સ્માર્ટ સેન્સર અને તેનો ઉપયોગ

GOST R 8.673-2009 GSI અનુસાર "બુદ્ધિશાળી સેન્સર્સ અને બુદ્ધિશાળી માપન સિસ્ટમ્સ. મૂળભૂત શરતો અને વ્યાખ્યાઓ ”, બુદ્ધિશાળી સેન્સર એ અનુકૂલનશીલ સેન્સર છે જેમાં વર્ક એલ્ગોરિધમ્સ અને બાહ્ય સંકેતોથી બદલાતા પરિમાણો શામેલ છે, અને જેમાં મેટ્રોલોજિકલ સ્વ-નિયંત્રણનું કાર્ય પણ લાગુ કરવામાં આવે છે.

સ્માર્ટ સેન્સરની એક વિશિષ્ટ વિશેષતા એ છે કે એક નિષ્ફળતા પછી સ્વ-ઉપચાર અને સ્વ-શિખવાની ક્ષમતા. અંગ્રેજી ભાષાના સાહિત્યમાં, આ પ્રકારના સેન્સરને "સ્માર્ટ સેન્સર" કહેવામાં આવે છે. આ શબ્દ 1980 ના દાયકાના મધ્યમાં અટકી ગયો.

આજે, સ્માર્ટ સેન્સર એ એમ્બેડેડ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સાથેનું સેન્સર છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: ADC, માઇક્રોપ્રોસેસર, ડિજિટલ સિગ્નલ પ્રોસેસર, સિસ્ટમ-ઓન-ચિપ વગેરે, અને નેટવર્ક કમ્યુનિકેશન પ્રોટોકોલ્સ માટે સપોર્ટ સાથે ડિજિટલ ઇન્ટરફેસ. આ રીતે, સ્માર્ટ સેન્સરને વાયરલેસ અથવા વાયર્ડ સેન્સર નેટવર્કમાં સમાવી શકાય છે, જે અન્ય ઉપકરણો સાથે નેટવર્કમાં સ્વ-ઓળખના કાર્યને આભારી છે.

સ્માર્ટ સેન્સરનું નેટવર્ક ઇન્ટરફેસ તમને ફક્ત તેને નેટવર્ક સાથે કનેક્ટ કરવાની જ નહીં, પણ તેને ગોઠવવા, તેને ગોઠવવા, ઑપરેટિંગ મોડ પસંદ કરવા અને સેન્સરનું નિદાન કરવાની પણ મંજૂરી આપે છે. આ ઓપરેશન્સને દૂરસ્થ રીતે કરવાની ક્ષમતા એ સ્માર્ટ સેન્સર્સનો ફાયદો છે, તેઓ ચલાવવા અને જાળવવા માટે સરળ છે.

આકૃતિ એક બ્લોક ડાયાગ્રામ બતાવે છે જે સ્માર્ટ સેન્સરના મૂળભૂત બ્લોક્સ દર્શાવે છે, સેન્સર માટે લઘુત્તમ જરૂરી છે. ઇનકમિંગ એનાલોગ સિગ્નલ (એક અથવા વધુ) એમ્પ્લીફાઇડ થાય છે, પછી આગળની પ્રક્રિયા માટે ડિજિટલ સિગ્નલમાં રૂપાંતરિત થાય છે.

ROM માં કેલિબ્રેશન ડેટા હોય છે, માઇક્રોપ્રોસેસર પ્રાપ્ત ડેટાને કેલિબ્રેશન ડેટા સાથે સાંકળે છે, તેને સુધારે છે અને તેને માપનના જરૂરી એકમોમાં રૂપાંતરિત કરે છે - આમ વિવિધ પરિબળો (શૂન્ય ડ્રિફ્ટ, તાપમાનનો પ્રભાવ, વગેરે) ના પ્રભાવ સાથે સંકળાયેલ ભૂલ છે. વળતર આપવામાં આવે છે અને સ્થિતિનું મૂલ્યાંકન પ્રાથમિક ટ્રાન્સડ્યુસર સાથે કરવામાં આવે છે, જે પરિણામની વિશ્વસનીયતાને અસર કરી શકે છે.

પ્રોસેસિંગના પરિણામે મેળવેલી માહિતી વપરાશકર્તાના પ્રોટોકોલનો ઉપયોગ કરીને ડિજિટલ કમ્યુનિકેશન ઈન્ટરફેસ દ્વારા પ્રસારિત થાય છે. વપરાશકર્તા માપન મર્યાદા અને સેન્સરના અન્ય પરિમાણો સેટ કરી શકે છે, તેમજ સેન્સરની વર્તમાન સ્થિતિ અને માપના પરિણામો વિશેની માહિતી મેળવી શકે છે.

આધુનિક સંકલિત સર્કિટ (ચિપ પરની સિસ્ટમો)માં માઇક્રોપ્રોસેસર ઉપરાંત મેમરી અને પેરિફેરલ્સ જેમ કે પ્રિસિઝન ડિજિટલ-ટુ-એનાલોગ અને એનાલોગ-થી-ડિજિટલ કન્વર્ટર, ટાઈમર, ઈથરનેટ, યુએસબી અને સીરીયલ કંટ્રોલરનો સમાવેશ થાય છે. આવા સંકલિત સર્કિટના ઉદાહરણોમાં એનાલોગ ઉપકરણોમાંથી ADuC8xx, Atmelમાંથી AT91RM9200, ટેક્સાસ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સમાંથી MSC12xxનો સમાવેશ થાય છે.

બુદ્ધિશાળી સેન્સરના વિતરિત નેટવર્ક્સ જટિલ ઔદ્યોગિક સાધનોના પરિમાણોના વાસ્તવિક-સમયની દેખરેખ અને નિયંત્રણને સક્ષમ કરે છે, જ્યાં તકનીકી પ્રક્રિયાઓ ગતિશીલ રીતે તેમની સ્થિતિને હંમેશા બદલતી રહે છે.

સ્માર્ટ સેન્સર માટે કોઈ એક નેટવર્ક સ્ટાન્ડર્ડ નથી અને વાયરલેસ અને વાયર્ડ સેન્સર નેટવર્કના સક્રિય વિકાસ માટે આ એક પ્રકારનો અવરોધ છે. તેમ છતાં, આજે ઘણા ઇન્ટરફેસનો ઉપયોગ થાય છે: RS-485, 4-20 mA, HART, IEEE-488, USB; ઔદ્યોગિક નેટવર્ક કામ કરે છે: ProfiBus, CANbus, Fieldbus, LIN, DeviceNet, Modbus, Interbus.

આ સ્થિતિએ સેન્સર ઉત્પાદકોની પસંદગી પર પ્રશ્ન ઉભો કર્યો છે, કારણ કે દરેક નેટવર્ક પ્રોટોકોલ માટે સમાન ફેરફાર સાથે અલગ સેન્સરનું ઉત્પાદન કરવું આર્થિક રીતે યોગ્ય નથી. દરમિયાન, IEEE 1451 જૂથના ધોરણો "બુદ્ધિશાળી ટ્રાન્સડ્યુસર ઇન્ટરફેસ સ્ટાન્ડર્ડ્સ" ના ઉદભવથી શરતો હળવી થઈ, સેન્સર અને નેટવર્ક વચ્ચેનું ઈન્ટરફેસ એકીકૃત છે. ધોરણો અનુકૂલનને વેગ આપવા માટે રચાયેલ છે — વ્યક્તિગત સેન્સરથી સેન્સર નેટવર્ક સુધી, કેટલાક પેટાજૂથો સેન્સરને નેટવર્ક સાથે કનેક્ટ કરવા માટે સોફ્ટવેર અને હાર્ડવેર પદ્ધતિઓ વ્યાખ્યાયિત કરે છે.

આમ, IEEE 1451.1 અને IEEE 1451.2 ધોરણોમાં ઉપકરણોના બે વર્ગોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે. પ્રથમ ધોરણ સ્માર્ટ સેન્સરને નેટવર્ક સાથે કનેક્ટ કરવા માટે એકીકૃત ઇન્ટરફેસને વ્યાખ્યાયિત કરે છે; આ NCAP મોડ્યુલનું સ્પષ્ટીકરણ છે, જે સેન્સરના STIM મોડ્યુલ અને બાહ્ય નેટવર્ક વચ્ચેનો એક પ્રકારનો પુલ છે.

બીજું ધોરણ STIM સ્માર્ટ કન્વર્ટર મોડ્યુલને નેટવર્ક એડેપ્ટર સાથે કનેક્ટ કરવા માટે ડિજિટલ ઈન્ટરફેસનો ઉલ્લેખ કરે છે. TEDS નો ખ્યાલ નેટવર્કમાં તેની સ્વ-ઓળખની શક્યતા માટે સેન્સરનો ઇલેક્ટ્રોનિક પાસપોર્ટ સૂચવે છે.TEDS માં શામેલ છે: ઉત્પાદનની તારીખ, મોડલ કોડ, સીરીયલ નંબર, કેલિબ્રેશન ડેટા, કેલિબ્રેશનની તારીખ, માપનના એકમો. પરિણામ એ સેન્સર અને નેટવર્ક્સ માટે પ્લગ એન્ડ પ્લે એનાલોગ છે, સરળ કામગીરી અને રિપ્લેસમેન્ટની ખાતરી આપવામાં આવે છે. ઘણા સ્માર્ટ સેન્સર ઉત્પાદકો પહેલાથી જ આ ધોરણોને સમર્થન આપે છે.

નેટવર્કમાં સેન્સર્સનું એકીકરણ જે મુખ્ય વસ્તુ આપે છે તે સેન્સરના પ્રકાર અને ચોક્કસ નેટવર્કને કેવી રીતે ગોઠવવામાં આવે છે તે ધ્યાનમાં લીધા વિના, સૉફ્ટવેર દ્વારા માપન માહિતીને ઍક્સેસ કરવાની સંભાવના છે. તે એક નેટવર્ક હોવાનું બહાર આવ્યું છે જે સેન્સર અને વપરાશકર્તા (કમ્પ્યુટર) વચ્ચેના પુલ તરીકે કામ કરે છે, જે તકનીકી સમસ્યાઓ હલ કરવામાં મદદ કરે છે.

આમ, સ્માર્ટ મીટરિંગ સિસ્ટમને ત્રણ સ્તરો દ્વારા રજૂ કરી શકાય છે: સેન્સર સ્તર, નેટવર્ક સ્તર, સોફ્ટવેર સ્તર. પ્રથમ સ્તર એ સેન્સરનું સ્તર છે, સંચાર પ્રોટોકોલ સાથેનું સેન્સર. બીજું સ્તર સેન્સર નેટવર્ક સ્તર છે, સેન્સર ઑબ્જેક્ટ અને સમસ્યા હલ કરવાની પ્રક્રિયા વચ્ચેનો પુલ.

ત્રીજું સ્તર સોફ્ટવેર સ્તર છે, જે પહેલાથી જ વપરાશકર્તા સાથે સિસ્ટમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સૂચવે છે. અહીંનું સૉફ્ટવેર સંપૂર્ણપણે અલગ હોઈ શકે છે કારણ કે તે હવે સેન્સરના ડિજિટલ ઇન્ટરફેસ સાથે સીધું જોડાયેલું નથી. સિસ્ટમમાં સબસિસ્ટમ્સ સંબંધિત પેટા સ્તરો પણ શક્ય છે.

તાજેતરના વર્ષોમાં, સ્માર્ટ સેન્સરના વિકાસે ઘણી દિશાઓ લીધી છે.

1. સેન્સરની અંદર શક્તિશાળી કમ્પ્યુટિંગની જરૂર હોય તેવી નવી માપન પદ્ધતિઓ. આ સેન્સરને માપેલા વાતાવરણની બહાર સ્થિત કરવામાં સક્ષમ બનાવશે, જેનાથી વાંચનની સ્થિરતામાં વધારો થશે અને ઓપરેશનલ નુકસાનમાં ઘટાડો થશે. સેન્સરમાં કોઈ ફરતા ભાગો નથી, જે વિશ્વસનીયતામાં સુધારો કરે છે અને જાળવણીને સરળ બનાવે છે.માપન ઑબ્જેક્ટની ડિઝાઇન સેન્સરના ઑપરેશનને અસર કરતી નથી અને ઇન્સ્ટોલેશન સસ્તું બને છે.

2. વાયરલેસ સેન્સર નિર્વિવાદપણે આશાસ્પદ છે. અવકાશમાં વિતરિત થતી વસ્તુઓને તેમના ઓટોમેશનના માધ્યમો, નિયંત્રકો સાથે વાયરલેસ સંચારની જરૂર છે. રેડિયો તકનીકી ઉપકરણો સસ્તા બની રહ્યા છે, તેમની ગુણવત્તા વધી રહી છે, વાયરલેસ સંચાર ઘણીવાર કેબલ કરતાં વધુ આર્થિક છે. દરેક સેન્સર તેના પોતાના ટાઈમ સ્લોટ (TDMA), તેની પોતાની ફ્રીક્વન્સી (FDMA) પર અથવા તેના પોતાના કોડિંગ (CDMA), અંતે બ્લૂટૂથ દ્વારા માહિતી પ્રસારિત કરી શકે છે.

3. લઘુચિત્ર સેન્સર ઔદ્યોગિક સાધનોમાં એમ્બેડ કરી શકાય છે, અને ઓટોમેશન સાધનો એ સાધનોનો અભિન્ન ભાગ બનશે જે તકનીકી પ્રક્રિયા કરે છે, બાહ્ય ઉમેરણ નહીં. કેટલાક ક્યુબિક મિલીમીટરના જથ્થા સાથેનું સેન્સર તાપમાન, દબાણ, ભેજ વગેરેને માપશે, ડેટાની પ્રક્રિયા કરશે અને નેટવર્ક પર માહિતી પ્રસારિત કરશે. સાધનોની ચોકસાઈ અને ગુણવત્તામાં વધારો થશે.

4. મલ્ટિ-સેન્સર સેન્સર્સનો ફાયદો સ્પષ્ટ છે. એક સામાન્ય કન્વર્ટર ઘણા સેન્સરમાંથી ડેટાની તુલના અને પ્રક્રિયા કરશે, એટલે કે, ઘણા અલગ સેન્સર નહીં, પરંતુ એક, પરંતુ મલ્ટિફંક્શનલ.

5. છેલ્લે, સેન્સરની બુદ્ધિ વધશે. મૂલ્યની આગાહી, શક્તિશાળી ડેટા પ્રોસેસિંગ અને વિશ્લેષણ, સંપૂર્ણ સ્વ-નિદાન, ખામીની આગાહી, જાળવણી સલાહ, તર્ક નિયંત્રણ અને નિયમન.

સમય જતાં, સ્માર્ટ સેન્સર વધુને વધુ મલ્ટિફંક્શનલ ઓટોમેશન ટૂલ્સ બનશે, જેના માટે "સેન્સર" શબ્દ પણ અપૂર્ણ અને માત્ર શરતી બની જશે.