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密集传感器的设计

发布时间:2020-07-28 发布时间:
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虚假报警

除了考虑设计与实现的成本以外,半自动嵌入控制系统解决多义及模糊状况的能力限制了这些系统的使用范围。对于一个“增强的”系统,如果它发出了过多的虚假警报,或者因为它可能损坏最终系统,从而需要太过的人工干预,那么其价值就会大大降低。2000 年初梅塞德斯汽车公司电控系统可靠性的下降就是一个例证,它表明,如果系统无法分辨多义或模糊的状况,就会对整体系统价值产生负面影响。

此时,将更多传感器数据关联起来,就能够使半自动嵌入控制系统安全地作出更复杂的决策,因为它们越来越能作出判断和避免对错误警报的反应。一辆高档汽车的碰撞检测有赖于很多传感器的共同运行,如远距雷达和近距雷达、IR、视频、惯性与超声波传感器,以检测和验证对可能或迫近的碰撞的必要动作。这些传感器中的每一只都提供了有关周围环境的信息,控制系统可以将数据与其它传感器联系起来,填补每种类型传感器的空白点,从而避免意外的结果,例如由于鹅卵石击中汽车保险杠而触发气囊。

在汽车中,越来越多的报警子系统用于提供辅助报警,如车距与盲点探测,它们与驾驶员直接互动,提供信息或帮助。这些警报与响应系统也依赖于多个传感器输入的关联,避免发出虚假警报,或对某种状况作出不正确反应。例如,一个车距检测子系统可以将视觉、惯性、车轮位置以及转向柱位置传感器的数据作关联,然后向驾驶员发出警报,避免出现误报。

嵌入控制系统中使用更多传感器和处理智能带来了成本与设计复杂性问题,随着供应商们对这些问题的解决,设计者们正将更多复杂的自动控制系统用于较低成本设计,包括中档的消费应用。Microchip 公司首席应用工程师 Priyabrata Sinha 指出,家电正逐步脱离开状态机盒子,并在决策回路中加入了更多的传感器与智能。

举例来说,当代洗衣机可以用到三片微控制器来管理系统与用户界面(图 2)。值得指出的是,闪存数量(而不是处理器架构的规模)是双传感器设计与六传感器设计之间最主要的差异。额外的存储器能使系统容纳用于传感器的更多代码,使程序代码能关联多个输入,供更复杂控制算法的使用。




瑞萨技术公司高级产品/区段经理 Ritesh Tyagi 说,“快速”响应系统有一个关键的部分,那就是设计者对传感器和处理器的配对与连接方式。一款中等价格的冰箱可能用到多达 8 只微控制器,还有多只相应的局部传感器,为每个冰箱格比如肉菜格提供定制且优化的控制。这些实现类型正冲击着中心式处理与分布式处理的平衡,以提供更高的可靠性,满足紧张的功率预算,并且简化家电的用户互动。

不幸的是,使用多种类型传感器数据,并且在控制算法中作关联的方法涉及很多公司敏感的专利问题。但是,有些高级实例仍可能会给你灵感,看自己是否有一些方法来收集传感器信息,并将它们与系统中的其它信息相关联,以做出更好的设计,从而以更低的总成本,更高效地实现新的增值功能。

提示
* 关联式传感器处理是一种领先并日益成熟的技术。
* 随着设计者在传感器中放入更多的处理能力,传感器也在变得智能化。
* 各种类型的应用(从高端到低端系统)都正得益于更多组传感器的使用,使它们能够处理更复杂的使用场景。

参考文献
* “DARPA Urban Challenge,” www.darpa.mil/grandchallenge.
* Cravotta, Robert, “Operating alone,” EDN, Dec 5, 2005, pg 49, www.edn.com/article/CA6288032.
* “Tartan Racing: A Multi-Modal Approach to the DARPA Urban Challenge,” April 13, 2007, www.darpa.mil/grandchallenge/TechPapers/Tartan_Racing.pdf
* Cravotta, Robert, “Rummage through a Roomba,” EDN, March 15, 2007, pg 32, www.edn.com/article/CA6421379.
* Cravotta, Robert, “Making vehicles safer by making them smarter,” EDN, June 8, 2006, pg 49, www.edn.com/ article/CA6339246.
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超级计算

传感器融合的含义是将感测数据或从感测输入获得的数据组合起来,从而得到在某种意义上更加准确、更加复杂或更可信赖的信息,它们好于这些信号源独立使用的情况。在某种情况下,数据可能来自于单一类型的传感器,它采集了有关某种主题的数量庞大的相似数据,如一次 CT(计算机断层)扫描、一次 MRI(核磁共振成像)扫描、金融营销图表、药品与遗传匹配,甚至用于发现地下油田的从脉冲信号中获得的地震数据。这些场景中存在着如此多的数据,一个人不可能完全搞懂,只能用一台计算机将其预先处理成为一种易管理和可用的格式。由于相关的数据量是如此庞大,因此要在一个合理的时间内产生有用的信息,就需要各种含多个处理器的超级计算机架构。放射线专家受益于 CAD(计算机辅助检测)技术,该技术采用超级计算和大量数据的关联,相当于提供了第二对眼睛,帮助他们解读医疗影像。CAD 软件并非替代影像技术,而是在解读医疗影像时,通过密集的计算处理提供虚拟的辅助。这类 CAD 系统的问题之一是数据关联的质量,以及达到这种质量等级所花费的时间。当 CAD 软件辨别医疗影像中的特征时,它采用一种减少假阴性指示的方法,使特征获得放射线专家的注意。医学界在用 Hologic 的 ImageChecker 系统等设备作 CT、乳腺摄片和肺结核检查时,大规模地使用了 CAD。


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