सेन्सरचे पाच डिझाइन कौशल्ये आणि तांत्रिक निर्देशक

पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर आणि आपल्या सभोवतालच्या जागेत सेन्सर्सची संख्या वाढत आहे, ज्यामुळे जगाला डेटा उपलब्ध होत आहे. हे परवडणारे सेन्सर्स इंटरनेट ऑफ थिंग्जच्या विकासामागील आणि आपला समाज ज्या डिजिटल क्रांतीचा सामना करत आहे त्यामागील प्रेरक शक्ती आहेत, तरीही सेन्सर्समधून डेटा कनेक्ट करणे आणि त्यात प्रवेश करणे नेहमीच सोपे किंवा सरळ नसते. हा पेपर सेन्सर तांत्रिक निर्देशांक, 5 डिझाइन कौशल्ये आणि OEM उपक्रमांची ओळख करून देईल.

सर्वप्रथम, तांत्रिक निर्देशांक हा उत्पादनाच्या कामगिरीचे वैशिष्ट्यीकृत करण्यासाठी वस्तुनिष्ठ आधार आहे. तांत्रिक निर्देशक समजून घ्या, उत्पादनाची योग्य निवड आणि वापर करण्यास मदत करा. सेन्सरचे तांत्रिक निर्देशक स्थिर निर्देशक आणि गतिमान निर्देशकांमध्ये विभागले गेले आहेत. स्थिर निर्देशक प्रामुख्याने स्थिर अपरिवर्तनीयतेच्या स्थितीत सेन्सरच्या कामगिरीचे परीक्षण करतात, ज्यामध्ये रिझोल्यूशन, पुनरावृत्तीक्षमता, संवेदनशीलता, रेषीयता, रिटर्न एरर, थ्रेशोल्ड, क्रिप, स्थिरता इत्यादींचा समावेश आहे. गतिमान निर्देशांक प्रामुख्याने वारंवारता प्रतिसाद आणि चरण प्रतिसादासह जलद बदलाच्या स्थितीत सेन्सरच्या कामगिरीचे परीक्षण करतो.

सेन्सरच्या असंख्य तांत्रिक निर्देशकांमुळे, विविध डेटा आणि साहित्य वेगवेगळ्या कोनातून वर्णन केले जाते, ज्यामुळे वेगवेगळ्या लोकांना वेगवेगळी समज असते आणि गैरसमज आणि अस्पष्टता देखील असते. यासाठी, सेन्सरसाठी खालील अनेक मुख्य तांत्रिक निर्देशकांचा अर्थ लावला जातो:

१, रिझोल्यूशन आणि रिझोल्यूशन:

व्याख्या: रिझोल्यूशन म्हणजे सेन्सर शोधू शकणारा सर्वात लहान मोजलेला बदल. रिझोल्यूशन म्हणजे रिझोल्यूशनचे पूर्ण स्केल मूल्याशी असलेले गुणोत्तर.

व्याख्या १: रिझोल्यूशन हा सेन्सरचा सर्वात मूलभूत निर्देशक आहे. तो मोजलेल्या वस्तूंमध्ये फरक करण्याची सेन्सरची क्षमता दर्शवतो. सेन्सरची इतर तांत्रिक वैशिष्ट्ये रिझोल्यूशनच्या दृष्टीने किमान एकक म्हणून वर्णन केली आहेत.

डिजिटल डिस्प्ले असलेल्या सेन्सर्स आणि उपकरणांसाठी, रिझोल्यूशन प्रदर्शित करायच्या किमान अंकांची संख्या निश्चित करते. उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रॉनिक डिजिटल कॅलिपरचे रिझोल्यूशन 0.01 मिमी आहे आणि इंडिकेटर एरर ±0.02 मिमी आहे.

व्याख्या २: रिझोल्यूशन ही एकके असलेली एक परिपूर्ण संख्या आहे. उदाहरणार्थ, तापमान सेन्सरचे रिझोल्यूशन ०.१℃ आहे, प्रवेग सेन्सरचे रिझोल्यूशन ०.१ ग्रॅम आहे, इ.

व्याख्या ३: रिझोल्यूशन ही रिझोल्यूशनशी संबंधित आणि अगदी समान संकल्पना आहे, दोन्हीही सेन्सरचे मापनासाठीचे रिझोल्यूशन दर्शवतात.

मुख्य फरक असा आहे की रिझोल्यूशन सेन्सरच्या रिझोल्यूशनच्या टक्केवारी म्हणून व्यक्त केले जाते. ते सापेक्ष आहे आणि त्याचे कोणतेही परिमाण नाही. उदाहरणार्थ, तापमान सेन्सरचे रिझोल्यूशन 0.1℃ आहे, पूर्ण श्रेणी 500℃ आहे, रिझोल्यूशन 0.1/500=0.02% आहे.

२. पुनरावृत्तीक्षमता:

व्याख्या: सेन्सरची पुनरावृत्तीक्षमता म्हणजे मापन परिणामांमधील फरकाची डिग्री जेव्हा मापन एकाच स्थितीत एकाच दिशेने अनेक वेळा पुनरावृत्ती केले जाते. याला पुनरावृत्ती त्रुटी, पुनरुत्पादन त्रुटी इत्यादी देखील म्हणतात.

व्याख्या १: सेन्सरची पुनरावृत्तीक्षमता ही एकाच परिस्थितीत मिळवलेल्या अनेक मोजमापांमधील फरकाची डिग्री असणे आवश्यक आहे. जर मापन परिस्थिती बदलली, तर मापन परिणामांमधील तुलनात्मकता नाहीशी होईल, जी पुनरावृत्तीक्षमतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी आधार म्हणून वापरली जाऊ शकत नाही.

व्याख्या २: सेन्सरची पुनरावृत्तीक्षमता सेन्सरच्या मापन परिणामांचे फैलाव आणि यादृच्छिकता दर्शवते. अशा फैलाव आणि यादृच्छिकतेचे कारण म्हणजे सेन्सरच्या आत आणि बाहेर विविध यादृच्छिक अडथळे अपरिहार्यपणे अस्तित्वात असतात, ज्यामुळे सेन्सरचे अंतिम मापन परिणाम यादृच्छिक चलांची वैशिष्ट्ये दर्शवितात.

व्याख्या ३: यादृच्छिक चलाचे मानक विचलन पुनरुत्पादक परिमाणात्मक अभिव्यक्ती म्हणून वापरले जाऊ शकते.

व्याख्या ४: अनेक पुनरावृत्ती केलेल्या मोजमापांसाठी, सर्व मोजमापांची सरासरी अंतिम मापन परिणाम म्हणून घेतल्यास उच्च मापन अचूकता मिळू शकते. कारण सरासरीचे मानक विचलन प्रत्येक मापनाच्या मानक विचलनापेक्षा लक्षणीयरीत्या लहान असते.

३. रेषीयता:

व्याख्या: रेषीयता (रेषीयता) म्हणजे आदर्श सरळ रेषेपासून सेन्सर इनपुट आणि आउटपुट वक्रचे विचलन.

व्याख्या १: आदर्श सेन्सर इनपुट/आउटपुट संबंध रेषीय असावा आणि त्याचा इनपुट/आउटपुट वक्र सरळ रेषा असावा (खालील आकृतीत लाल रेषा).

तथापि, प्रत्यक्ष सेन्सरमध्ये कमी-अधिक प्रमाणात विविध त्रुटी असतात, ज्यामुळे प्रत्यक्ष इनपुट आणि आउटपुट वक्र आदर्श सरळ रेषा नसून एक वक्र (खालील आकृतीतील हिरवा वक्र) असतो.

रेषीयता म्हणजे सेन्सरच्या वास्तविक वैशिष्ट्यपूर्ण वक्र आणि ऑफ-लाइन रेषेतील फरकाची डिग्री, ज्याला नॉनलाइनरिटी किंवा नॉनलाइनर एरर असेही म्हणतात.

व्याख्या २: सेन्सरच्या वास्तविक वैशिष्ट्यपूर्ण वक्र आणि आदर्श रेषेतील फरक वेगवेगळ्या आकारांच्या मापनांवर वेगळा असल्याने, फरकाच्या कमाल मूल्याचे पूर्ण श्रेणी मूल्याशी असलेले गुणोत्तर बहुतेकदा पूर्ण श्रेणी श्रेणीमध्ये वापरले जाते. अर्थात, रेषीयता देखील एक सापेक्ष प्रमाण आहे.

व्याख्या ३: सामान्य मापन परिस्थितीसाठी सेन्सरची आदर्श रेषा अज्ञात असल्याने, ती मिळवता येत नाही. या कारणास्तव, अनेकदा तडजोड पद्धत अवलंबली जाते, म्हणजेच, आदर्श रेषेच्या जवळ असलेल्या फिटिंग रेषेची गणना करण्यासाठी सेन्सरच्या मापन परिणामांचा थेट वापर केला जातो. विशिष्ट गणना पद्धतींमध्ये एंड-पॉइंट लाइन पद्धत, सर्वोत्तम रेषा पद्धत, किमान चौरस पद्धत इत्यादींचा समावेश आहे.

४. स्थिरता:

व्याख्या: स्थिरता म्हणजे सेन्सरची विशिष्ट कालावधीत त्याची कार्यक्षमता राखण्याची क्षमता.

व्याख्या १: स्थिरता हा सेन्सर विशिष्ट वेळेच्या श्रेणीत स्थिरपणे काम करतो की नाही हे तपासण्यासाठी मुख्य निर्देशांक आहे. सेन्सरच्या अस्थिरतेला कारणीभूत ठरणारे घटक प्रामुख्याने तापमानातील चढउतार आणि अंतर्गत ताण सोडणे यांचा समावेश करतात. म्हणून, स्थिरता सुधारण्यासाठी तापमान भरपाई आणि वृद्धत्व उपचार वाढवणे उपयुक्त आहे.

व्याख्या २: स्थिरता ही कालावधीच्या लांबीनुसार अल्पकालीन स्थिरता आणि दीर्घकालीन स्थिरतेमध्ये विभागली जाऊ शकते. जेव्हा निरीक्षण वेळ खूप कमी असतो, तेव्हा स्थिरता आणि पुनरावृत्तीक्षमता जवळ असते. म्हणून, स्थिरता निर्देशांक प्रामुख्याने दीर्घकालीन स्थिरतेचे परीक्षण करतो. पर्यावरणाच्या वापरानुसार आणि निश्चित करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या आवश्यकतांनुसार विशिष्ट कालावधी.

व्याख्या ३: स्थिरता निर्देशांकाच्या परिमाणात्मक अभिव्यक्तीसाठी परिपूर्ण त्रुटी आणि सापेक्ष त्रुटी दोन्ही वापरल्या जाऊ शकतात. उदाहरणार्थ, स्ट्रेन प्रकारच्या फोर्स सेन्सरची स्थिरता ०.०२%/१२तास असते.

५. नमुना घेण्याची वारंवारता:

व्याख्या: नमुना दर म्हणजे प्रति युनिट वेळेत सेन्सरद्वारे नमुना घेतले जाऊ शकणाऱ्या मापन परिणामांची संख्या.

व्याख्या १: सॅम्पलिंग वारंवारता ही सेन्सरच्या गतिमान वैशिष्ट्यांचे सर्वात महत्वाचे सूचक आहे, जी सेन्सरची जलद प्रतिसाद क्षमता प्रतिबिंबित करते. सॅम्पलिंग वारंवारता ही तांत्रिक निर्देशकांपैकी एक आहे जी मापनाच्या जलद बदलाच्या बाबतीत पूर्णपणे विचारात घेतली पाहिजे. शॅननच्या सॅम्पलिंग कायद्यानुसार, सेन्सरची सॅम्पलिंग वारंवारता मोजलेल्या बदलाच्या वारंवारतेच्या २ पट पेक्षा कमी नसावी.

व्याख्या २: वेगवेगळ्या फ्रिक्वेन्सीच्या वापरामुळे, सेन्सरची अचूकता देखील त्यानुसार बदलते. सर्वसाधारणपणे, सॅम्पलिंग वारंवारता जितकी जास्त असेल तितकी मापन अचूकता कमी असेल.

सेन्सरची सर्वोच्च अचूकता बहुतेकदा सर्वात कमी सॅम्पलिंग वेगाने किंवा स्थिर परिस्थितीत देखील मिळते. म्हणून, सेन्सर निवडताना अचूकता आणि वेग विचारात घेतला पाहिजे.

सेन्सर्ससाठी पाच डिझाइन टिप्स

१. बस टूलने सुरुवात करा

पहिले पाऊल म्हणून, अभियंत्याने अज्ञात गोष्टी मर्यादित करण्यासाठी बस टूलद्वारे सेन्सर कनेक्ट करण्याचा दृष्टिकोन स्वीकारला पाहिजे. बस टूल वैयक्तिक संगणक (पीसी) आणि नंतर सेन्सरच्या I2C, SPI किंवा इतर प्रोटोकॉलशी जोडते जे सेन्सरला "बोलण्याची" परवानगी देते. बस टूलशी संबंधित पीसी अॅप्लिकेशन जे अज्ञात, अप्रमाणित एम्बेडेड मायक्रोकंट्रोलर (MCU) ड्रायव्हर नसलेला डेटा पाठवण्यासाठी आणि प्राप्त करण्यासाठी ज्ञात आणि कार्यरत स्रोत प्रदान करते. बस युटिलिटीच्या संदर्भात, एम्बेडेड स्तरावर ऑपरेट करण्याचा प्रयत्न करण्यापूर्वी विकासक विभाग कसा कार्य करतो हे समजून घेण्यासाठी संदेश पाठवू आणि प्राप्त करू शकतो.

२. पायथॉनमध्ये ट्रान्समिशन इंटरफेस कोड लिहा.

एकदा डेव्हलपरने बस टूलचे सेन्सर्स वापरून पाहिल्यानंतर, पुढची पायरी म्हणजे सेन्सर्ससाठी अॅप्लिकेशन कोड लिहिणे. थेट मायक्रोकंट्रोलर कोडवर जाण्याऐवजी, पायथॉनमध्ये अॅप्लिकेशन कोड लिहा. अनेक बस युटिलिटीज लेखन स्क्रिप्ट लिहिताना प्लग-इन आणि नमुना कोड कॉन्फिगर करतात, जे पायथॉन सहसा अनुसरण करते. NET.net मध्ये उपलब्ध असलेल्या भाषांपैकी एक. पायथॉनमध्ये अॅप्लिकेशन लिहिणे जलद आणि सोपे आहे आणि ते एम्बेडेड वातावरणात चाचणी करण्याइतके जटिल नसलेल्या अॅप्लिकेशन्समध्ये सेन्सर्सची चाचणी करण्याचा एक मार्ग प्रदान करते. उच्च-स्तरीय कोड असण्यामुळे एम्बेडेड नसलेल्या अभियंत्यांना एम्बेडेड सॉफ्टवेअर अभियंत्याच्या काळजीशिवाय सेन्सर स्क्रिप्ट आणि चाचण्या खाण करणे सोपे होईल.

३. मायक्रो पायथॉन वापरून सेन्सरची चाचणी घ्या.

पायथॉनमध्ये पहिला अॅप्लिकेशन कोड लिहिण्याचा एक फायदा म्हणजे बस-युटिलिटी अॅप्लिकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफेस (API) वर येणारे अॅप्लिकेशन कॉल मायक्रो पायथॉनला कॉल करून सहजपणे बदलता येतात. मायक्रो पायथॉन रिअल-टाइम एम्बेडेड सॉफ्टवेअरमध्ये चालतो, ज्यामध्ये अभियंत्यांना त्याचे मूल्य समजण्यासाठी अनेक सेन्सर्स असतात. मायक्रो पायथॉन कॉर्टेक्स-M4 प्रोसेसरवर चालतो आणि अॅप्लिकेशन कोड डीबग करण्यासाठी ते एक चांगले वातावरण आहे. हे फक्त सोपे नाही, तर येथे I2C किंवा SPI ड्रायव्हर्स लिहिण्याची आवश्यकता नाही, कारण ते आधीच मायक्रो पायथॉनच्या फंक्शन लायब्ररीमध्ये समाविष्ट आहेत.

४. सेन्सर पुरवठादार कोड वापरा

सेन्सर उत्पादकाकडून कोणताही नमुना कोड "स्क्रॅप" केला जाऊ शकतो, तर तो सेन्सर कसा काम करतो हे समजून घेण्यासाठी अभियंत्यांना खूप पुढे जावे लागेल. दुर्दैवाने, बरेच सेन्सर विक्रेते एम्बेडेड सॉफ्टवेअर डिझाइनमध्ये तज्ञ नसतात, म्हणून सुंदर आर्किटेक्चर आणि सुरेखतेचे उत्पादन-तयार उदाहरण शोधण्याची अपेक्षा करू नका. फक्त विक्रेता कोड वापरा, हा भाग कसा काम करतो ते शिका आणि जोपर्यंत तो एम्बेडेड सॉफ्टवेअरमध्ये स्वच्छपणे एकत्रित केला जाऊ शकत नाही तोपर्यंत रिफॅक्टरिंगची निराशा निर्माण होईल. ते "स्पॅगेटी" म्हणून सुरू होऊ शकते, परंतु उत्पादकांना त्यांचे सेन्सर कसे काम करतात याबद्दलची समज वापरल्याने उत्पादन लाँच होण्यापूर्वी अनेक खराब झालेले वीकेंड कमी होण्यास मदत होईल.

५. सेन्सर फ्यूजन फंक्शन्सची लायब्ररी वापरा

शक्यता आहे की, सेन्सरचा ट्रान्समिशन इंटरफेस नवीन नाही आणि यापूर्वी कधीही केला गेला नाही. अनेक चिप उत्पादकांनी प्रदान केलेल्या "सेन्सर फ्यूजन फंक्शन लायब्ररी" सारख्या सर्व फंक्शन्सच्या ज्ञात लायब्ररी, डेव्हलपर्सना जलद किंवा त्याहूनही चांगले शिकण्यास मदत करतात आणि उत्पादन आर्किटेक्चरचे पुनर्विकास किंवा आमूलाग्र बदल करण्याचे चक्र टाळतात. अनेक सेन्सर्स सामान्य प्रकारांमध्ये किंवा श्रेणींमध्ये एकत्रित केले जाऊ शकतात आणि हे प्रकार किंवा श्रेणी ड्रायव्हर्सचा सुरळीत विकास करण्यास सक्षम करतील जे योग्यरित्या हाताळले तर जवळजवळ सार्वत्रिक किंवा कमी पुनर्वापरयोग्य असतात. सेन्सर फ्यूजन फंक्शन्सच्या या लायब्ररी शोधा आणि त्यांची ताकद आणि कमकुवतपणा जाणून घ्या.

जेव्हा सेन्सर्स एम्बेडेड सिस्टीममध्ये एकत्रित केले जातात, तेव्हा डिझाइन वेळ आणि वापरणी सोपी सुधारण्यास मदत करण्याचे अनेक मार्ग आहेत. डिझाइनच्या सुरुवातीला आणि खालच्या पातळीच्या सिस्टीममध्ये एकत्रित करण्यापूर्वी उच्च पातळीच्या अमूर्ततेतून सेन्सर्स कसे कार्य करतात हे शिकून विकासक कधीही "चुकीचे" होऊ शकत नाहीत. आज उपलब्ध असलेली अनेक संसाधने विकासकांना सुरवातीपासून सुरुवात न करता "जमिनीवर धावण्यास" मदत करतील.