Праграмная лінейная кампенсацыя і апаратная кампенсацыя датчыка - два асноўныя падыходы да барацьбы з памылкамі сігналу датчыка. Давайце разбяром адрозненні ў дэталях.
Прасцей кажучы:
Апаратная кампенсацыя датчыка выконваецца на фізічным узроўні - дадатковыя апаратныя кампаненты або спецыяльны чып карэктуюць неапрацаваны сігнал у датчыку або на друкаванай плаце. Успрымайце гэта як «вырашэнне праблемы да алічбоўкі сігналу».
Праграмная лінейная кампенсацыя (праграмная кампенсацыя) выконваецца на лічбавым узроўні — алгарытм, які працуе на мікракантролеры (MCU), карэктуе алічбаваны сігнал матэматычна. Гэта «вырашэнне праблемы пасля алічбоўкі сігналу».
Ніжэй прыводзіцца паралельнае параўнанне па некалькіх вымярэннях.
| Памер | Апаратная кампенсацыя датчыка | Праграмная лінейная кампенсацыя (праграмная кампенсацыя) |
|---|---|---|
| Сутнасць | Карэкцыя фізічнай схемы | Карэкцыя матэматычнай мадэлі |
| Месца рэалізацыі | Унутры датчыка або ў бліжэйшым контуры фарміравання сігналу | Праграмнае забеспячэнне, якое працуе на мікракантролеры (MCU) / працэсары |
| Мэтавая кампенсацыя | Аналагавы сігнал (або лічбавыя сігналы ўнутры ASIC) | Лічбавы сігнал |
| Асноўны прынцып | Выкарыстоўвайце рэзістары, кандэнсатары, аперацыйныя ўзмацняльнікі або спецыяльную кампенсацыйную мікрасхему (ASIC), каб стварыць сігнал процідзеяння або кандыцыянаваць сігнал | Стварыце мадэль памылак (табліца пошуку, падганянне крывой, паліномная рэгрэсія) і вылічыце кампенсацыю ў праграмным забеспячэнні |
| Тыповы змест кампенсацыі | • Тэмпературны дрэйф: тэрмістары або адчувальныя да тэмпературы кампаненты ствараюць супрацьнапружанне. • Нулявое зрушэнне: адрэгулюйце зрушэнне з дапамогай схем аперацыйнага ўзмацняльніка. • Нелінейнасць: для лінеарызацыі выкарыстоўвайце дыёды/транзістары або нелінейныя аналагавыя сеткі. | • Нелінейнасць: падагнаць паліномы высокага парадку да крывой уводу-вываду. • Тэмпературны дрэйф: вымерайце тэмпературу і выпраўце з дапамогай функцыі тэмпературнай памылкі. • Памылка нуля/узмацнення: выпраўце з дапамогай каэфіцыентаў каліброўкі (напрыклад, y = kx + b). |
| Перавагі | 1. Вельмі хуткі адказ — аналагавыя схемы працуюць у рэжыме рэальнага часу, без затрымкі апрацоўкі. 2. Не выкарыстоўвае рэсурсы працэсара — не залежыць ад хаста. 3. Высокая надзейнасць — не падвяргаецца збоям праграмнага забеспячэння. 4. Добра спраўляецца з высокачашчыннымі сігналамі і хуткай дынамікай. | 1. Надзвычайная гнуткасць — змяняйце алгарытмы або параметры, не дакранаючыся абсталявання. 2. Патэнцыйна вельмі высокая дакладнасць — складаныя мадэлі (мнагачлены высокага парадку, нейронавыя сеткі) могуць дакладна апраксімаваць нелінейнасць. 3. Лёгка камбінаваць некалькі фактараў (тэмпература, ціск і г.д.) для кампенсацыі сустава. 4. Ніжэйшы кошт спецыфікацыі — менш дадатковых апаратных частак. |
| Недахопы | 1. Нізкая гнуткасць - калі схема завершана, яе цяжка змяніць. 2. Абмежаваная дакладнасць — абмежаваная допускамі кампанентаў і адпаведнасцю. 3. Больш высокі кошт — дадатковыя кампаненты або спецыяльны чып павялічваюць выдаткі. 4. Старэнне/дрэйф кампанентаў — сама кампенсацыйная сетка можа з часам змяншацца. | 1. Залежыць ад працэсара — спажывае рэсурсы апрацоўкі і памяці. 2. Затрымка — пераўтварэнне АЦП плюс час алгарытму робіць яго непрыдатным для дынамічнай кампенсацыі звышвысокіх частот. 3. Надзейнасць праграмнага забеспячэння - памылкі могуць парушыць кампенсацыю. 4. Патрабуецца каліброўка — для атрымання каэфіцыентаў звычайна патрабуецца каліброўка на вытворчай лініі. |
Канкрэтныя прыклады
Сцэнар: датчык ціску паказвае зрушэнне нуля, памылку ўзмацнення/адчувальнасці і нелінейнасць.
1) Схема апаратнай кампенсацыі
Нулявое зрушэнне: дадайце каскад аперацыйнага ўзмацняльніка на выхадзе датчыка і адрэгулюйце патэнцыяметр, каб забяспечыць напружанне зрушэння лічыльніка, каб выправіць нулявую кропку.
Ўзмацненне / дрэйф тэмпературы: уключыць тэрмарэзістар ў сетку зваротнай сувязі ўзмацняльніка. Па меры павышэння тэмпературы і паніжэння адчувальнасці датчыка схема аўтаматычна павялічвае ўзмацненне для кампенсацыі.
Нелінейнасць: распрацаваць аналагавую сетку (дыёды/транзістары), нелінейная характарыстыка якой ліквідуе нелінейнасць датчыка; пры аб'яднанні агульны выхад становіцца прыблізна лінейным.
вынік: сігнальны штыфт датчыка выдае скарэктаванае аналагавае напружанне. MCU можа прачытаць гэта непасрэдна з невялікай карэкцыяй або без яе.
2) Схема кампенсацыі праграмнага забеспячэння
Крок 1 — Збор дадзеных & мадэляванне
На вытворчай лініі змесціце датчык у цеплавую камеру і запішыце неапрацаваныя лічбавыя выхады (значэнні АЦП) пры некалькіх вядомых цісках і тэмпературах. Вы будзеце збіраць картэжы накшталт: (true_pressure, temperature, ADC_raw).
Крок 2 — Пабудуйце матэматычную мадэль
Выкарыстоўваючы інструменты падганяння, вы можаце выявіць, што рэшткавая памылка добра апісваецца двухмернай квадратыкай, напрыклад:Pressure_compensated = a*(ADC_raw)^2 + b*(ADC_raw) + c*(temperature) + d
Выкарыстоўвайце алгарытм падгонкі, каб знайсці аптымальныя каэфіцыенты a, b, c, d.
Крок 3 — Укараненне ў прашыўку
Захоўвайце каэфіцыенты (a, b, c, d) у энерганезалежнай памяці MCU (Flash). Падчас выканання MCU:
чытае ток
ADC_raw;счытвае тэмпературу;
падключае гэтыя значэнні ў формулу;
выхады
Pressure_compensated— высокадакладнае значэнне ціску.
вынік: хоць MCU счытвае неапрацаванае лічбавае значэнне з датчыка, убудаваны алгарытм вяртае дакладна кампенсаванае паказанне ціску.
Заключэнне
Камплементарныя адносіны: У сучасных высокапрадукцыйных датчыках апаратная і праграмная кампенсацыя звычайна выкарыстоўваюцца разам. Абсталяванне клапоціцца аб асноўных, распаўсюджаных і хуткіх памылках (напрыклад, грубы дрэйф тэмпературы і зрушэнне нуля), каб стабілізаваць сігнал на ранняй стадыі; затым праграмнае забеспячэнне выконвае тонкую наладу - апрацоўку рэшткавай нелінейнасці і комплексу крыжаванай адчувальнасці для дасягнення вельмі высокай дакладнасці.
Прыведзенае вышэй увядзенне толькі драпае паверхню прымянення тэхналогіі датчыка ціску. Мы працягнем вывучаць розныя тыпы сэнсарных элементаў, якія выкарыстоўваюцца ў розных прадуктах, як яны працуюць, а таксама іх перавагі і недахопы. Калі вы жадаеце атрымаць больш падрабязную інфармацыю аб тым, што тут абмяркоўваецца, вы можаце праверыць адпаведнае змесціва далей у гэтым кіраўніцтве. Калі ў вас няма часу, вы таксама можаце націснуць тут, каб загрузіць падрабязную інфармацыю аб гэтым даведніку Датчыкі датчыка ціску паветра PDF дадзеныя.
Для атрымання дадатковай інфармацыі аб іншых сэнсарных тэхналогіях, калі ласка Наведайце старонку датчыкаў.
