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応用組み込み電子工学
book

応用組み込み電子工学

by Jerry Twomey
March 2025
Beginner to intermediate
598 pages
9h 2m
Japanese
O'Reilly Media, Inc.
Content preview from 応用組み込み電子工学

第9章. 周辺機器を感知する

この作品はAIを使って翻訳されている。ご意見、ご感想をお待ちしている:translation-feedback@oreilly.com

センス回路は、実世界のアナログ情報や事象をデジタル・コントロール・ユニット(DCU)処理に適したデジタル・データに変換する。図 9-1は、デジタル制御下でモーターを使用する例を示している。この図は回転モーターだけのセンサーの可能性を示している。アプリケーションやシステムのニーズによっては、モータの状態を判断するために、以下のような複数のセンサを持つことができる:

  • 電源電圧

  • 回転速度

  • 出力トルク

  • 現在

  • 回転相

  • 温度

センサーはシステムの制御と正常性の監視の両方に使用される。

Sensor systems on a motor
図9-1. モーター上のセンサーシステム

これらのモーター性能モニターすべてに適したセンサーが利用できる。

あらゆるものにセンサーを

センサーは、現実世界の物理現象を等価な電気信号で表現するパスである。組込みシステムでは、センサー情報はデジタルデータに変換される。

多くの古い電子システムは、制御システムの一部としてアナログセンサー出力を直接使用していた。現代のシステムは、デジタル制御プロトコルで使用するため、センサー出力を主にデジタル化する。

センサーはさまざまなもののために開発されてきた:

  • 貯蔵タンクの液面レベル

  • パイプ内の流量

  • 物理的な力/ひずみ/トルク

  • 特定ガス検知

  • 環境湿度

  • 磁場

  • デジタルコンパスの向き

  • 加速度/速度/運動

  • アビオニクス:ピッチ/ヨー/ロール

  • チルト

  • 振動

  • イメージセンサー:静止画/動画

  • 距離測定

  • 光学:光、赤外線、特定の周波数/色

  • パーティクル・ダスト・カウンタ

  • 煙検知

  • ガス圧

  • 角度方向

  • リニア位置

  • 近さ

  • 衝撃力

  • 温度

  • 放射線

  • 酸塩基pHスケール

  • サウンド

一部のセンサーは、デジタルデータ出力を作成するために、内部に実装された信号処理と量子化を含む。その他のセンサーはアナログ出力を提供し、デジタル・システムに有用なデータを生成するためにサポート・エレクトロニクスを必要とする。

センサー出力タイプ

多種多様な刺激に反応するセンサーが存在するが、ほとんどのセンサーは限られた数の出力タイプで反応する。出力タイプに応じて、異なるセンサーデバイスは類似の信号処理エレクトロニクスを使用することができる。図 9-2は、異なる出力タイプをまとめたものである。

二状態 センサーは概念としては単純である。現実世界の何らかの刺激がセンサー定義の境界を超えると、出力は状態を変える。この例には、制限を超えた動き、パイプラインの最大流量の定義超過、定義された最小値以下の気圧、マシンの転倒を示す傾斜センサーなどが含まれる。2状態センサの場合、イベントの性質によっては、DCUは出力が一過性でなく安定していることを判断するために、限られた時間だけ出力の遷移を観察したい場合がある。これにより、グリッチ、ノイズ、電気機械的なスイッチの接点バウンスが排除される。

イベントのパルスカウントもまた、一般的なセンサー出力である。ある種の事象が単発の事象として感知され、有用な情報は、時間の経過とともにいくつの事象が発生するかに埋め込まれる。イベントは等間隔である場合もあれば、そうでない場合もある。放射線の検出に使われるガイガーカウンターは、個別の電離イベントをカウントすることで放射線情報を得る明らかな例である。別の例としては、ファクトリーオートメーションのシナリオでパレットに載せる箱のセット数をカウントするなど、コンテナへのローディング装置を制御するために使用されるセンサーがある。 ...

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