یک حسگر هوشمند ورودی‌ها را از محیط فیزیکی دریافت می‌کند و داده‌ها را با استفاده از منابع محاسباتی داخلی پردازش می‌کند و داده‌های پردازش شده را برای استفاده بیشتر خروجی می‌دهد.
سنسور چیست؟
سنسور وسیله ای است که سیگنال الکتریکی را تولید می کند که مربوط به مقداری فیزیکی است. از این رو، یک سنسور یک کمیت فیزیکی را اندازه گیری می کند و این اندازه گیری با استفاده از یک ابزار نمایش داده می شود.
سنسورهای هوشمند چیست؟
به این سنسورها حسگرهای هوشمند نیز می گویند و دارای الکترونیک یکپارچه هستند که آنها را قادر می سازد تا عملکردهای خاصی مانند توابع منطقی، ارتباط دو طرفه و غیره را انجام دهند و همچنین قادر به تصمیم گیری هستند. این سنسورها همچنین قادرند داده های محیطی را با دقت بیشتر و نویز کمتری اندازه گیری کنند. از این سنسورها برای نظارت و انجام مکانیسم کنترل در صنایع استفاده می شود. این سنسورها دارای سه قسمت مهم هستند:
• عنصر حسگر
• بخش پردازش سیگنال
• ریزپردازنده
تفاوت بین سنسورهای هوشمند و سنسورهای معمولی
• تفاوت این سنسورها با سنسورهای معمولی به گونه ای است که سریعتر از سنسورهای معمولی هستند.
• این سنسورها نسبت به سنسورهای معمولی دقت بیشتری دارند.
• اندازه این سنسورها در مقایسه با سنسورهای معمولی کوچکتر است.
• برق کم مصرف می کنند .
عملکرد سنسورهای هوشمند
این سنسورها دارای وظایف زیر هستند:
• آنها برای انجام پردازش اطلاعات استفاده می شوند.
• این سنسورها می توانند جبران را انجام دهند.
• آنها یکپارچه سازی با سیستم های دیگر انجام می دهند.
• این سنسورها اعتبارسنجی را انجام می دهند.
• این حسگرها ترکیب داده ها را انجام می دهند.
دلایل استفاده از سنسورهای هوشمند
این سنسورها به این دلیل استفاده می شوند:
• اینها قابلیت خود کالیبراسیون را دارند.
• سطح دقت بسیار بالاست
• ارتباط نسبتا خوبی دارند.
• آنها می توانند چند حسگری را انجام دهند.
• مقرون به صرفه.
• پاسخ سریع.
• مصرف برق کم.
• آنها تشخیص از راه دور دارند.
ویژگی های سنسورهای هوشمند
این سنسورها دارای ویژگی های زیر هستند:
• تبدیل آنالوگ به دیجیتال
• میکروکنترلر با ویژگی های پیشرفته، عمدتا PIC
• شناسایی سنسور
• ثبت داده ها و همچنین ساعت واقعی
• ارتباط از طریق باس سریال
معیارهای انتخاب سنسورهای هوشمند
سنسورهای هوشمند بر اساس معیارهای زیر استفاده می شوند:
• آنها با توجه به قابلیت خود کالیبراسیون انتخاب می شوند.
• دقت سنسور باید در نظر گرفته شود.
• توانایی خود تشخیصی نیز باید در نظر گرفته شود.
• قابلیت پردازش اطلاعات نیز باید در نظر گرفته شود.
• منطقه تحت پوشش نیز بر انتخاب تأثیر می گذارد.
• تحمل خطا باید در نظر گرفته شود.
• این سنسورها باید با توجه به توانایی کار در محیط سخت انتخاب شوند.
• قابلیت اطمینان در عملیات باید در نظر گرفته شود.
• آنها باید عمر مفید خوبی داشته باشند.
اجزای اصلی یک سنسور هوشمند
این سنسورها دارای پنج عنصر اساسی هستند. آن ها هستند:
سنسور پایه
سنسور پایه یک حسگر معمولی است که کمیت فیزیکی را تشخیص می دهد.
منبع تغذیه
منبع تغذیه برای تغذیه منبع محاسباتی استفاده می شود. منبع تغذیه ممکن است برق پایه سنسور را نیز تامین کند.
ریزپردازنده
ریزپردازنده یک عنصر محاسباتی است که حسگر را قادر می‌سازد تا محاسبات داده‌ای را انجام دهد که کمیت را اندازه‌گیری می‌کند. ریزپردازنده نیز می تواند بر اساس این تحلیل ها اقداماتی را انجام دهد.
حافظه
حافظه اختصاص داده شده برای ذخیره مقادیر اندازه گیری شده و داده های محاسبه شده و ذخیره منطق نرم افزاری گنجانده شده که نحوه کنترل سنسور با این داده ها را کنترل می کند.
ماژول ارتباطات
ماژول ارتباطی برای انتقال و دریافت داده ها بین سنسور و دستگاه های خارجی از طریق یک شبکه مشابه یا اینترنت استفاده می شود.
کار با سنسورهای هوشمند
یک سنسور معمولی برای ارائه قابلیت سنجش استفاده می شود. سنسورهای معمولی برای اندازه گیری کمیت فیزیکی و تولید سیگنال آنالوگ طراحی شده اند. این سیگنال نیز باید قبل از استفاده پردازش شود.
در اینجا ریزپردازنده نقش اصلی را ایفا می کند. این ریزپردازنده یکپارچه که در داخل سنسور نصب شده است، سیگنال نویز ناخواسته را فیلتر کرده و سیگنال پایه را به شکل قابل استفاده تبدیل می کند. ریزپردازنده یکپارچه شامل توابع نرم افزاری است که محاسباتی را انجام می دهد که مقادیر را اندازه گیری می کند و ممکن است در مقادیر خاص عمل کند.
کارت حافظه نیز درون سنسور تعبیه شده است. داده های اندازه گیری شده و پارامترهای عملکرد سنسور را ذخیره می کند. همچنین ماژول ارتباطی درون حسگر ادغام شده و امکان اتصال به دستگاه های خارجی توسط یک شبکه خصوصی یا اینترنت را فراهم می کند.
استفاده از سنسور هوشمند
این سنسورها برای همان هدفی استفاده می شوند که یک سنسور معمولی که یک کمیت فیزیکی را اندازه گیری می کند. اما همچنین دارای قابلیت های انتقال داده و ارتباطات است که این حسگرها را برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب می کند. این حسگرها به دلیل توانایی های ارتباطی آن از طریق اینترنت، مهمترین عنصر در اینترنت اشیا هستند.
انواع سنسورهای هوشمند
سنسورهای هوشمندی که در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند عمدتاً پنج نوع هستند. برخی از سنسورهای هدف ویژه نیز در بازار موجود است. پنج نوع سنسور هوشمند عبارتند از:
• سنسورهای سطح
• سنسورهای دما
• سنسورهای فشار
• سنسورهای مادون قرمز
• سنسورهای مجاورت
آنها نسبت به سنسورهای معمولی ترجیح داده می شوند زیرا دارای قابلیت مدیریت داده هستند. اما هنوز کاربردهایی وجود دارد که در آنها استفاده از سنسور معمولی مناسب است. اگر برنامه به کنترل کامل روی ورودی سنسور نیاز دارد، ممکن است به جای سنسور هوشمند از یک سنسور معمولی استفاده شود.
مزایای سنسور هوشمند
سنسورهای هوشمند دارای مزایای زیر هستند:
- این حسگرها عملکرد فرآیند را بهبود می بخشند.
- این حسگرها با اتصال دستگاه‌ها و سیستم‌های مختلف داده‌ها را تولید می‌کنند و از این رو ماشین‌های مختلف را قادر می‌سازند که با یکدیگر صحبت کنند. با این کار به موارد زیر کمک می کند:
- نظارت بر تجهیزات و عملکرد سیستم
- مقایسه و تجزیه و تحلیل مجموعه داده ها.
- این حسگرها با پیش بینی خرابی تجهیزات، تعمیر و نگهداری را کاهش می دهند
- آنها به کاهش تعمیر و نگهداری غیر ضروری، هزینه تعویض قطعات و احتمال توقف تولید کمک می کنند. داده های جمع آوری شده توسط این سنسورها در تشخیص الگوهای خرابی استفاده می شود که نیاز به سرویس تجهیزات را از بین می برد. این حسگرها می‌توانند از داده‌ها برای ارسال هشدار به اپراتورها استفاده کنند و آنها را در مورد خرابی احتمالی مطلع کنند. از این رو، آنها می توانند قبل از ایجاد توقف تولید اقدام کنند.
- این حسگرها می توانند به طور خودکار داده ها را برای سوابق تاریخی و مطابقت با مقررات ثبت کنند .
- در برخی از فرآیندها و تولیدات، تولیدکنندگان نیاز به ارائه برخی سوابق داده دارند که ثابت می کند پارامترهای تولید آنها محدودیت هایی را برای مشتریان خود تعیین کرده است. هنگامی که از سنسورهای هوشمند استفاده می شود، می توانند به طور خودکار در این موضوع کمک کنند. دلیل آن این است که این سنسورها به طور خودکار داده هایی مانند دما، رطوبت، مصرف انرژی، ساعات کار، نیاز به تعمیر و نگهداری و خروجی های خط تولید را ثبت می کنند.
- این سنسورها اطلاع رسانی از مشکلاتی را ارائه می دهند که می تواند کیفیت پردازش را انجام دهد .
- سنسورهای هوشمند ممکن است مشکلات سیستمی را شناسایی کنند که می‌تواند بر خروجی تولید یا کیفیت محصول تأثیر بگذارد و اطلاع‌رسانی در زمان واقعی از آنها ارائه می‌کند. این به جلوگیری از توقف تولید کمک می کند.
- حسگرهای هوشمند می توانند خودآزمایی، خود کالیبراسیون و تشخیص خود را انجام دهند.
- این حسگرها می توانند در حین روشن شدن، خودآزمایی انجام دهند تا مشخص شود که آیا یک قطعه از کار افتاده است یا خیر. سنسورهای هوشمند همچنین پیام اعلانی را برای انجام اقدامات مناسب به کنترل کننده فرآیند ارسال می کنند. سنسورهای هوشمند این قابلیت را دارند که در صورت نیاز خود کالیبره شوند.
- حسگرهای هوشمند توانایی انجام چند حسگری را دارند.
- یک حسگر هوشمند قادر است چندین کمیت فیزیکی را به طور همزمان اندازه گیری کند. به عنوان مثال، یک حسگر مایع همجوشی قادر است دما، جریان، فشار و چگالی یک محیط را به طور همزمان اندازه گیری کند.
- سنسورهای هوشمند دقت بالایی دارند.
- سنسورهای هوشمند می توانند نویز سیگنال را فیلتر کرده و خطاهای تصادفی را جبران کنند. از این رو، دقت سنسور را افزایش می دهند .
معایب سنسور هوشمند
- سنسورهای هوشمند دارای معایب زیر هستند.
- این سنسورها هم محرک و هم سنسور دارند. بنابراین، آنها در مقایسه با سنسورهای معمولی پیچیده تر هستند.
- از آنجا که پیچیدگی در سنسورهای هوشمند سیمی بیشتر است، بنابراین هزینه نیز بالاتر است.
- کالیبراسیون سنسور باید توسط یک پردازنده خارجی مدیریت شود.
- عملکردهای تعبیه شده از پیش تعریف شده ای وجود دارد که باید در طول طراحی حسگرهای هوشمند ارائه شوند.
