سنسورهای دیجیتال و آنالوگ

پیش از ورود به بحث پیرامون سنسورهای دیجیتال و آنالوگ، لازم است به بررسی مفهوم سیگنال و سنسور بپردازیم. سیگنال موجی حاوی اطلاعات قابل اندازه‌گیری در مورد یک پدیده می‌باشد. برای مثال می‌­توان نوسان برق، روشن یا خاموش بودن خودرو، میزان دمای یخچال خودروها، میزان سوخت درون باک خودرو و نظیر آن را اندازه گیری کرد. این اطلاعات در طول زمان تغییر کرده که بسته به نوع تغییرات، به دو دسته سیگنال های آنالوگ و دیجیتال تقسیم بندی می‌شوند.

سیگنال آنالوگ و دیجیتال چیست؟

سیگنال‌ها بین دستگاه ها رفت و آمد می‌کنند تا اطلاعات را منتقل کنند، که این اطلاعات می‌توانند ویدیو، صوت یا نوعی داده‌ی رمزنگاری شده باشد. معمولا این سیگنال‌ها توسط سیم‌ها منتقل می‌شوند، ولی همچنین می‌توان آن‌ها را از طریق هوا توسط امواج رادیویی نیز منتقل کرد.

سیگنال­ های آنالوگ

این نوع سیگنال­ ها در طول زمان به صورت مرتب تغییرات پیوسته می­‌نمایند. به عبارت دیگر هیچ­گاه بصورت ناگهانی تغییر نخواهند کرد.

سیگنال ­های دیجیتال

تمامی سیگنال های موجود در طبیعت، ذاتا آنالوگ بوده و سیگنال های دیجیتال طراحی و ساخت بشر می‌­باشند و به طور جداگانه شخصیت مستقلی ندارند. این نوع سیگنال­ ها، گسسته در زمان بوده و مقادیر آن بصورت اعدادی فاصله دار از یکدیگر می‌­باشد.

سیگنال ­های منطقی یا باینری

این نوع سیگنال­ ها زیر مجموعه­ ای از سیگنال­ های دیجیتال بوده و تنها مقادیر صفر و یک را می­‌پذیرد. ماهیت سیگنال­های منطقی ولتاژ بوده و در واقع حاوی اطلاعات ولتاژی می‌­باشند. ولتاژ قراردادی که برای صفر و یک نشان دادن ورودی مدارهای دیجیتال است مقادیر متفاوتی می‌باشد. این مقادیر با آستانه مشخص عدد یک منطقی را نشان می‌دهد. به همین ترتیب از این مقدار تا یک مقدار مشخص دیگر عدد صفر منطقی در نظر گرفته می‌شود. معمولا بازه صفر تا دو ولت را صفر منطقی و بازه سه تا پنج ولت، یک منطقی شناخته می‌شود. اگر سیگنال ولتاژی با ورودی بین ۲ تا ۳ ولت باشد، خطا اتفاق افتاده است که با این وجود برخی مدارهای دیجیتال قابلیت تصحیح و تبدیل این خطاها به صفر و یک منطقی را دارند.

سنسور چیست؟

سنسور یک وسیله الکترونیکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را متناسب با قابلیت خود اندازه­ گیری کرده و آن را به سیگنال الکتریکی آنالوگ یا دیجیتال تبدیل می­‌کند. سنسورها به دو دسته آنالوگ و دیجیتال تقسیم می­‌شوند. سنسورهایی همچون سنسور دما که کمیت­ های پیوسته را اندازه ­گیری می­‌کنند، آنالوگ نامیده می‌شوند. آنهایی که مشخص کننده تنها دو وضعیت بوده و دوحالته هستند دیجیتال نامگذاره شده‌اند. به عنوان مثال، مگنت­ هایی که باز و بسته بودن درب را نشان می دهند جزو دسته سنسورهای دیجیتال هستند. علی رغم دقت بالای سنسورهای آنالوگ، مشکلاتی نیز دارند. یکی از این اشکالات رطوبت و خوردگی رابط­ های سنسور و دستگاه است که سیگنال ارسالی را تحت تاثیر قرارداده و به اصطلاح آن را نویزدار می‌­کند. ضعف دیگری که سنسورهای آنالوگ را تحت الشعاع قرار می­‌دهد متاثر بودن آن­ها از نوع کابل، طول و مقاوت کابل بکار است. جهت دریافت خروجی مطلوب می بایست در انتخاب این مشخصات کمال دقت را داشت. در مقابل سنسورهای دیجیتال مزایایی از جمله کاهش هزینه ­های سیم­ کشی، امکان بکارگیری کابل­ های با طول زیاد، عدم تاثیر و تداخل الکترومغناطیسی را دارند.

کاربرد سنسورهای دیجیتال و آنالوگ

پس از آشنایی با تعاریف سیگنال­ ها و سنسورهای آنالوگ و دیجیتال به کاربرد این دسته از سنسورها در زمینه سیستم‌های مدیریت ناوگان می‌پردازیم. دستگاه ردیاب بخشی از یک سیستم مدیریت ناوگان را تشکیل می‌دهد که قادر است موقعیت متحرک را از ماهواره‌های GPS/GLONASS دریافت کرده و از طریق بستر موبایل به سرور ردیابی ارسال نماید. این دستگاه‌ ردیاب به گونه‌ای طراحی شده است که می‌توان با اتصال انواع سنسور تجهیزات جانبی به ردیاب متصل کرد. با اتصال این سنسورها به دستگاه ردیاب، می‌توان اطلاعاتی مانند دما، وزن و رطوبت را اندازه گیری نمود. در این راستا به بررسی چند مورد از سنسورهای آنالوگ و دیجیتال پرکاربرد در سیستم‌های مدیریت ناوگان خواهیم پرداخت:

سنسور دیجیتال و آنالوگ دما

از این سنسور همراه با دستگاه GPS برای ردیابی خودرو هایی که دارای کابین یخچال می‌باشند، استفاده می‌شود. به عنوان مثال، خودروهای حمل مواد خوراکی همچون لبنیات، گوشت و مرغ جهت کنترل دمای یخچال و جلوگیری از فاسد شدن مواد غذایی می‌توانند از این سنسور استفاده کنند. به طور همزمان می‌توان با اعمال تنظیمات از طریق دستگاه، در صورت کاهش دمای یخچال از حد مجاز، هشداری برای مدیر سیستم ارسال نمود. ارتباط سنسور دما از طریق ورودی ۱-wire Data دستگاه GPS به مرکز کنترل و یا نرم افزار ردیابی برقرار می‌گردد. از طرفی می‌توان متناسب با نوع سنسور مورد استفاده در سیستم، از سنسورهای دمای آنالوگ با امکان اتصال به ورودی دستگاه AVL استفاده نمود. خروجی این سنسورها، از جنس ولتاژ بوده که با توجه به کارکرد دستگاه، به ازای مقدار مشخصی از افزایش ولتاژ، دما نیز به میزان مشخصی افزایش می‌یابد.

سنسور آنالوگ سوخت

این سنسور برای ردیابی و کنترل میزان مصرف سوخت خودروها کاربرد دارد. انواع متفاوتی از سنسورهای سوخت مقاومتی، خازنی، فشاری و همچنین سنسور سوخت مبتنی بر تکنولوژی آلتراسونیک وجود دارد. اما در تمامی موارد ذکر شده، خروجی مقدار آنالوگ می‌باشد. پس از نصب سنسور سوخت و ارتباط آن به دستگاه، نوبت به کالیبره کردن آن و پیدا کردن یک رابطه خطی بین خروجی و میزان سوخت درون باک خودرو می‌رسد. این مهم به روش سعی و خطا صورت می‌گیرد؛ چرا که خروجی آن در اصل ماهیت هائی متفاوت همچون مقاومت الکتریکی، ظرفیت خازنی، میزان فشار و زمان را دارد.

سنسور آنالوگ رطوبت

از این سنسور برای کاربردهایی نظیر خودروهای حمل دارو جهت کنترل رطوبت کابین و جلوگیری از آسیب به داروها استفاده می‌شود. اساس کار اکثر سنسورهای رطوبت میزان ظرفیت خازنی است. به عبارت دیگر درون این سنسورها، خازنی متشکل از دو صفحه هادی فلزی و یک ماده خمیری نارسانا که بین این دو صفحه قرار می‌گیرد که رطوبت هوا، موجب تغییر در سطح ولتاژ بین دو صفحه و به دنبال آن تغییر در ظرفیت خازن می‌شود. با استفاده از این مکانیزم می‌توان رطوبت هوا قابل اندازه گیری می‌باشد.

سنسور وزن

جهت محاسبه وزن خودرو و یا بار، می‌توان با توجه به نوع سنسور، از طریق اتصال سنسور وزن به ورودی آنالوگ و یا دیجیتال، میزان بار خودرو را محاسبه نمود. سنسورهای وزنی که در بازار وجود دارند عموما در ساخت آن ها از تکنولوژی آلتراسونیک استفاده شده است. بدین صورت که موجی با فرکانس مشخص از جانب سنسورهای آلتراسونیک به سمت بار خودرو ارسال می‌گردد. زمان رفت و برگشت این موج پس از برخورد به سطح مقابل و برگشت آن، طی محاسباتی میزان وزن بار خودرو را متناسب با ارتفاع خودرو مشخص می‌نماید. به زبان ساده‌تر این سنسور در زیر خودرو و بار آن قرار می‌گیرد، حال به هر میزان که بار خودرو سنگین تر باشد کف خودرو به سنسور نزدیک تر شده و موج ارسالی زودتر بازگردانده خواهد شد. پس تنها کافی است با دانستن بار خودرو در دفعات مختلف سیستم را کالیبره نماییم.

سنسور شناساگر راننده

این سنسور جهت شناسایی راننده خودرو کاربرد دارد. از طرفی می‌توان با استفاده از مدار واسط و اتصال استارت خودرو به این سنسور از استفاده‌ی افراد غیر مجاز از خودرو جلوگیری نمود. این سنسور دارای دو قسمت مجزا بوده که بخشی از آن به همراه دستگاه درون خودرو نصب می‌شود. بخش دیگر همراه راننده بوده و در واقع مختص به ایشان می‌باشد. هم چنین این سنسور دیجیتال بوده و به پروتکل ۱-wire Data از دستگاه جی پی اس متصل می‌گردد.