vähendada paljusid rikutud nädalavahetusi enne toote turuletoomist.

5. Kasutage andurite liitmise funktsioonide teeki

Tõenäoliselt pole anduri edastusliides uus ja seda pole varem tehtud. Kõigi funktsioonide teadaolevad teegid, näiteks paljude kiibitootjate pakutav „Sensor Fusion function library”, aitavad arendajatel kiiresti või isegi paremini õppida ning vältida tootearhitektuuri ümberarendamise või drastilise muutmise tsüklit. Paljusid andureid saab integreerida üldistesse tüüpidesse või kategooriatesse ning need tüübid või kategooriad võimaldavad sujuvalt arendada draivereid, mis õigesti käsitsedes on peaaegu universaalsed või vähem korduvkasutatavad. Leidke need andurite liitmisfunktsioonide teegid ja õppige tundma nende tugevusi ja nõrkusi.

Kui andurid integreeritakse manussüsteemidesse, on palju võimalusi disainiaja parandamiseks ja kasutusmugavuse parandamiseks. Arendajad ei saa kunagi "viga minna", kui nad õpivad andurite toimimist kõrgelt abstraktsioonitasemelt juba disaini alguses ja enne nende integreerimist madalama taseme süsteemi. Paljud tänapäeval saadaolevad ressursid aitavad arendajatel "kohe alustada" ilma nullist alustamata.