11 ese cssa_l03_smart sensors

Capita Selecta - Sensors & Actuators

DOCENT: JGTP

LES: 3
vr. 17 febr. 2012

Capita Selecta – Sensoren en Actuatoren

Sensors & Actuators

Smart Sensors


Smart Sensors

“Smart Sensors”,
wat zijn dat eigenlijk?

1. Definitie
2. Interfacing


‹#›/40

Smart Sensors - Definitie
 Waarom is de Sensor in het 1e filmpje niet
echt een Smart Sensor?
 Waarom is die in het 2e filmpje dat wel?
 Uit welke functionele blokken bestaat een
Smart Sensor?

Opdracht (werk in drietallen):
 Bedenk de definitie van een ‘Smart Sensor’.
 Teken een blokschema van een ‘Smart Sensor’.


Wat is een „Smart Sensor‟? Een paar pogingen:
Waarom zijn deze ‘pogingen’ niet volledig?
1. “Dat is een sensor, die zich aan de meetomgeving
aanpast om zo goed mogelijk te kunnen meten” [1]
 Zegt alleen iets over interne gedrag en niets over interfacing.
2. “Dat is een component bestaand uit een combinatie van
een sensor element en een signaal processor op één
chip” [2]
 Minimale eisen aan die ‘signaal processor’ zijn onduidelijk.
3. “Dat is een sensor, die meer functies heeft dan alleen
maar het goed weergeven van de gemeten grootheid” [3]
 Extra functies (interfacing e.d.) worden hier te kort gedaan!


Tom Griffiths, Product Manager,
(Honeywell Industrial Measurement and Control):

“Smart sensors zijn sensoren of (groepen van)
instrumenten, voorzien van microprocessors met
ingebouwde communicatiemiddelen en
on-board diagnostiek, die informatie leveren aan
een monitoring systeem en/of een operator met
als doel verhoging van de operationele efficiency
en minimalisering van de onderhoudskosten”
http://www.ceasiamag.com/article/what-is-a-smart-sensor/1493


Blokschema [4]
Amp.

Reële Sensing Analog
wereld element(s) processing

Exc.
 Primaire sensorelement(en)
Data
 Aansturing (Excitation control) conversion

 Versterking (Amplification)
 Analoge Signaalverwerking
– Filtering Digital
Communicatie
– Compensatie processing

 Digital information processing
– Foutcorrectie
– Filtering BUS
 Digital communications processing


VB: TCN75 - Microchip® 2-wire serial temp. sensor
 Standard 2-wire serial interface
– Programmable trip point and hysteresis
– Digital readout
– Device configuration
 Multiple operation modes
– Comparator
– Interrupt
– Standby
(power management)
 Address lines
– Up to 8 devices can
share the 2-wire bus
lines

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21490C.pdf


Samengevat: wat moet een smart sensor kunnen?
 Compensatie van het gemeten signaal
on-board diagnostiek, on-board callibratie (is de
output valide?)
 Berekenen
Signaal conditie, data reductie, A/D
conversie, filtering
 Communiceren
Netwerk
 Actief
Geen invloed op te meten proces


Traditioneel wordt iedere sensor specifiek gemaakt
voor één klant. Nadelen:
– Hogere (productie)kosten: kleine aantallen, zeer
specialistisch
– Minder flexibel:
uitbreiding, verandering, onderhoud en reparatie
– Complexiteit: het verwerken van verschillende
formaten data vergt een complex systeem
Oplossing
– Standaardisatie van interfaces:
elektrisch, mechanisch, communicatie protocollen
– Toevoegen van communicatie mogelijkheden :
Het ideaal: de Plug- and-Play sensor ??

Smart Sensors - Interfacing

Interfacing

1


Sensornetwerken
Wanneer
– Als meerdere sensoren nodig zijn
– Als sensoren geografisch verspreid zijn

Waarom
– Simplificatie van bedradingsnetwerk
– Digitale signalen zijn minder gevoelig voor
storingen (ADC is vereist)
– Meer informatie in beide richtingen

Smart Sensors – Interfacing (1/3)
Er zijn verschillende protocolstandaarden op de markt met ieder hun
eigen hardware interface, headers, data lengte, data type, bit
rate, redundancy check, etc.


Er zijn verschillende protocolstandaarden op de markt met ieder hun
eigen hardware interface, headers, data lengte, data type, bit
rate, redundancy check, etc.


 In 1994 hebben het IEEE en NIST besloten een
nieuwe standaard te introduceren (voor kleine
bedrijven)

 IEEE 1451.2: enabling connection of transducers to
network processors

NB: NIST = National Institute of Standards and Technology
and IEEE = Institute of Electrical and Electronic Engineers


Blokschema IEEE 1452.2
 NCAP: Network Capable Network

Application Processor
Commands Information/Data
 STIM: Smart Transducer
Interface Module
 TII: Transducer Independent
Communication transciever
Interface
NCAP
 TEDS: Transducer Electronic Microprocessor
Data Sheet
TII

TEDS Signal conversion

Signal conditioning STIM

Raw transducer element


Een STIM mag 255 inputs en outputs hebben.
Voorbeelden:


TEDS - Transducer Electronic Data Sheet
Beschrijft de datasheet van de transducer

Bevindt zich
meestal
in EEPROM


Toekomst: IEEE 1452.4 Plug-and-Play sensors

 Mixed-mode interface (analoge en digitale
uitgang)
 Gestandaardiseerde TEDS voor ieder type
sensor
 Virtuele TEDS (zodat analoge sensoren
kunnen blijven bestaan…)


Smart Sensors - Referenties
[1] N. White, 1997, “Intelligent Sensors‟” in Sensor Review 17(2), pp. 97-98
[2] E. T. Powner and F. Yalcinkaya, 1995, “Intelligent sensors: structure and
system,” in Sensor Review 15(3), pp. 31-34
[3] R. Frank, 2000, Understanding Smart Sensors, Artech, Boston, MA.
[4] J. Brignell and N. White, 1996, Intelligent Sensor Systems, 2nd
Ed., IOP, Bristol, UK.

Referenties zijn afkomstig uit een presentatie van
Ricardo Gutierrez-Osuna, email: rgutier@cs.wright.edu,
“Intelligent Sensor Systems”,
Wright State University, Ohio, USA


11 ese cssa_l03_smart sensors

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (12)

Similar to 11 ese cssa_l03_smart sensors

Similar to 11 ese cssa_l03_smart sensors (16)

11 ese cssa_l03_smart sensors