Лекція №4 з IoT (2026). Датчики та кінцеві точки — Transcript

Лекція про датчики, кінцеві точки та системи живлення в IoT, зокрема про термопари та їх особливості.

Key Takeaways

  • Інтернет речей починається з датчиків і кінцевих пристроїв, які зв’язують цифровий і фізичний світ.
  • Надійність і точність датчиків критично важливі для ефективності IoT систем.
  • Енергоспоживання датчиків визначає довговічність і автономність системи.
  • Термопари – прості, недорогі, але не завжди точні температурні датчики з широким застосуванням.
  • Необхідно враховувати старіння датчиків і зовнішні впливи для коректної інтерпретації даних.

Summary

  • Вступ до інтернету речей, його складових і принципів взаємодії.
  • Роль датчиків і кінцевих точок як джерел даних у IoT системах.
  • Види фізичних параметрів, що вимірюють датчики (температура, тиск, вологість тощо).
  • Важливість передачі, обробки, аналізу та збереження даних для цінності IoT.
  • Проблеми надійності даних: втрати зв’язку, шум, зношування датчиків, помилки мережі.
  • Критерії вибору датчиків: вартість, функціональність, габарити, надійність, точність, енергоспоживання.
  • Значення енергоспоживання та систем живлення для автономної роботи датчиків.
  • Опис термопар як популярних температурних датчиків, їх принцип роботи та ефект Зебека.
  • Переваги та недоліки термопар, включно з точністю, старінням і впливом домішок.
  • Використання термопар у промисловості та стандарти маркування.

Full Transcript — Download SRT & Markdown

00:03
Speaker A
Значить, ми з вами зробили такий широкий вступ у тему інтернету речей. Торкнулися деяких загальних питань. Це де це взагалі використовується, за яким принципом взаємодіють компоненти.
00:21
Speaker A
Значить, ми з цим будемо розбиратися докладно у наступних лекціях. Е-е, поки що побачили, де все це використовується.
00:35
Speaker A
Е-е, наступна тема, яку ми розглянемо, буде присвячена датчикам, кінцевим точкам та системам живлення в інтернеті речей.
00:48
Speaker A
Е-е, так, да. Значить, з чого починається інтернет речей? Починається він не з мереж, не з хмарних платформ, а саме з джерел даних і виконавчих пристроїв.
01:04
Speaker A
Саме вони забезпечують взаємодію цифрових систем із реальним світом. Такі пристрої називають кінцевими точками або end points.
01:15
Speaker A
Якщо вони можуть, е-е, підключатися до мережі, то їх можна об'єднувати у єдину інформаційну систему, яка дозволяє збирати дані, передавати їх далі і обробляти в подальшому.
01:33
Speaker A
А в більшості випадків джерелами даних для систем інтернету речей є датчики. Іноді їх називають давачі українською.
01:44
Speaker A
Вони вимірюють різні фізичні параметри навколишнього середовища або технічних систем і формують відповідні потоки даних у часі. Ці потоки можуть включати інформацію про температуру, тиск, освітленість, рух, рівень шуму, вологість, склад повітря і, в принципі, багато інших параметрів.
02:07
Speaker A
Для того, щоб ці дані могли принести практичну користь, необхідно забезпечити можливість їх передачі по мережі, їх оброблення і аналізу і за необхідності надійного зберігання. Саме поєднання цих можливостей і формує цінність технології інтернету речей для нас.
02:29
Speaker A
Е-е, ми власне інтернет речей розглядаємо не як окремі пристрої або сенсори, а як комплексне рішення, в якому отримані від датчиків дані відіграють одну з ключових ролей.
02:46
Speaker A
Е-е, розробники систем інтернету речей мають добре розуміти, як саме ці дані генеруються, як вони формуються, як їх правильно інтерпретувати і як з ними, як з ними впоратися.
03:10
Speaker A
Значить, окрім розуміння типів даних, важливо також знати, що саме вимірює датчик, в яких межах можуть змінюватися ці значення. Система повинна також враховувати ситуації, коли пристрій втрачає зв'язок із мережею, наприклад, тимчасово, коли датчик передає некоректні дані.
03:35
Speaker A
Буває таке, е-е, коли передача відбувається в зашумленому середовищі, ну, і навіть ситуація, коли вимірювальний елемент виходить з ладу.
03:45
Speaker A
Тобто на всі ці випадки мають бути свої рішення, як реагувати. Е-е, треба розуміти, внаслідок яких причин дані датчиків можуть виявитися ненадійними.
04:01
Speaker A
Наприклад, через вплив зовнішнього середовища, через зношування датчиків. Бувають механічні датчики, які зношуються, через пошкодження датчика, через електричні перешкоди. Бувають помилки даних у мережі. І таке буває.
04:18
Speaker A
Тобто, по суті, в системах інтернету речей відбувається поєднання аналогового фізичного світу із цифровими інформаційними системами завдяки ось цим датчикам і кінцевим пристроям. Більшість пристроїв, які забезпечують таке поєднання, якраз це і є датчики.
04:42
Speaker A
Також у сучасних системах важливо, що кількість підключених датчиків і виконавчих пристроїв постійно зростає.
04:52
Speaker A
Е-е, це означає, що треба розуміти взаємодію між різними типами пристроїв і їх вплив на роботу всієї системи.
05:03
Speaker A
Тобто важливе питання — це правильний вибір. Вибір правильного типу пристрою. Кожен інженер має поставити собі питання, який тип датчика або тип кінцевого пристрою найкраще підходить для розв'язання даної конкретної задачі.
05:23
Speaker A
При цьому необхідно враховувати цілу низку факторів, зокрема вартість обладнання, функціональні можливості відповідних пристроїв, їх габарити, конструктивні особливості, їх надійність, тривалість їх безперервної роботи, ну і точність вимірювань. Також, е-е, ще одним важливим аспектом є енергоспоживання периферійних пристроїв.
05:48
Speaker A
Ми також про це поговоримо. У багатьох джерелах з інтернету речей це питання розглядається недостатньо детально, а саме воно визначає ефективність і довговічність усієї системи.
06:01
Speaker A
Е-е, більшість датчиків працює автономно, іноді впродовж років, тому необхідно враховувати їх споживану потужність. Ну, для того, щоб так було. Тип джерела живлення, можливість використання альтернативних джерел енергії і способи накопичення енергії.
06:20
Speaker A
Е-е, тобто під час розробки пристроїв і систем ми приділяємо увагу не лише датчикам, а також і системам генерації та збереження енергії.
06:32
Speaker A
Е-е, поговоримо про сенсорні пристрої різного типу, про системи генерації енергії, про системи накопичення енергії, необхідні для стабільного функціонування мереж, тому що все це, по суті, лежить в основі сучасних рішень інтернету речей.
06:51
Speaker A
Так, ну і першими типами датчиків, які ми розглянемо, якраз будуть температурні датчики. Е-е, це, скажімо так, вхідні пристрої для того, щоб вимірювати температуру навколишнього середовища. Е-е, датчики з вимірювання температури бувають різних типів, бувають різної складності.
07:23
Speaker A
Е-е, значить, це досить розповсюджений варіант. Е-е, застосовуються вони досить широко, е-е, в тому числі і в складських системах, там, де треба певний температурний режим забезпечувати, е-е, охолоджувачах промислового обладнання, в тому числі.
07:53
Speaker A
Ну і одним з найбільш популярних пристроїв для вимірювання температури є термопара. Термопара — це пристрій для виміру температури, якому не є необхідним джерело живлення. Воно само генерує сигнал невеличкої амплітуди, зазвичай на рівні мікровольтів.
08:22
Speaker A
По суті, це два провідники, що виготовлені з двох різних матеріалів і з'єднані між собою в точці виміру температури.
08:33
Speaker A
Тобто ось у нас є один метал, інший метал. Ці два провідники з'єднані ось в цій точці. І на металевому електроді в залежності від температури виникає електричний потенціал. Ми цей потенціал вимірюємо.
08:52
Speaker A
Е-е, і по цій різниці дізнаємося про температуру. Різниця ця залежить від того, з яких металів ми зробили ці два провідники.
09:04
Speaker A
Е-е, це взагалі називається ефект Зебека. Електрорушійний ефект Зебека. Сутність ефекту цього складає в тому, що різність потенціалів між двома різними металами знаходиться в нелінійній залежності від їх температури.
09:20
Speaker A
Ну і величина напруги при цьому залежить від властивостей обраного металу. Далі важливо при цьому, щоб кінці дротів цих різнометалевих були термічно ізольовані від системи.
09:35
Speaker A
Е-е, тут у нас є схемка, як це працює. Е-е, ну і для того, щоб підвищити точність вимірів цієї різниці потенціалів, застосовується так званий метод компенсації. Різним температурам відповідають різні рівні напруги, а залежність між температурою і напругою є
10:05
Speaker A
нелінійною. Таким чином, для переведення е-е виміряної різниці потенціалів у температуру використовується довідкова таблиця або ось такі діаграмки.
10:21
Speaker A
Ну, треба сказати, що термопари використовуються при виконанні не сильно відповідальних вимірювань, тому що при різних умовах, да, е-е, показання різних термопар можуть дещо різнитися.
10:43
Speaker A
Ви можете взяти дві термопари і в одних тих самих умовах вони показуватимуть дещо різні результати. Ну, це е-е викликано тим, що різні домішки, що входять у склад вимірювальних електродів, вони, ну, досить складно точно відміряти їх об'єм і розповсюдження. І це може призводити до деяких невідповідностей до довідкових таблиць. В принципі, іноді зустрічаються термопари прецизійні, які дуже точно виготовлені, але вони, як правило, дорого коштують. І взагалі їх перевагою є те, що вони прості і недорогі.
11:08
Speaker A
Да. А да, а тут цей ефект він якраз е-е нівелюється у прецизійних термопарах. Е-е, далі ще один момент — це старіння.
11:34
Speaker A
Тобто термопара з часом може, значить, змінюватися, тобто змінюються характеристики матеріалів внаслідок процесів, що відбуваються в самому металі, на поверхнях. І тому з часом ті самі умови будуть давати вже дещо інші значення. Точність погіршується, тому рішення мають
11:46
Speaker A
враховувати ці зміни, які відбуваються з датчиками в процесі їх експлуатації. Е-е, перевагою термопар є те, що вони працюють в широкому діапазоні температур.
12:16
Speaker A
Е-е, в промисловому виконанні для різних комбінацій металів прийняті різні кольорові та літерні маркування, що вказують тип термопари.
12:29
Speaker A
Подібні датчики використовуються в промислових, в високо...
12:42
Speaker A
Подібні датчики використовуються в промислових, в високотемпературних середовищах і при проведенні вимірювань в місцях. віддалених від оператора.
12:55
Speaker A
Значить, ну, а на цьому графіку ми бачимо залежність електрорущійної сили в залежності від температури для різних типів термопар. Тут е-е в залежності від того, з яких металів вони зроблені.
13:12
Speaker A
Далі температурні датчики опору, а і терморезистори. Значить, це в нас також датчики температури і іноді їх називають RTD Resistance Temperat detectors.
13:35
Speaker A
Працюють вони в більш вузькому діапазоні температур, аніж термопари. Хоча цей діапазон, ну, він може бути достатнім для нас, ее, ну, скажімо так, нижче 500-600° заце. Ось в такому діапазоні працюють терморезистори, але точність вимірювань їх, як правило, вища, аніж у термопар.
14:00
Speaker A
Виготовляються вони з тонкого дроту. Е-е, часто це сплатена цей дріт виконується. Він так щільно намотується на керамічний або скляний сердечник.
14:16
Speaker A
І електричний опір такої конструкції є пропорційним її температурі. Ее в основі вимірювань таким чином лежить виміре вимір опору.
14:30
Speaker A
І для роботи з таким датчиком необхідний зовнішнє джерело живлення. Вихідний струм, як правило, на рівні 1 мА такого джерела.
14:42
Speaker A
Е, такі датчики виготовляються по промислових стандартах, в яких задається допустимий діапазон вимірювань і крок вимірювань.
14:52
Speaker A
Е, ну, типове значення, це, наприклад, 2000 Ома награце C. Діапазон вимірювань може лежати, ну, наприклад, від нуля до 200°, до 100° C в залежності від того, що це за датчик, як він там зроблений.
15:11
Speaker A
Е-е, важливо, що в цьому діапазоні, який врахований, який вказаний в документації, ее залежність опору від температури ее якраз переважно лінійна.
15:28
Speaker A
У відповідності зі стандартами температурні датчики опору випускаються або в двох, або в трьох, або в чотирьохдротовому виконанні.
15:39
Speaker A
Ее чотиридротові, ее моделі використовуються в системах високоточного калібрування. Для збільшення роздільності вимірювань і точності такі датчики використовуються мостових схемах. При цьому показники лініаризуються програмно. Тобто ми можемо декілька датчиків поєднати і далі електричною схемою їх там е-е усереднити значення.
16:09
Speaker A
Як ми сказали, терморезистори використовуються десь в діапазоні до максимум 600°. е, що в промисловості, наприклад, вже обмежує їх, е-е, використання при більших температурах. Справа в тому, що платина, з якою зроблений цей дріт, вона може забруднюватися і це може
16:30
Speaker A
призводити до помилкових показань. Е-е, термістори ще один варіант датчиків температури опору. В них також, е-е, електричний опір залежить від температури. забезпечують ще більш високу точність, аніж терморезистори класичні.
16:52
Speaker A
Тобто термістори по суті є терморезисторами, але з нелінійною залежністю опору від температури. Часто термістори використовують в якості згладжующих фільтрів для обмеження стрибків струму. Ну, а також в тих випадках, коли необхідний великий степінь роздільності вимірів в більш вузькому діапазоні температур.
17:14
Speaker A
Розрізняють два типи термісторів, так звані NTC, м, опір яких зменшується при підвищенні температури, і PTC, опір яких збільшується з підвищенням температури.
17:27
Speaker A
Е, основною відмінністю від терморезисторів класичних є в тому, що термістори виготовляються з кераміки або полімерів, тоді як основою терморезисторів завжди є метал.
17:41
Speaker A
Дехто вважає, що терморезистори - це загальна назва для ось цих металевих і неметалевих датчиків. Хтось вважає, що терморозистори - це металеві, а термістори - це ось такі керамічні.
17:57
Speaker A
Термістори знаходять широке використання в медичному обладнанні, в науковому обладнанні, в харчовій промисловості, до речі, е, в інкубаторах, наприклад. Ну і, в принципі, в побутових приладах, таких як термостати, також термістори використовуються.
18:16
Speaker A
Ось ми можемо їх порівняти по споживчим характеристикам. Е бачимо що м значить термопара швидко реагує, тобто при зміні температури вже через мікросекунди в нас актуальне значення температури. Широкий діапазон від -180 до 2 майже 1500°Це.
18:45
Speaker A
Ну, а що стосується розмірів, то вони відносно великого розміру і точність невелика. терморезистори більш вузький діапазон, час реакції більш повільний до секунд.
18:58
Speaker A
Через секунду лише ми отримаємо актуальне значення. Розміри вже відносно невеликі, десь приблизно 5 мм в середньому датчик, розмір і точність середня, якщо їх порівнювати ось так. А термістори найбільшу точність при невеликих розмірах і відносно повільному часі реакції і ще більш вузькому ді
19:20
Speaker A
температурному діапазоні. Тобто в залежності від того, що вам треба, наскільки вам треба швидко реагувати, наскільки ви обмежені по розмірах для вашого пристрою і в принципі по вартості. Також треба в залежності від цього вибирати підходящий датчик. Їх дуже багато
19:39
Speaker A
моделей. Е-е, постійно ці моделі вдосконалюються, точність їх підвищується. Ну добре, значить, е-е йдемо далі.
19:53
Speaker A
Так, далі в нас ідуть датчики хола. Е-е, значить, що це за датчики такі? Е-е, по суті, датчик хола представляє собою м-м, таку смужку металеву.
20:10
Speaker A
Через цю смужку пропускається електричний струм. Тобто тут під'єднуються м дроти з різницею потенціалів, е-е формується потік заряджених е-е частинок, але е при цьому м оскільки вони проходять через магнітне поле, то їх рух він відхиляється від е-е прямолінійного руху. І таким чином буде виникати
20:41
Speaker A
різниця потенціалів вже на боках цієї смужки. Ми вимірюємо цю різницю потенціалів. І таким чином м ее значить можемо значить отримати отримати е-е наприклад інформацію про те, як орієнтована ця смужка е-е відносно зовнішнього поля, в якому знаходиться. Тобто, якщо в нас є поле
21:10
Speaker A
електричне, то в різних положеннях різниця потенціалів на кінцях цієї смужки, на боках, да, вона буде різна.
21:17
Speaker A
Таким чином, цей датчик можна використовувати як датчик орієнтації, датчик положення, е, якогось приладу, до якого він прикріплений.
21:27
Speaker A
Е-е, з іншого боку, якщо в нас положення і поле фіксовані, то ми можемо струм вимірювати. Тобто в залежності від сили струму різниця потенціалів також буде змінюватися. Тобто цей ефект, він використовується, в принципі, один і той самий ефект для е-е вимірювань різного
21:47
Speaker A
різних параметрів. Е-е застосовується, як ми сказали, в датчиках струму, при цьому, е, як для виміру змінного струму, так і для постійного.
22:01
Speaker A
Існують датчики з розімкнутим контуром, замкнутим контуром, останні більш дорогі і їх частіше використовують в схемах з живленням від батареї.
22:14
Speaker A
Ее також, значить, типовий приклад використання - це датчики положення. Е, це магнітометри. Тут якраз в залежності від того, в якому полі знаходиться, да, тобто силу магнітного поля можемо вимірювати.
22:29
Speaker A
До речі, датчики хола також використовуються в перемикачах високонадійних, в вказівниках рівня води, в промислових датчиках для виміру швидкості обертання різних вузлів і механізмів. Ее ось кріпиться така штука на якусь там вісь, на вал і в залежності від швидкості обертання будуть, значить,
22:55
Speaker A
показувати різні значення. В принципі, вони вважаються недорогими у виготовленні, невимогливими до вимоги експлуатації і можуть працювати в різних умовах, навіть в суворих умовах.
23:10
Speaker A
Ось такий ефект і ось така сфера застосування. Е-е далі фотоелектричні датчики. От електричні датчики використовуються для того, щоб реєструвати освітлення. Е, або сам факт того, чи знаходиться цей датчик під світлом, або для виміру інтенсивності світла, що на нього падає. Це активно
23:39
Speaker A
використовується в багатьох пристроях інтернету речей, е, в системах безпеки, в інтелектуальних комутаторах, в системах управління освітленням і так далі.
23:52
Speaker A
Існує два типи таких датчиків: фоторезистори і фотодіоди. Фоторезистор змінює опір в залежності від інтенсивності світла, що на нього падає.
24:05
Speaker A
Фотодіод ее перетворює світло в електричний струм. Фоторезистори виготовляються з напівпровідників з високим опором. І цей опір зменшується при збільшенні інтенсивності освітлення.
24:23
Speaker A
У темряві опір фоторезистора досить високий на рівні мегаом. Фотони, що поглинаються напівпровідником, переводять електрони в зону проводимості і тим самим збільшується проводимість матеріалу.
24:40
Speaker A
Фоторезистори є чутливими до довжини хвилі світла, тому тут також це враховується. Тобто існує багато їх типів і модифікацій.
24:53
Speaker A
Ее зі свого боку фотодіоди є повноцінними напівпровідниковими приладами з піnн переходом. Вони реагують на світло і створюють електронно-діркову пару. потік дірок, що рухається до аноду і потік електронів, що рухаються до катоду, створює електричний струм. На так, на такому
25:14
Speaker A
принципі працюють, наприклад, сонячні батареї. Тобто вони не просто вимірюють, да, а вони можуть генерувати електричний струм під впливом сонячного світла.
25:30
Speaker A
Якщо на фотодіод подати зворотну напругу, можна регулювати його чутливість або час відгуку. Ми тут бачимо табличку, яка порівнює їх споживчі характеристики. У фоторезистора світлочутливість досить низька, у фотодіода висока.
25:50
Speaker A
Фоторезистор є пасивним пристроєм, фотодіод активним, тобто потребує зовнішнього ее живлення. Чутливість у фоторезистора висока, у фотодіода низька до температури. І час реакції на зміну освітленості у фоторезистора тривалий, у фотодіода короткий.
26:15
Speaker A
Так, ну це прості датчики, які вимірюють якийсь параметр, да? От ми з вами розглянули деякі з них.
26:26
Speaker A
Досить популярний тип датчика, що використовується в в інтернеті речей - це ее датчики руху. Значить, е-е піроелектричний інфрачервоний датчик скорочено пір.
26:40
Speaker A
Піроелектрик інфраред. Е, значить, ці датчики використовуються для того, щоб спостерігати рух теплих об'єктів в зоні свого охоплення, скажімо так. Ее, він, е, в складі своєму має два слоти з матеріалом, що реагує на інфрачервоне ви випромінення.
27:05
Speaker A
Інфрачервоне випромінення - це тепло, по суті. Ее, значить, а тут в нас стоїть лінза.
27:14
Speaker A
Часто це лінза френеля, так звана, для того, щоб зменшити її вагу. Е-е, і вона фокусує, тобто завдяки цій лінзі і формується якраз зона а-а відстеження, відстеження руху. Тобто у вигляді такої розкриваючоїся арх арки ця зона виглядає, коли тепле тіло входить або
27:40
Speaker A
виходить ее із зони, значить, то чутливі елементи формують електричний сигнал. Використовуються кристалічні матеріали, які генерують електричний струм під впливом інфрачервоного випромінення.
27:59
Speaker A
Загалом вся ця штука формує польовий транзистор, який фіксує е зміну струму і генерує сигнал, що передається на підсилювач і далі на вихід.
28:18
Speaker A
Такі датчики добре працюють в діапазоні хвиль від 8ми до 14 мкрометрів, що якраз характерно для а випромінень людського тіла, ну і в принципі інших тіл з подібною температурою.
28:36
Speaker A
Так. Е-е, значить, треба сказати, що, м, що, е-е, ці датчики, вони якраз при русі, е, працюють. Е-е, тобто просто інфрачервоне випромінення без, е, руху, воно не буде генерувати сигнал. Якщо в зоні знаходиться тепле тіло, то е-е не буде ось цієї різниці потенціалів.
29:08
Speaker A
Тобто е-е датчик буде вважати, що це тепле тіло є частиною фону. А а от якщо воно буде рухатися, тоді зміна зміна значень на різних фрагментах цього датчика, вона буде якраз свідчити про те, що щось відбувається. Тобто це класичні датчики саме руху, а не е-е
29:32
Speaker A
наявності теплого тіла в зоні. Значить, е-е ну і час реакції. Час реакції вказує, через який проміжок часу буде ее надісланий сигнал після того, як ми е значить, як це називається?
29:53
Speaker A
Побачили да побачили рух на зоні, в зоні. Значить, чим менше час реакції, тим більше м подій може бути зафіксовано, але при цьому збільшується е-е, скажімо так, ей іймовірність того, що ми будемо реагувати на все. Ну, це як налаштувати сигналізацію на автомобілі,
30:15
Speaker A
да? Можемо чутливо налаштувати, тоді там птах сяде на вашу машину, вона буде сигналізацію вмикати. Можна налаштувати більш жорстко. Так. І тут, значить, в якому масиві, да, наскільки масивним має бути тіло тепле, щоб цей датчик зреагував. Це, в принципі, деяких
30:34
Speaker A
датчиках можна регулювати. Так. Ну, далі, е, досі ми розглядали пасивні датчики, які просто реагують на зміни навколишнього середовища.
30:50
Speaker A
є активні датчики, які передбачають таке активне зондування, тобто посилають сигнал і далі аналізують відбитий цей сигнал.
31:03
Speaker A
Тобто активні датчики, вони мають передавач і приймач. Передавач передає вихідний сигнал, потім він від об'єкта відбивається і далі приймач генерує зворотний сигнал відбитий. Ну і, наприклад, ми по різниці часу, який від момента генерації до момента прийому сигналу, можемо про дистанцію судити, то
31:30
Speaker A
датчик відстані. Ее, значить, такі датчики дозволяють взагалі отримувати інформацію про навколишнє середовище не лише якісно, тобто зафіксувати на, наприклад, наявність руху, але кількісно, наприклад, за, ну, виміряти дистанцію або виміряти швидкість руху. Ця галузь досить обширна для, ну, активних
31:58
Speaker A
датчиків, тому, як варіант, ми розглянемо лідар. датчики. Тобто це це основа для активних зондуючих систем.
32:04
Speaker A
основа для активних зондуючих систем. Значить, це розшифровується як light Значить, це розшифровується як light detecting and raging. Е, значить, тобто, detecting and raging. Ее, значить, тобто, значить, light detecting and значить, light detecting and ring.
32:15
Speaker A
ring. Датчики світлового Датчики світлового виявлення і вимірювання. датчики. Тобто виявлення і вимірювання. Значить, цей тип датчика вимірює відстань до цілі через ось такий принцип, через ее вимір відбитих е від об'єкта лазерних імпульсів.
32:37
Speaker A
Е значить, пір датчик може виявляти лише рух в зоні свого діапазону, а лідар здатен вимірювати при цьому кількісні характеристики цього руху.
32:49
Speaker A
Самі по собі такі датчики були винайдені давно, ще в 60-х роках XX століття. Ну, поступово їх використання розширювалося і в даний час широко вони використовуються в багатьох системах і в сільському господарстві, і в автоматизованих транспортних засобах.
33:12
Speaker A
ті самі машини з автопілотом, з автоуправлінням, в робототехніці, при системах дослідження навколишнього середовища використовується в іграх комп'ютерних ігрові девайси можуть оснащатися такими датчиками.
33:34
Speaker A
можуть використовуватися для об'єктів різного типу, аналізувати об'єкти різного типу, аналізувати гази, атмосферу, хмарні утворення і композиції, там метеорологічні наприклад дослідження можна проводити. Е, можна швидкість ее ру рухаючихся об'єктів вимірювати. Тобто це активна сенсорна технологія.
34:02
Speaker A
Побудована вона на основі лазера. От, тобто, коли лазерний промінь падає на об'єкт, якась частина його відбивається і повертається обратно до до датчика.
34:18
Speaker A
Довжина хвилі лазера, як правило, десь від 600 до 1000 нанометрів. Такі лазери є відносно недорогими. потужність їх обмежується по, скажімо так, по питаннях безпеки, тому що в іншому випадку, якщо ми подивимося на такий промінь, то можемо пошкодити наші очі.
34:43
Speaker A
Деякі датчики працюють в діапазоні 10000-1550 нм. Ця довжина хвилі вже не м сприймається людським оком. Це робить їх без, ну, скажімо так, безпечними навіть при високій інтенсивності. Може ви, е, помічали, наприклад, що миші комп'ютерні, да, от є з червоним
35:06
Speaker A
проміним, а є такі, що не випромінюють нічого. Ось це це нагадує нам таку систему.
35:12
Speaker A
Там лазер в невидимому діапазоні працює. Самі по собі лідар системи можуть сканувати великі простори, можуть навіть працювати зі супутників, тому що лазер, він дуже добре фокусується, лазерний промінь. Частота ее лазерних імпульсів може сягати 150 000 на секунду. Е, 150
35:37
Speaker A
000 імпульсів, тобто 150 кГц частота. Ну і є там масив фотодіодів, який фіксує їх від відбивання.
35:50
Speaker A
Іноді проходження цих імпульсів лазерних регулюється системою дзеркал. Тобто ми за допомогою системи дзеркал можемо навіть формувати тривимірне зображення оточуючого наш середовище.
36:12
Speaker A
Також це використовується в GPS системах. Є інші датчики, що працюють по схожому принципу. Наприклад, ультрахвильові. Тобто, якщо лідар - це лазер, то ультрахвильовий датчик, він з випроміненням таким звукового, ультразвукового діапазону працює.
36:47
Speaker A
Так. Ну добре. Значить, що таке? Значить, е, - це мікроелектромеханічні системи. Вони також лежать в основі деяких датчиків, зокрема в акселерометрах.
37:07
Speaker A
Ее промислове виробництво мікроелектромеханічних систем почалося також десь е в 80-х роках XX століття, хоча дослідження йшли і раніше.
37:21
Speaker A
По суті, вони представляють собою мініатюрні механічні структури, які об'єднані з електронним блоком управління. Розмір таких датчиків, е, це десь десятки мікрометрів, десятки, ну, там, ну, сотні. Тобто це долі міліметра розміри.
37:42
Speaker A
На відміну від інших датчиків, які ми розглядали, механічні структури з датчиків мем можуть обертатися розтягуватися згинатися змінювати форму. І це викликає зміну електричного сигналу. Е, сигнал, який отриманий від конкретного датчика, фіксується, вимірюється. І таким чином ми можемо судити, наприклад, про рух.
38:09
Speaker A
про рух, про швидкість і про прискорення руху цього цього пристрою, цього об'єкту, на якому знаходиться датчик.
38:19
Speaker A
Виготовляється мемздат дадатчик подібно до виготовлення напівпровідникових приладів, коли на кристал кремнія наноситься багатошарова маска, е, там операції літографії, осаду, травлення. Ну і формується матриця, матриця ось цих мікролектромеханічних систем, яка доповнюється іншими елементами, там операційними підсилювачами аналого-цифровими перетворювачами і іншими допоміжними
38:53
Speaker A
схемами. Е-е, ну, звісно, що порівняно з, е-е, мікросхемами розміри їх значно більші. Ее тому виготовлення мемсистем, ее, як правило, здійснюється пошарово, тобто декілька шарів, які утворюють таку собі тривимірну структуру, пристрій з тривимірною структурою.
39:20
Speaker A
Е-е окрім окрім застосування в сенсорних системах, мікроелектромеханічні системи застосовуються, наприклад, у струйному друку, в струйних принтерах.
39:35
Speaker A
в проекторах сучасних такі є цифрові світопропускаючі екрани DLP digital процесор. Ее, ну, взагалі ось використання мікроелектромеханічних систем в системах інтернету речей дозволяє значно збільшити їх кількість, тому що вони якраз маленького розміру.
39:59
Speaker A
Ну і, як ми сказали, це часто використовується в акселерометрах і гіроскопах. Акселерометри вимірюють, ее, значить, прискорення, да, Гіроскопи вимірюють е орієнтацію в пространстві, в просторі.
40:16
Speaker A
Це широко використовується в різних мобільних пристроях, в в різних пристроях, значить, в дронах, в ракетах, в мобільних гаджетах для позиціонування і відстеження руху, в шагомірах, фітнес-трекерах браслетах.
40:34
Speaker A
Усі ці пристрої використовують п'єзоелектричний елемент, на якому у відповідь на рух виникає електрорушійна сила. Тобто у нас є така рухома пластина, рухлива, да, тобто масивна пластина, коли об'єкт починає рухатися.
40:50
Speaker A
Ну, як варіант, тут вона на пружинках висить, да? Тут в нас є коефіцієнт пружності. В залежності від того, коли вона там порухалася, відбувається генерація електрошійної сили. І ми вимірюємо цю величину. І таким чином, ну, можемо коефіцієнт пружності вимірювати.
41:11
Speaker A
Так, значить, в принципі, можемо так підвисити, підвісити цю рухливу масивну пластину, щоб у трьох напрямках, щоб можна було в будь-якому напрямку прискорення вимірювати.
41:24
Speaker A
А, ну і що стосується ее гіроскопів, то їх принцип дії пов'язаний з ефектом коріоліса для обертаючоїся системи відліку.
41:38
Speaker A
Наприклад значить е ну, скажімо так, тобто сам по собі гіроскоп представляє собою розігнану таку е центральну системку, там центральний об'єкт е-е який розкручений до великихвеликих великих швидкостей. І він висить під підвішений так, щоб можна було крутити загальний цей
42:06
Speaker A
пристрій, а об'єкт всередині буде знаходитися в одному і тому самому положенні. І таким чином ми, е, знаючи, ее, в якому положенні він знаходиться відносно зовнішнього пристрою, знаємо, як орієнтований зовнішній пристрій. Ось так.
42:25
Speaker A
Так. Ну, ось тут в нас є ще така діаграмка, яка показує, що акселерометри бувають, знов таки на різних технологіях зроблені. Там п'єзоплівкові, поверхневі інтегральні ємнісні інтегральні, об'ємні і п'єзолектричні, електромеханічні. Значить, тут приблизно як зростає точність і як зростає ціна
42:49
Speaker A
таких датчиків. Також мікроелектромеханічні пристрої можуть використовуватися для фіксації звуку і вібрації. Тобто це називається мемкрофони.
43:05
Speaker A
Так. Ага. Це в нас приклад того, як побудований гіроскоп. Ось, да, у нас ось у нас тут всередині є ротор. Він є прикріплений до осі. Ця вісь до диску, цей диск до іншого диску, а цей диск до третього диску. І таким чином вони
43:20
Speaker A
можуть рухатися, обертатися один навколо іншого. Ми можемо цю всю штуку крутити, а ротор буде крутитися ось ця паличка, да, на вісь, на якій він стоїть, вона буде стирчати в одному положенні, да, це будова механічного гіроскопу. Є лазерні гіроскопи. І ось як це все
43:38
Speaker A
виглядає у промисловому виконанні. Тобто на цьому принципі ось, наприклад, е побудовані в тому числі датчики положення в ракетах. Коли ракета летить, вона змінює свою орієнтацію, а гіроскоп, він постійно орієнтований одним способом. І ми можемо, якщо це ракета з
44:01
Speaker A
ручним управлінням, там якось налагоджувати або там автономне управління, різні варіанти. Ее, якщо це механічний гіроскоп, то він розкручується до таких швидкостей, що потім вони крутяться роками. Не втручають, ніхто не втручається в цей процес. Вони повністю ізольовані ці пристрої. І там ракета через 40 років
44:24
Speaker A
списується, а гіроскоп там продовжує крутитися. Да. Значить, що стосується мемкрофонів, м сказали, що вони використовуються для фіксації звуку або вібрації. Е-е подібні вони по суті по своїй будові до акселерометрів.
44:48
Speaker A
Ее при розгортанні системи інтернету речей іноді виникає така необхідність дізнатися про параметри звуку і про параметри вібрації навколишнього середовища. В промисловості це актуально в системах профілактичного і прогностичного обслуговування, в хімічній промисловості.
45:11
Speaker A
Ну і для контролю за справністю, несправністю, безпечністю такого обладнання також. Такому типу датчиків є необхідним аналого-цифровий перетворювач з досить високою частотою дискретизації і підсилювач вихідного сигналу. Ее тому що ее імпеданс мем мікрофона може складати декілька сотень ом, що е-е пред'являє особливі
45:41
Speaker A
вимоги до підсилювача. Значить, мікрофони MMS можуть бути аналоговими, можуть бути цифровими. Якщо аналоговий, то він підключається до джерела постійного струму і аналого-цифрового перетворювача. А якщо цифровий, то він має вбудоване АЦП, е безпосередньо, скажімо так, ее на детекторі звуку. І це є перевагою при
46:04
Speaker A
наявності поміг від пристроїв, наприклад від мобільних телефонів, Wi-Fi пристроїв, які здійснюють свій вплив на роботу аналого-цифрових перетворювачів.
46:23
Speaker A
Ну, якщо, е, поринути у фізику, то там для передачі вихідного сигналу використовуються різні типи модуляції.
46:32
Speaker A
може використовуватися модуляція щільності імпульсів, там puls density modulated pdm, да, може використовуватися модуляція I2S.
46:43
Speaker A
Значить, PDM представляє собою протокол з високою частотою дискретизації і двома каналами прийому передачі лівий і правий. І прийом передача відбувається, значить, для сигнала по своїй лінії, для такктової частоти по своїй лінії.
47:02
Speaker A
Ее приймання, передача сигналу в лівий і правий канали розділена в часі у відповідності до тактового сигналу. Що стосується протоколу I2S, то він не має високої частоти дискретизації, але при передаванні сигналу звукової частоти, як ми знаємо, десь герци, кілогерци, він працює, в принципі, з
47:26
Speaker A
належним рівнем якості. також дозволяє передавати і приймати сигнали по двох каналах. Обходиться зовсім без аналого цифрового перетворювача, тому що вибірка може відбуватися безпосередньо в мікрофоні. І в принципі ось якраз в мікрофонах це і застосовується, коли вам треба звук
47:48
Speaker A
реєструвати і передавати, да? Ну і датчики тиску. Значить, мікроелектромеханічні системи також застосовуються широко для ее створення датчиків тиску або, як їх називають, тензодат датчиками. Тензодатчиками тиску. Е дозволяють контролювати ее тиск в різних умовах, в різних системах і в
48:16
Speaker A
промисловості, і в розумних містах, і так далі. зокрема можуть використовуватися для виміру тиску різних рідин, газів. В основі лежить п'єзоелектричний елемент, до якого доступ надається через невеличку таку діафрагму, такий отвір.
48:38
Speaker A
Е-е, значить, сама, значить, підкладка є гнучкою, і це дозволя дозволяє п'єзолементу під впливом зовнішнім е-е згинатися, а при цьому змінюється електричний опір. Тобто ось у нас є п'єзокристал, ось є вхідний отвір, сюди потрапляє газ. Він натискає ось на цю
49:03
Speaker A
підложку. І таким чином тут ее п'єзокристал, значить, знаходиться під тиском. І в залежності від цього тиску змінюється опір. Ось це будова, приблизна будова ось такого датчика. Е, до речі, принцип дії таких датчиків, він схожий на принцип дії інших датчиків.
49:27
Speaker A
Є струм зовнішнього джерела живлення. Вимірюється він через так званий міст Уідстана. Е-е, є різні схемні модифікації цього моста.
49:41
Speaker A
Він змінює, вимірює зміну потенціалу у ланцюгу, коли ця п'єзоелектрична під підкладинка згинається і змінює свій опір. І таким чином ми е знаємо про тиск. Тобто всі тензодат датчики, зокрема у вагах використовуються. Ось у вас є ваги, вони стають на ніжки і в
50:05
Speaker A
кожній ніжці стоїть такий датчик. він вимірює вагу, а потім все це усреднюється і знаємо скільки там людина важить, наприклад, ну або не людина, або автомобіль там, або вагон, в залежності від того, що це за ваги.
50:22
Speaker A
Так. Ну добре. Значить, ми поговорили про датчики. Звісно, що їх багато. І крім принципів, які ми, е, розглянули, а це неповний, звісно, що перелік принципів, е, дуже-дуже багато конкретних моделей.
50:38
Speaker A
Тобто, коли ми вибираємо датчик для тієї або іншої потреби, то нам треба визначитися з, по-перше, діапазоном, по-друге, з точністю вимірювань і, по-третє, з умовами вимірювань. Тобто, в яких умовах цей датчик може функціонувати, чи може він функціонувати у вологому середовищі? чи може він
50:59
Speaker A
функціонувати під прямим сонячним освітленням, чи ні, чи треба його якось загородити. А на вітру як він буде діяти? Тобто взагалі, коли ми розробляємо систему інтернету речей, дуже важливо дбати про умови ее використання обладнання і датчиків в тому числі,
51:21
Speaker A
да? Ну, до далі, значить, перейдемо до кінцевих точок, до кінцевих пристроїв. Ее датчики, які ми розглянули, вони досить прості, в принципі, по своїй будові, по своїй суті роботи. Вони по своїй логіці роботи просто повертають інформацію. Це може бути або в цифровій, або в
51:42
Speaker A
аналоговій формі. Е, ну і звісно, що ця інформація потім якось обробляється, тобто вона вимагає того, щоб її зафіксували, цю інформацію і далі щось там з нею зробили.
51:54
Speaker A
Тобто їх задача дуже проста. Ну і варто сказати, що значить, якщо це аналоговий датчик, то треба передбачити наявність аналого цифрового перетворювачу, що потім ми могли обробити цифровим пристроєм, да, там контролером, наприклад. В деяких контролерах вже є вбудоване АЦП, тому це
52:13
Speaker A
спрощує підключення аналогових датчиків. А якщо датчик цифровий, тоді простіше. просто підключаємо до цифрової лінії контролера і далі отримуємо сигнал, який вже далі готовий для обробки подальшої.
52:28
Speaker A
Е, в чому перевага аналогових пристроїв? Тому що вони е-е дозволяють вимірювати процеси. Дуже часто так буває, що цифрові прості датчики, вони просто наявність, наприклад, там е-е або перехід через поріг дозволяють виміряти.
52:43
Speaker A
Ось ви виміряєте, наприклад, освітлення. От коли перетинається певна границя, да, це межа, да, то цей датчик буде спрацьовувати. А аналоговий дачик вам рівень показує. Ось так. Є, звісно, що більш дорогі цифрові датчики, я так, які також показують рівень, але вони, як
53:02
Speaker A
правило, дорожчі за аналогові. Тому тут треба для кожного конкретного випадку, для кожної конкретної задачі підбирати підходящий датчик. ну, дивитися, щоб він був досить е-е розповсюджений, щоб його можна було купити і щоб потім можна було замінити, якщо він вийде з лади.
53:22
Speaker A
А існують пристрої, датчики в системах інтернету речей, які самі вже мають обчислювальну потужність певну і яка дозволяє їм самостійно обробляти дані безпосередньо з сенсорів і приймати рішення. Тобто, коли ми говоримо сенсор, то ми, як правило, маємо на увазі лише
53:42
Speaker A
ось цю частинку, яка передає нам безпосередньо сигнал з системи навколишнього середовища. Датчик він може в собі мати вже якийсь електронну підсистему, яка дані сенсора взяла і далі щось з ними і підготовлені дані вже направила далі.
54:01
Speaker A
Е-е, іноді такі датчики називають інтелектуальними. Тобто наприклад відеокамера да там або система відеоспостереження, її також можна відносити до таких інтелектуальних датчиків. Тобто вони самі генерують значні обсяги інформації і виконують значні обсяги обчислень завдяки вбудованим процесором там цифрових сигналів, завдяки вбудованим
54:29
Speaker A
програмованим логічним інтегральним схемам або користувацьким е схемам інтегральним спеціального призначення, так звані. Ну от давайте розглянемо відеосистему якраз як приклад такого інтелектуального датчика.
54:48
Speaker A
Ее відеосистеми мають значно більш складну будову. Вони вимагають серйозного апаратного забезпечення. Ее оптики вимагають використання і світлочутливих матриць зображення.
55:03
Speaker A
Починаються такі системи з об'єктива. завдяки якому відбувається власне спостереження за відеосигналом навколишнього середовища. Об'єктив забезпечує певну різкість зображення, ее світлочутливість активного елемента.
55:22
Speaker A
В сучасних системах відеоспостереження використовується або чутливий елемент з так званою зарядовим зв'язком, значить, прилад із зарядовим зв'язком ПЗЗ.
55:36
Speaker A
або комплементарні металооксидні напівпровідники кмоп, ну, КМОН. Значить, у ПЗЗ сигнал від датчика до периферійного обладнання передається за допомогою АЦП. І ці датчики створюють зображення з високою роздільною здатністю, малим шумом, хоча й при цьому споживають значну потужність, е, і більш складні у виробництві. Ну,
56:03
Speaker A
акмон системи будують зображення з окремих пікселів. Кожен піксель формується окремим транзистором і вони є більш сприйнятливими до шуму, хоча і більш енергетичноекономними.
56:17
Speaker A
Більшість відеодатчиків, що представлені на ринку сучасному, побудовані якраз по комонтехнології. Як правило, такі датчики вбудовані у кремніму підкладинку і виглядають як двовимірна матриця транзисторів, що розташована такими рядками і стовпцями.
56:35
Speaker A
Ее кожна комірка таки такої матриці складається з трьох фотодіодів для трьох кольорів. Ну так, кольорові кольорові камери, кольорові матриці.
56:47
Speaker A
Ее, ну і кожен фотодіод має власну мікролінзу, яка фокусує випадкові промені певного світла і ослаблює при цьому інші. Звісно, що при про виробництві таких лінз ее складно ее неможливо зробити ідеальне розділення по кольорах. Тому є така штука, як хроматична аберація. Тобто,
57:13
Speaker A
коли різні довжини хвиль е-е переломляються з різною швидкістю і це призводить до розмиття зображення.
57:21
Speaker A
Е-е, ну, також там залежить від того, де знаходяться ці лінзи: на краю, всередині чи у кутах. Значить, в різних точках може виникати спотворення цього зображення.
57:35
Speaker A
Для того, щоб відфільтрувати шуми, нормалізувати зображення, оцифрувати зображення і надати йому форму удобну, зручну для використання, застосовуються спеціальні там схеми, спеціальні процесори відеосигналів. Ця процедура, е, вона йде через декілька етапів.
57:58
Speaker A
Ну от давайте, значить, відмон, да, датчик далі потрапляє сигнал на аналогоцифровий перетворювач. Тут відбувається, до речі, крім перетворення на цифрову форму, ще підсилення одночасне сигналу з датчика.
58:16
Speaker A
Ее якраз зчитується з матриці все це діло, весь цей сигнал. Ее, далі є так званий оптичний затискач, який ее значить, знижує ефекти затемнення, які виникають внаслідок засвітлення окремих пікселів датчика.
58:38
Speaker A
От. Та далі йде компенсатор балансу білого, який імітує хроматичне сприйняття людським оком різних кольорових температур.
58:47
Speaker A
Ну і таким чином маємо більш нейтральні тона. з використанням спеціальних там матриць здійснюється. Далі йде блок корекції мертвих пікселів, е, який визначає пікселі, що вийшли з ладу, і компенсує їх втрату з використанням інтерполяції. Тобто, якщо якихсь піксель не реагує раптом в
59:10
Speaker A
матриці, значить, треба його замістити середніми ее сусідніх пікселів. Далі йде розфарбовування, тобто процес, який збирає скажімо так, надає монохромному зображенню кольори.
59:28
Speaker A
Причому насиченість зеленого кольору визначається як функція від рівнів червоного і синього. Ну і при цьому може застосовуватися різні варіанти розгортки для підвищення різкості.
59:47
Speaker A
для підвищення різкості і виявлення контурів зображень. Значить, використовуються спеціальні алгоритми, які можуть бути досить складними.
59:57
Speaker A
І таким чином іде ось збір мозаїчного зображення. От. Ну, далі йде зниження шуму. Всі датчики створюють шум, який пов'язаний, може бути пов'язаний з нерівномірністю чутливості, наприклад, пікселів. е-е на рівніх транзисторів, з утічками фотодіодів може бути пов'язаний.
60:21
Speaker A
Внаслідок таких шумів окремі області нашого зображення будуть темними. Існують інші різні види шуму. І на цьому етапі видаляються білий шум, видаляється когерентний шум за допомогою введення спеціального проміжного фільтру. Як правило, це масив такий 3х3 для всіх пікселів іде.
60:45
Speaker A
Е, ну, іноді в якості альтернативи використовується фільтр п'ятен, де спектл filter. Він вимагає сортування пікселів. Е, ну і також інші методи.
60:59
Speaker A
Тобто всі ці методи обробляють усі пікселі по всій матриці в цілому. Далі йде підвищення різкості. Тобто спочатку відбувається розмиття зображення з використанням матричного помноження, а потім іде деталізація по окремих областях, що створює ефект наведення різкості.
61:19
Speaker A
Ну, це такий типовий, це такий типовий алгоритм, як ми в відеосистемі обробляємо зображення. Потім іде перетворення колірного простору 3х3, тобто йде перетворення колірного простору в дані, що відповідають стандарту формату RGB.
61:39
Speaker A
Тобто, якщо тут ми отримали безпосередньо дані з сенсора, то тут вони вже отримають ту форму, яка може бути далі у форматі RGB оброблена через, наприклад гамакорекцію коли м іде компенсація нелінійного освітлення.
61:57
Speaker A
Е-е, тобто така собі, е, значить, освітлення або затемнення, корекція освітлення в результаті гама корекції.
62:07
Speaker A
Ну і перетворення колірного простору 3х3 додаткове, значить може бути через, ну, з формату RGB по формат YCBCR цифровий толір то, тобто йде така собі, ее підготовка і далі колірна субдискретизація.
62:25
Speaker A
Ее це дозволяє нам, е, скажімо так, відділити ее монохромну частину, яка там за градації сірого відповідає, від кольорової компоненти. Значить, колірну компоненту можна зберігати з меншою роздільністю, а монохромну компоненту з більшою роздільністю. Так побудовано людське око, що воно монохромну компоненту з
62:49
Speaker A
більшою різкістю може сприймати, а колірну зменшує. Тому це оптимізує, скажімо так, інформаційний потік, зменшує його при збереженні тої самої якості зображення.
63:02
Speaker A
Е-е, ну і далі йде вже кодування, тобто, наприклад, JPEG кодування. Тобто ми підготовлену таким чином підготовлений масив інформації, що відповідає масиву пікселів зображення, кодуємо для того, щоб просто він займав менше місця.
63:21
Speaker A
Тобто ми тут бачимо, що наскільки складним може бути датчик, який тут обсяг даних взагалі передається і яке обладнання е-е для цього потрібно.
63:33
Speaker A
Значить, звісно, що обсяг даних тут залежить і від роздільності е-е самої камери відеосистеми і від частоти кадрів, з якою ми опитуємо, знімаємо ці дані.
63:50
Speaker A
Так, тобто тут уже при там 30-60 кадрах в секунду при Full HD роздільності там обсяг даних сягає гігабайтів за секунду. Ось з такими обсягами даних доводиться працювати. Ну, а в залежності від того, який в нас там алгоритм кодування, звісно, що все це треба в
64:11
Speaker A
реальному часі встигати кодувати. Так. Да. Значить, є ще такий принцип злиття. Злиття інформації з декількох датчиків.
64:31
Speaker A
Ее до майже усіх сенсорних пристроїв, що застосовуються в інтернеті речей, е, є застосованою ця концепція.
64:41
Speaker A
По суті, злиття датчиків - це процес об'єднання декількох різних інформацій з різних датчиків. в одну в одну інформацію для того, щоб отримати більш компактне представлення про те, що ми що ми взагалі вимірюємо.
65:01
Speaker A
Е-е, значить, ну, більш компактне ска, скажімо так, або більш докладне, тобто в залежності від того, що ми хочемо. Ее ми можемо, ну, замість того, наприклад, щоб, ее, виміряти один раз температуру там в одному місці, да, ми можемо виміряти цю
65:24
Speaker A
температуру в декількох точках і отримати таким чином більш об'єктивну картину щодо температури навколишнього середовища, наприклад, навколо нашого будинку. Припустимо, е-е, один датчик, він не знає, що відбувається. з іншого боку нашого будинку. А якщо ми декілька датчиків використаємо, значить об більш
65:49
Speaker A
об'єктивна картина. Так? Але якщо б ми підключили усі ці датчики окремо, то в нас був би один обсяг інформації. А якщо ми зливаємо інформацію з цих датчиків в одній точці біля нашого будинку і далі її передаємо, то це зменшує обсяг
66:06
Speaker A
інформації, тому що вона попередньо вже оброблена і там відфільтрована, наприклад. можемо зливати інформацію з різних з різнотипних датчиків. Наприклад, одночасно брати інформацію про температуру, про освітленість, про рух і таким чином отримати інформацію, що там що зібралася велика купа людей. Е-е що
66:28
Speaker A
при цьому там сонце яскраво світить і можливо це е свідчить про те, що треба е там циркуляцію повітря, наприклад, збільшити.
66:39
Speaker A
Ну отак. Тобто, коли ми маємо велику кількість даних з великої кількості датчиків, е, то, е, ми можемо це використовувати, об'єднувати ці дані, які корельовані в часі і приймати більш, скажімо так, зважені, ее, більш ее точні, більш підходящі для нас рішення.
67:03
Speaker A
Взагалі, значить, датчики по мірі часу, да, стають дешевшими, стають простішими, стають більш точними. Це збільшує їх загальну кількість і збільшує, звісно, що обсяг даних. Е-е, вони легше інтегруються.
67:21
Speaker A
І взагалі є два принципи, два режими злиття датчиків. Значить, централізований - це коли дані передаються в центральний офіс, а там відбувається їх злиття. Ну, так як це відбувається, наприклад, у хмарних технологіях, да? А децентралізований, коли кореляція даних відбувається
67:39
Speaker A
безпосередньо або в датчику, або поруч з ним. Ну, тобто відбувається, наприклад, за тією або іншою формулою кореляція від декількох датчиків. Ось у нас є там дві сігми.
67:57
Speaker A
і отримаємо корельоване там усередене якесь там значення. Є різні фільтри, які, е, використовуються в різних методах злиття.
68:09
Speaker A
Е-е, звісно, що тема датчиків, вона, е-е, досить широка, і ми тут не всі їх розглянули.
68:19
Speaker A
Там газові аналізатори, датчики вологості, датчики радіоактивного випромінення, датчики диму, ультрахвильові датчики. Але я думаю, що в принципі ми зрозуміли деякі принципи, за якими працюють в принципі датчики і що якими загальними спожившими характеристиками вони характеризуються.
68:44
Speaker A
Для нас важливо, що це такі собі кінцеві точки. які вимірюють якийсь параметр і генерують потік даних відповідний, який йде або на центральний пристрій в нашій мережі, або у хмару.
69:01
Speaker A
Але, е, інтернет речей будується на основі двох спрямованих систем. Тобто, е-е, вхідні дані можуть передаватися в кінцеву точку з хмари або навпаки. Тобто з хмари дані можуть бути направлені іншим абонентам або з хмари нашому пристрою. Тобто треба подивитися
69:27
Speaker A
і на пристрої виведення, е, які сприймають певний сигнал і далі щось з ним роблять.
69:37
Speaker A
Е, ці пристрої бувають дуже різні. Ее тут і світлодіоди, і індикатори, і дисплей, виконавчі механізми, двигуни, промислові клапани, динаміки і так далі, і так далі.
69:53
Speaker A
Е-е, взагалі поняття ее виконуючого, виконавчого механізму, значить, це поняття, коли, значить, є управляючий сигнал і далі він перетворюється на якийсь там на рух, наприклад.
70:07
Speaker A
Тобто в залежності від того, що в нас за система управління, в нас є вимо необхідність в застосуванні ось таких пристроїв виведення.
70:21
Speaker A
Так, значить е-е ну, там, наприклад, промисловий клапан, да? Ви хочете перекрити клапан по сигналу з вашого контролера там або з вашого е-е маршрутизатора чи там з просто з вашого застосунку, наприклад, в смартфоні. Значить, цей сигнал має сформуватися. Це він має передатися
70:45
Speaker A
мережею, він має перетворитися на електричний сигнал і далі якось перетворитися на механічний рух цього хлапану клапау. Ось це робить такий електричний промисловий клапан.
71:00
Speaker A
Значить, сервоприводи. Значить, це коли ми можемо, наприклад, двері зачиняти, вікна зачиняти завдяки е-е таким приладам. Кроковий двигун, значить, він дозволяє обертати, значить, покроково обертати е-е в залежності від того, який сигнал на нього поступив. таким чином орієнтацію того, що тут прикріплено
71:24
Speaker A
міняти, да? Ну, і так далі, і так далі. Тобто різні є варіанти того, чим я можу управляти. Власне, реле, до речі, це також можна сказати, що пристрій виходу, тому що ми можемо за допомогою слабкого управляючого сигналу вмикати або
71:42
Speaker A
вимикати якийсь пристрій. Це також для нас вихідний вихідний пристрій. Ну і є такі функціональні сенсорні модулі, ее які представляють собою вже комбінацію, тобто купу різних датчиків, купу пристроїв. М по суті ми говорили, що набір датчиків ее передбачає, що нам
72:12
Speaker A
треба дані, що ними збираються якось передавати і обробляти. І це вимагає нам додаткового обладнання для цього, для цієї обробки.
72:23
Speaker A
І нам треба тоді відповідно, якщо ми будуємо таку систему, думати, а як це ми будемо обробляти, через який інтерфейс ми будемо підключати. І оскільки такі задачі виникають часто, то, е, придумали ось інженери такі собі функціональні сенсорні модулі. Тобто такий модуль вже
72:43
Speaker A
оснащений купою датчиків. Тут є свій власний контролер, свій е-е, як це називається, модуль зв'язку.
72:53
Speaker A
І ось давайте подивимось, що до нього входить. Тобто ось у нас є датчик світла, ось є висотомір альтиметр, є датчик руху дев'ятиосьовий в різних осях, да? Значить, вологість температура вимірюється, інфрачервона температура вимірюється, значить, рівень звуку вимірюється.
73:16
Speaker A
Далі він оснащений реле для того, щоб щось переключати, світлодіод для того, щоб там засвітлювати якусь індикацію, зумер, щоб звук і двотактову кнопку, щоб там чимось керувати. Все це працює на двох батарейках. міні-пальчик і інтерфейси для з'єднання з системою
73:38
Speaker A
управління. А всередині знаходиться Wi-Fi-модуль, який також підтримує технології Zigb та Bluetooth Low Energy. Вони взаємодіють, цей модуль взаємодіє з іншими датчиками через інтерфейс I2C або через PDM модуляцію, через з мікрофоном з'єднаний. Ось такий функціональний сенсорний модуль, ее, там Texas
74:02
Speaker A
Instrument сенсор CC2650. Це готовий промисловий сенсорний модуль. Е-е, так. Значить, до речі, ось ось його блок схема цього модуля. Тобто, окрім того, що ми тут перерахували, в нього стоїть процесор головний на ядрі ARMCTex.
74:29
Speaker A
Так, в нього є вбудована пам'ять флеш, постійна оперативна, тобто це звичайний контролер. Нагадує нам звичайний універсальний контролер, але він дооснащений ядром, значить, з АЦП, АЦП PL, тобто ще для, як це називається, сигнал, обробка сигналів, процесор для обробки сигналів. Ее і ось
74:56
Speaker A
периферія. Значить, периферійні модулі, перетворювачі струму живлення і різні контролери. Значить ее так да добре.
75:18
Speaker A
Ну, що відбувається між датчиком та контролером? От ми сказали, що тут є датчики і що є контролер. Що відбувається між ними?
75:26
Speaker A
Ми сказали, що там, наприклад, коли розглядали систему відеоспостереження, що інформація від е-е
Topics:Інтернет речейдатчикикінцеві точкитермопараефект Зебекаенергоспоживанняавтономністьтемпературні датчикинадійність датчиківпромислові датчики

Frequently Asked Questions

Що таке кінцеві точки в системах інтернету речей?

Кінцеві точки або end points — це пристрої, які забезпечують взаємодію цифрових систем із реальним світом, збирають і передають дані в IoT системах.

Які основні проблеми можуть виникати з даними датчиків у IoT?

Дані можуть бути ненадійними через втрату зв’язку, шум у передачі, зношування датчиків, механічні пошкодження або електричні перешкоди.

Чому термопари використовуються для вимірювання температури і які їхні особливості?

Термопари прості, недорогі і не потребують джерела живлення, працюють на ефекті Зебека, але мають обмежену точність через вплив домішок і старіння матеріалів.

Get More with the Söz AI App

Transcribe recordings, audio files, and YouTube videos — with AI summaries, speaker detection, and unlimited transcriptions.

Or transcribe another YouTube video here →