密集傳感器的設計
除了考慮設計與實(shí)現的成本以外,半自動(dòng)嵌入控制系統解決多義及模糊狀況的能力限制了這些系統的使用范圍。對于一個(gè)“增強的”系統,如果它發(fā)出了過(guò)多的虛假警報,或者因為它可能損壞最終系統,從而需要太過(guò)的人工干預,那么其價(jià)值就會(huì )大大降低。2000 年初梅塞德斯汽車(chē)公司電控系統可靠性的下降就是一個(gè)例證,它表明,如果系統無(wú)法分辨多義或模糊的狀況,就會(huì )對整體系統價(jià)值產(chǎn)生負面影響。
此時(shí),將更多傳感器數據關(guān)聯(lián)起來(lái),就能夠使半自動(dòng)嵌入控制系統安全地作出更復雜的決策,因為它們越來(lái)越能作出判斷和避免對錯誤警報的反應。一輛高檔汽車(chē)的碰撞檢測有賴(lài)于很多傳感器的共同運行,如遠距雷達和近距雷達、IR、視頻、慣性與超聲波傳感器,以檢測和驗證對可能或迫近的碰撞的必要動(dòng)作。這些傳感器中的每一只都提供了有關(guān)周?chē)h(huán)境的信息,控制系統可以將數據與其它傳感器聯(lián)系起來(lái),填補每種類(lèi)型傳感器的空白點(diǎn),從而避免意外的結果,例如由于鵝卵石擊中汽車(chē)保險杠而觸發(fā)氣囊。
在汽車(chē)中,越來(lái)越多的報警子系統用于提供輔助報警,如車(chē)距與盲點(diǎn)探測,它們與駕駛員直接互動(dòng),提供信息或幫助。這些警報與響應系統也依賴(lài)于多個(gè)傳感器輸入的關(guān)聯(lián),避免發(fā)出虛假警報,或對某種狀況作出不正確反應。例如,一個(gè)車(chē)距檢測子系統可以將視覺(jué)、慣性、車(chē)輪位置以及轉向柱位置傳感器的數據作關(guān)聯(lián),然后向駕駛員發(fā)出警報,避免出現誤報。
嵌入控制系統中使用更多傳感器和處理智能帶來(lái)了成本與設計復雜性問(wèn)題,隨著(zhù)供應商們對這些問(wèn)題的解決,設計者們正將更多復雜的自動(dòng)控制系統用于較低成本設計,包括中檔的消費應用。Microchip 公司首席應用工程師 Priyabrata Sinha 指出,家電正逐步脫離開(kāi)狀態(tài)機盒子,并在決策回路中加入了更多的傳感器與智能。
舉例來(lái)說(shuō),當代洗衣機可以用到三片微控制器來(lái)管理系統與用戶(hù)界面(圖 2)。值得指出的是,閃存數量(而不是處理器架構的規模)是雙傳感器設計與六傳感器設計之間最主要的差異。額外的存儲器能使系統容納用于傳感器的更多代碼,使程序代碼能關(guān)聯(lián)多個(gè)輸入,供更復雜控制算法的使用。

瑞薩技術(shù)公司高級產(chǎn)品/區段經(jīng)理 Ritesh Tyagi 說(shuō),“快速”響應系統有一個(gè)關(guān)鍵的部分,那就是設計者對傳感器和處理器的配對與連接方式。一款中等價(jià)格的冰箱可能用到多達 8 只微控制器,還有多只相應的局部傳感器,為每個(gè)冰箱格比如肉菜格提供定制且優(yōu)化的控制。這些實(shí)現類(lèi)型正沖擊著(zhù)中心式處理與分布式處理的平衡,以提供更高的可靠性,滿(mǎn)足緊張的功率預算,并且簡(jiǎn)化家電的用戶(hù)互動(dòng)。
不幸的是,使用多種類(lèi)型傳感器數據,并且在控制算法中作關(guān)聯(lián)的方法涉及很多公司敏感的專(zhuān)利問(wèn)題。但是,有些高級實(shí)例仍可能會(huì )給你靈感,看自己是否有一些方法來(lái)收集傳感器信息,并將它們與系統中的其它信息相關(guān)聯(lián),以做出更好的設計,從而以更低的總成本,更高效地實(shí)現新的增值功能。
提示
* 關(guān)聯(lián)式傳感器處理是一種領(lǐng)先并日益成熟的技術(shù)。
* 隨著(zhù)設計者在傳感器中放入更多的處理能力,傳感器也在變得智能化。
* 各種類(lèi)型的應用(從高端到低端系統)都正得益于更多組傳感器的使用,使它們能夠處理更復雜的使用場(chǎng)景。
參考文獻
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超級計算
傳感器融合的含義是將感測數據或從感測輸入獲得的數據組合起來(lái),從而得到在某種意義上更加準確、更加復雜或更可信賴(lài)的信息,它們好于這些信號源獨立使用的情況。在某種情況下,數據可能來(lái)自于單一類(lèi)型的傳感器,它采集了有關(guān)某種主題的數量龐大的相似數據,如一次 CT(計算機斷層)掃描、一次 MRI(核磁共振成像)掃描、金融營(yíng)銷(xiāo)圖表、藥品與遺傳匹配,甚至用于發(fā)現地下油田的從脈沖信號中獲得的地震數據。這些場(chǎng)景中存在著(zhù)如此多的數據,一個(gè)人不可能完全搞懂,只能用一臺計算機將其預先處理成為一種易管理和可用的格式。由于相關(guān)的數據量是如此龐大,因此要在一個(gè)合理的時(shí)間內產(chǎn)生有用的信息,就需要各種含多個(gè)處理器的超級計算機架構?!》派渚€(xiàn)專(zhuān)家受益于 CAD(計算機輔助檢測)技術(shù),該技術(shù)采用超級計算和大量數據的關(guān)聯(lián),相當于提供了第二對眼睛,幫助他們解讀醫療影像。CAD 軟件并非替代影像技術(shù),而是在解讀醫療影像時(shí),通過(guò)密集的計算處理提供虛擬的輔助。這類(lèi) CAD 系統的問(wèn)題之一是數據關(guān)聯(lián)的質(zhì)量,以及達到這種質(zhì)量等級所花費的時(shí)間。當 CAD 軟件辨別醫療影像中的特征時(shí),它采用一種減少假陰性指示的方法,使特征獲得放射線(xiàn)專(zhuān)家的注意。醫學(xué)界在用 Hologic 的 ImageChecker 系統等設備作 CT、乳腺攝片和肺結核檢查時(shí),大規模地使用了 CAD。
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