11 ese cssa_l03_smart sensors

Capita Selecta – Sensoren en Actuatoren

Capita Selecta - Sensors & Actuators

DOCENT: JGTP

LES: 3

vr. 17 febr. 2012


Sensors & Actuators

Smart Sensors


Smart Sensors

“Smart Sensors”,

wat zijn dat eigenlijk?

1. Definitie

2. Interfacing

Capita Selecta – Sensoren en Actuatoren‹#›/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:

1. “Dat is een sensor, die zich aan de meetomgeving

aanpast om zo goed mogelijk te kunnen meten” [1]

2. “Dat is een component bestaand uit een combinatie van

een sensor element en een signaal processor op één

chip” [2]

3. “Dat is een sensor, die meer functies heeft dan alleen

maar het goed weergeven van de gemeten grootheid” [3]

Waarom zijn deze ‘pogingen’ niet volledig?

Zegt alleen iets over interne gedrag en niets over interfacing.

Minimale eisen aan die ‘signaal processor’ zijn onduidelijk.

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]

Primaire sensorelement(en)

Aansturing (Excitation control)

Versterking (Amplification)

Analoge Signaalverwerking

– Filtering

– Compensatie

Digital information processing

– Foutcorrectie

– Filtering

Digital communications processing

Sensingelement(s)

Reëlewereld

Analogprocessing

Exc.

Amp.

CommunicatieDigital

processing

BUS

Dataconversion



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

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


Smart Sensors - DefinitieTraditioneel 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

Application Processor

STIM: Smart Transducer

Interface Module

TII: Transducer Independent

Interface

TEDS: Transducer Electronic

Data Sheet

Signal conversionTEDS

Signal conditioning

Raw transducer element

Communication transciever

Microprocessor

Network

Information/DataCommands

NCAP

STIM

TII



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: [email protected],

“Intelligent Sensor Systems”,

Wright State University, Ohio, USA

11 ese cssa_l03_smart sensors

Education

Transcript of 11 ese cssa_l03_smart sensors