【導(dǎo)讀】傳感器的數(shù)量在整個地球表面和人們生活周遭空間激增，提供世界各種數(shù)據(jù)訊息。這些價格親民的傳感器是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和我們的社會正面臨數(shù)字化革命背后的驅(qū)動力，然而連接和獲取來自傳感器的數(shù)據(jù)并不總是直線前進或那么容易。本文將介紹傳感器技術(shù)指標、5大設(shè)計技巧及代工企業(yè)。
傳感器的數(shù)量在整個地球表面和人們生活周遭空間激增，提供世界各種數(shù)據(jù)訊息。這些價格親民的傳感器是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和我們的社會正面臨數(shù)字化革命背后的驅(qū)動力，然而連接和獲取來自傳感器的數(shù)據(jù)并不總是直線前進或那么容易。本文將介紹傳感器技術(shù)指標、5大設(shè)計技巧及代工企業(yè)。
首先技術(shù)指標是表征一個產(chǎn)品性能優(yōu)劣的客觀依據(jù)。看懂技術(shù)指標，有助于正確選型和使用該產(chǎn)品。傳感器的技術(shù)指標分為靜態(tài)指標和動態(tài)指標兩類：靜態(tài)指標主要考核被測靜止不變條件下傳感器的性能，具體包括分辨力、重復(fù)性、靈敏度、線性度、回程誤差、閾值、蠕變、穩(wěn)定性等；動態(tài)指標主要考察被測量在快速變化條件下傳感器的性能，主要包括頻率響應(yīng)和階躍響應(yīng)等。
由于傳感器的技術(shù)指標眾多，各種資料文獻敘述角度不同，使得不同人有不同的理解，甚至產(chǎn)生誤解和歧義。
傳感器的設(shè)計要點
1、一般所測得的物理量是非常小的，通常還帶有作為傳感器物理轉(zhuǎn)換元件固有的轉(zhuǎn)換噪聲。比如傳感器在1被放大倍率下的信號強度為0.1~1uV，此時的背景噪聲信號也有這么大的水平，甚至于將其湮滅。如何將有用信號盡量取出并且壓低噪聲是傳感器設(shè)計的首要解決的問題。
2、傳感器電路一定要簡單精煉。設(shè)想具有3級放大電路的，帶有2級有源濾波器的放大回路，放大了信號的同時也將噪聲放大了，如果噪聲不是明顯偏離有用信號頻譜，則無論怎樣濾波兩者同時放大，結(jié)果信噪比沒有提高。因此傳感器電路一定要精煉簡約。能省1只電阻或電容就一定要將它去掉。這一點是許多設(shè)計傳感器的工程師們?nèi)菀缀雎缘膯栴}。已知的情況是，傳感器電路隨著噪聲的問題困擾，電路越修改越復(fù)雜，成為怪圈。
3、功耗問題。傳感器通常在后續(xù)電路的前端，有可能需要較長的引線連接。當傳感器功耗較大時引線的連接將會所有的無謂噪聲以及電源噪聲引入使得后續(xù)電路愈發(fā)難以設(shè)計。在夠用的情況小如何降低功耗也是一個不小的考驗。
4、元器件的選用和電源回路。元器件的選用一定要夠用為好，只要器件指標在需要的范圍之內(nèi)就可以了，余下的就是電路設(shè)計問題。電源是傳感器電路設(shè)計過程一定要遇到的難題，不要追求無法達到的電源指標，而選擇一款帶有較好的共模抑制比的運放，采用差分放大電路設(shè)計可能最普通的開關(guān)電源以及器件就能滿足你的要求。
傳感器五大設(shè)計技巧
1、先從總線工具開始
第一步，工程師應(yīng)當采取首次介接到傳感器時，是透過一個總線工具的方式以限制未知。一個總線工具連接一臺個人計算機（PC），然后到傳感器的I2C、 SPI或其他可讓傳感器可以“說話”的協(xié)議。與總線工具相關(guān)的PC應(yīng)用程序，提供了一個已知與工作來源用以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，且不是未知、未經(jīng)認證的嵌入式微控制器（MCU）驅(qū)動程序。在總線工具的工作環(huán)境下，開發(fā)人員可以傳送和接收訊息以得到該部分如何運作的理解，在試圖于嵌入式等級操作之前。
2、在Python編寫傳輸接口碼
一旦開發(fā)者已嘗試使用總線工具的傳感器，下一步就是為傳感器編寫應(yīng)用程序代碼。并非直接跳到微控制器的代碼，而是在Python編寫應(yīng)用程序代碼。許多總線 工具在編寫腳本（writing scripts）配置了插件（plug-in）和范例碼，Python通常是隨著。NET中可用的語言之一。在Python編寫應(yīng)用程序是快速且容易的， 其并提供一個方法已在應(yīng)用程序中測試傳感器，這個方式并未如同在嵌入式環(huán)境測試的復(fù)雜。擁有高層級的代碼，將使非嵌入式工程師易于挖掘傳感器的腳本及測 試，而不需要一個嵌入式軟件工程師的照看。
3、以Micro Python測試傳感器
在Python寫下第一段應(yīng)用程序代碼的其中一個優(yōu)勢是，透過調(diào)用Micro Python，應(yīng)用程序調(diào)用到總線工具應(yīng)用程序編程接口（API）可易于進行更換。Micro Python運作在實時嵌入式軟件內(nèi)，其中有許多傳感器可供工程師來了解其價值，Micro Python運作在一個Cortex-M4處理器，且其是一個很好的環(huán)境，以從中為應(yīng)用程序代碼除錯。不僅是簡單的，這里也不需要去寫I2C 或SPI驅(qū)動程序，因為它們已被涵蓋在Micro Python的函式庫中。
4、利用傳感器供貨商代碼
任 何可以從傳感器制造商“搜括”到的范例碼，工程師需要走一段很長的路才能了解傳感器如何工作的原理。不幸的是，許多傳感器供貨商并非嵌入式軟件設(shè)計的專家，因此不要期待可以發(fā)現(xiàn)一個可投入生產(chǎn)的漂亮架構(gòu)和優(yōu)雅的例子。就使用供貨商代碼，學(xué)習(xí)這部分如何運作，之后重構(gòu)的挫折感將出現(xiàn)，直到它可以被干凈利索地整合到嵌入式軟件。它可能如“意大利面條般（spaghetTI）”開始，但利用制造商對其傳感器如何運作的理解，在產(chǎn)品推出之前，將有助于減少許多得 被毀掉的周末時間。
5、使用一個傳感器融合函式庫
機會是，傳感器的傳輸接口并不是太新，且先前沒有人這么做過。已知的所有函式庫，如由許多芯片制造商提供的“傳感器融合函式庫”，以協(xié)助開發(fā)人員快速掌握、 甚至更好，更可避免他們陷入重新開發(fā)或大幅修改產(chǎn)品架構(gòu)的輪回。許多傳感器可以被整合至一般類型或類別，而這些類型或類別將使驅(qū)動程序順利被開發(fā)，若處理得當，幾乎是普遍或是少可重復(fù)使用。尋找這些傳感器融合函式庫，并學(xué)習(xí)它們的優(yōu)點和短處。
感測器被整合至嵌入式系統(tǒng)時，有許多方式可以幫助提高設(shè)計時程和易用性。開發(fā)者在開始設(shè)計時，透過一個高層次抽象概念，以及在把傳感器整合進一個較低等級的 系統(tǒng)之前，學(xué)習(xí)傳感器如何運作，就絕對不會“走錯路”。今天存在的眾多資源將可協(xié)助開發(fā)人員“旗開得勝”，而無須從頭開始。
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