智能和简单传感器接口

日期:2012-06-30

  作者:Tamara Schmitz,光学传感器应用经理,Intersil

  自动化正在提供许多日常应用的安全性、准确性、方便性的改进。

  考虑一下电脑辅助手术或自动化阵列的精确度和优势,这些已在汽车应用实现,如盲点检测、后视镜自动亮光调整、备用相机和平行泊车辅助。然而,采用自动化的第一个领域是工业。机器人和工厂自动化的重大进展提高了生产效率和工厂安全性。分享这些投资的四个主要领域技术是传感器、传感器、电机、电子控制。

  智能传感器和简单传感器

  由于缺乏类似人类的能力,机器人系统需要传感器来观察和检测它们的环境。考虑一下拿起一个物体的看似简单行为(图1)。首先,系统必须找到物体。在展开手臂后,系统需要一个传感器确保靠近物体。通常情况下,当系统接触物体时还要有另一个传感器信号。

  图1:现代机器人系统具有先进的多轴手臂,增加了工厂的生产力和安全性。拿起一个物体就可能需要多个传感器。

  抓握是握持本身:多大的压力是必要的,以确保没有弄碎物体?运动控制的这些动作通常涉及配合来自其他系统传感器的连续位置反馈加速度。这个简单例子假设该物体是固定的,并没有表现出一定的物质行为,如特定类型传感器可以检测的磁或热。

  通常情况下,一个集中微控制器可处理这种来自传感器网络的信息。此设置简单明了。它具有集中控制、集中的供电要求、更简单算法开发的明显优势。这种类型的系统可提高灵活性,但它也可能会限制性能。考虑在一定条件下,微处理器可能是有风险的,计算速度不够快,甚至服务中断。这些限制可以影响了机器人的性能。

  使用智能传感器可以改变决策过程中的兴趣点,在这种情况下,手臂和抓握机制提高了系统的功能。它还允许自动化系统控制多个同时发生的事件。请记住,分布式控制系统设计较为复杂,但去除了中央瓶颈,提高了系统的能力。

  传感器接口

  科技公司已经和将继续向前推动机器人领域的设备开发和部署。当元件厂商可以在一个简单易用、单片器件中集成传感器和相关电子元件时,这变得特别有趣。

  接近检测传感器是最流行的类型之一。这些传感器常见于消费电子和通信产品范围,自动售货机、自动取款机、安全系统、手机和领先的个人电脑。它们不仅可以提供定位信息,如机器人的例子,在安全系统和入侵检测方面很有用。接近传感器类型之一采用人眼看不见的红外线波长。它允许系统监控不可见光中各不同方向物体有多近。

  在手机中,接近传感器可以让手机检测到何时用户把手机贴近了他或她的耳朵,开始通话。在这段时间内,手机可以关闭屏幕,节省电力并延长电池寿命。这种类型基于传感器的控制还可以防止意外挂机或静音。

  接近传感器这种类型应用的一个例子是ISL29028A,它集成了环境光和接近传感器、一个红外LED驱动器,I2C接口(图2)。环境光传感器允许系统减少在低光情况下的屏幕亮度,这让用户更舒适,并降低了功耗。红外LED驱动器发出短脉冲电流至红外LED。几厘米内的物体将反映这一信号到接近传感器,警告系统附近有一个物体。

  图2:ISL29028A环境光线和距离感应器框图显示了高精度模拟信号处理能力和足够的数字资源,以形成一个半独立的传感器接口。

  ISL29028A的中断电路增加了一个传感器接口的智能,降低了中央微控制器的负荷:微控制器不需要连续支持传感器搜索接近手机的物体。相反,ISL29028A可提供一个中断信号。如果没有其他任务,微控制器甚至可以关闭电源,并等待来自传感器接口的通知接近的物体的中断信号。这可以使微控制器负载最小,明显节省功耗。

  智能传感器支持

  为有效地发挥作用,智能传感器要求接口IC具有低功耗和低噪声信号调理元件。如Intersil的ISL28274高输入阻抗仪表放大器,可以提供许多传感器应用需要的轨到轨输入和输出。此外,它们表现出极低的输入偏置电流和高CMRR,是应变压力传感和触觉机器人应用所必需的。

  另一个传感器接口IC是ISL28133微功率斩波稳定运算放大器。该放大器工作在1.65V至5.5V的范围单电源供电,仅18μA静态电流和8μV(最大值)输入偏移电压。因为它是一个斩波稳定运算放大器,它可连续测量和取消输入偏移,所以输入偏移的温度系数仅为75 nV/℃(最大值)。放大器保持了1.1μVp-p的低本底噪声,测量范围从0.01 Hz至10 Hz。

  各种形式的机器人已经有了可观的收益效率和生产力。在快速增长和缓慢增长的经济条件下,这种趋势一直在全面发力。精密仪器仪表与环境光及接近传感器等智能或简单传感器的正确组合,可确保行业的持续创新和提高生产力。

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