Селекция полезных сигналов. Проектирование и программирование интеллектуальных сенсоров
Краткие итоги
Сигналы на выходах чувствительных элементов часто не только слабы, но и зашумлены. Поэтому возникает необходимость не только усиливать их, но и выделять из них полезную часть, "отфильтровывать" шумы, помехи, посторонние влияния. Для правильного выбора способов селекции надо знать, какая именно информация от объекта является полезной для данного конкретного применения, и от каких именно шумов, помех, посторонних влияний в данном конкретном случае надо избавляться. С учетом обстоятельств в интеллектуальных сенсорах применяют такие способы селекции полезных сигналов, как выделение дифференциальных сигналов, сопоставительный анализ сигналов из разных каналов многоканального сенсора, дифференцирование и интегрирование сигнала. Широко применяют частотную, временнyю и синхронную селекцию. Рассмотрение сенсора как системы связи позволяет использовать многие эффективные методы селекции полезных сигналов, разработанные в технике связи.
Процесс создания и внедрения интеллектуальных сенсоров растягивается иногда на десятки лет. Первой и наиболее критичной стадией этого процесса является стадия научно-исследовательской разработки. На этой стадии формируют концепцию построения и функционирования сенсора, разрабатывают, изготавливают и испытывают его действующий макет, а затем и усовершенствованный экспериментальный образец. По результатам исследований и испытаний принимают решение о целесообразности затрат на внедрение данного сенсора в жизнь. При формировании концепции сенсора особое внимание надо уделять выяснению принципиальных трудностей, которые могут возникнуть при реализации проекта, и реальных путей преодоления этих трудностей. Тестовые объекты, на которых испытываются макет и экспериментальный образец сенсора, должны быть максимально приближены к реальным. Исследовательский макет и экспериментальный образец следует проектировать так, чтобы в них можно было относительно легко вносить изменения, добавлять новые узлы, блоки, изменить режимы работы, расширить динамический диапазон измерений. Испытания должны выполняться как можно объективнее, без всяких поблажек и попыток необоснованно отбросить неприятные для разработчика результаты, как якобы ошибочные или "случайные". Ни в коем случае нельзя выдавать желаемое за действительное. Надо помнить, что выявление недостатков сенсора на этапе официальных сертификационных испытаний оказывается намного более болезненным, чем в случае их своевременного выявления на этапе предварительных испытаний.
Значительная часть "интеллектуальности" сенсора определяется его программным обеспечением. Для его создания на основе хорошо продуманного, согласованного со специалистами сценария работы сенсора составляются блок-схемы программы методом постепенной декомпозиции: сначала наиболее общая ("системная") блок-схема, определяющая крупнейшие программные блоки. Далее крупные программные блоки детализируют, создавая блок-схемы уже для каждого из них. Детализацию продолжают до тех пор, пока не станет возможным для каждого из программных модулей начертить детальный алгоритм его работы или свести его к какой-то стандартной подпрограмме. К написанию текстов подпрограмм, программных процедур и модулей стоит приступать лишь после того, как их алгоритмические схемы стали совсем четкими и прозрачными. Тексты программных модулей надо сопровождать достаточным количеством комментариев. С целью недопущения конфликтов между программными модулями, использующими одни и те же ячейки памяти, надо внимательно проанализировать, не могут ли они потенциально могут помешать друг другу, и предотвратить такие конфликты. Отладку программы производят поэтапно: сначала отдельно каждого модуля, затем комплексную отладку всей программы в статическом, а потом в динамическом режиме. При отладке очень пригодятся контрольные примеры, подобранные еще при алгоритмизации программных модулей.