1.4Застосування систем реєстрації та виміру кутів нахилу та прискорень рухомих об’єктів
Акселерометри можна використовувати в будь-якому пристрої, робота якого пов'язана з переміщенням, нахилом, вібрацією. Наведемо деякі типові застосування акселерометрів:
· автомобілебудування. Одне з найбільш масових програм для акселерометрів в даний час. Датчики прискорення використовуються в даному випадку в цілях безпеки - при перевищенні максимально допустимого прискорення спрацьовує система безпеки (подушки безпеки). Крім цього вони використовуються в протиугінних системах - як вимірювачі кута нахилу і вібрацій. У першому випадку використовуються датчики діапазону приблизно 35-50 g і вище, у другому - більш чутливі (1-5 g), причому чутливі і до статичної прискоренню; вимір високочастотних вібрацій також може вимагати трохи більший діапазон. Акселерометри можуть використовуватися і для короткочасної навігації при відсутності GPS-сигналу, а також для діагностики автомобіля.
· авіоніка. Датчики прискорення широко використовуються в системах управління літальними апаратами, а також в космічних системах. Вимірюються і вібрації, і квазістатичного прискорення.
· промисловість. Найширше поле для використання акселерометрів. Будь-який транспорт, підйомне обладнання, пристрої безпеки, системи стабілізації положення, тестові стенди і багато інше. Застосовуються датчики будь-якого діапазону.
· побутова техніка. Акселерометри застосовуються і можуть значно ширше застосовуватися в багатьох видах побутової техніки. Наприклад, для зменшення вібрацій (пральної машини та ін).
· системи захисту від падіння. Різка зміна прискорення спостерігається відразу після початку падіння, що дає можливість перевести систему в найбільш безпечний стан. Типовий приклад - захист жорсткого диска в ноутбуках або інших мобільних пристроях. Під час падіння відбувається парковка магнітної голівки жорсткого диска.
· медицина і спорт. Акселерометри застосовуються в системах діагностики, тренажерах, крокомір та ін.
· пристрої введення інформації. Датчики прискорення використовуються в наколінниках, пристроях вводу для комп'ютерних ігор, мобільних телефонах і т. д.
· балансування білизни в пральній машині. Відсутність балансування вмісту під час високооборотним отжиме викликає тряску пральної машини і іноді навіть переміщення її за статтю, якщо вона не закріплена. Акселерометр визначає наявність вібрації при незбалансованому обертанні. Якщо є дисбаланс, пральна машина перерозподіляє вміст, кілька разів змінюючи напрямок обертання барабана, поки не буде досягнуто баланс.
· моніторинг стану механізмів. На багатьох виробництвах зазвичай змінюють або ремонтують механічне обладнання відповідно до розкладу проведення профілактичних робіт. Це особливо характерно для виробництв, де непередбачені простої неприпустимі. Таким чином, механічне обладнання з великим невироблене ресурсом часто передчасно замінюється, що виливається в багатомільйонні втрати на багатьох підприємствах. При встановленні акселерометрів в підшипники або інші обертові механізми час експлуатації обладнання можна збільшити без додаткового ризику його раптового відмови. Акселерометри вимірюють вібрацію підшипників або інших обертових механізмів з метою оцінити їхній стан.
· автоматичне вирівнювання. Акселерометри визначають абсолютний нахил об'єкта (наприклад, будь-якого великого механізму або мобільного будинку і т.п.) Інформація про нахил використовується для автоматичного вирівнювання.
· управління прокручуванням зображення на екрані комп'ютера PDA або мобільного телефону. За допомогою акселерометра мікроконтроллер розпізнає руху руки, якими користувач керує роботою мобільних пристроїв.
· автомобільна сигналізація. Тут акселерометр розпізнає спробу підйому автомобіля за допомогою домкрата і навантаження автомобіля на вантажівку для транспортування і включає сигналізацію.
· кріплення лиж. Акселерометр реагує на силу удару і в залежності від неї визначає, чи не потрібно звільнити кріплення лиж.
· персональна навігаційна система. Тут положення визначається через прискорення (подвійна інтеграція прискорення за часом для визначення поточного положення).
· управління динаміком низькочастотного динаміка (сабвуфера). Акселерометр встановлюється на рухому частину конуса динаміка для забезпечення зворотного зв'язку по положенню, яка усуває спотворення.
· нейром'язовий стимулятор. Цей пристрій допомагає людям, що втратили контроль над м'язами ніг, ходити - за рахунок стимуляції м'язів у відповідні моменти часу. Під час ходьби передня частина стопи зазвичай піднімається при русі ноги вперед і потім опускається при ступаніі на ногу і рух ноги назад. Акселерометр прикріплюється де-небудь в нижній частині ноги або на ступні, де він дає сигнал про положення ноги. Відповідні м'язи при цьому стимулюються електричними імпульсами для того, щоб керувати підйомом ступні як потрібно.
Це класичний приклад того, яким чином акселерометр дозволяє втілити проект в реальність. Більш ранні моделі стимуляторів аналогічного призначення використовували рідинні датчики нахилу або датчик з рухомим кулькою (що діє як перемикач) для визначення положення ноги. Рідинні датчики нахилу погано працювали через плескання рідини, таким чином можна було забезпечити тільки повільну ходьбу. Датчики з рухомим кулькою легко давали збої при підйомі на гірку. З використанням акселерометра вимірюється тільки різниця в положенні ноги при русі назад і вперед, таким чином система не дає збій при підйомі на гору і не має проблем з плескання рідини. Мале енергоспоживання акселерометра дозволяє живити пристрій від невеликої літієвої батареї, роблячи загальні розміри пристрою досить невеликими.
За причини високої чутливості, компактності, низької вартості, надійності та здатності вимірювати як статичне, так і динамічне прискорення, акселерометри дають можливість здійснити багато цікавих рішення. Багато хто з цих рішень було неможливо втілити через недоліки наявних акселерометрів. Тепер же лімітуючим фактором для можливого застосування акселерометрів в багатьох випадках стає уява розробників - але багато хто розробники тепер можуть втілити свої ідеї, нездійсненні раніше. Незважаючи на те, що підвищення продуктивності акселерометрів постійно розширює поле для їх можливого застосування, корисно уникати "рішень", які порушують закони фізики .
Інтегральні акселерометри належать до датчиків механічного руху та перетворюють лінійне прискорення від руху чи гравітації в електричний сигнал.
Типові діапазони прискорень [3]:
· 1g – прискорення, що виникає при дії на об’єкт дії тяжіння, наприклад, на обладнання, що знаходиться на вашому столі;
· 0-2g – діапазон прискорення, що відчуває людина в момент руху;
· 5-20g – прискорення, що відчувають водії в момент типової аварії;
· 100-200g – прискорення, що діє на ваш портативний комп’ютер, якби ви кинули його з висоти 30см на бетонну підлогу;
· 1000g – прискорення, що буде діяти на об’єкт, якщо в нього вистрілити з артилерійської гармати.
За допомогою акселерометрів, сигнал яких обробляється програмно-апаратним комплексом (ПАК), з'являється можливість вимірювання всіх характеристик тіл, що пов'язано з їх механічним рухом, вібраційними коливаннями та положення відносно вектора гравітації:
· Кут нахилу.
Акселерометри дозволяють вимірювати значення земної гравітації ("статичне прискорення", тому за їх допомогою можна виміряти кут нахилу. Так, акселерометри використовуються в автомобільних сигналізаціях, гральних пристроях, моніторах активності пацієнта, в спортивному інвентарі.
Акселерометри Analog Devices мають великий ступінь інтеграції та вимірюють нахил у більш широкому діапазоні частот (до 200Гц), ніж більшість рідинних датчиків (до 1Гц).
· Прискорення, швидкість, відстань, сила.
Акселерометри можуть використовуватись для визначення швидкості, відстані та сили [5]. Використовуються як датчики руху транспорту, в системах навігації і контролю висоти.
· Ударні навантаження та вібрація.
Акселерометри використовуються для визначення швидкості, наприклад, від обертання частин обладнання (двигуни, верстати, приводи, дисководи) чи при землетрусі. Також вони використовуються для вимірювання справності машин і прогнозування виходу з ладу.
1.5 Flash-пам’ять
Дискові накопичувачі можуть зберігати інформацію без неперервної подачі живлення, однак, при записі й зчитуванні даних витрачають його за троє. Виходом виявилася Flash -пам’ять, що не розряджається самовільно. Носії на її основі називаються твердотільними, оскільки не мають частин, що рухаються.
Багато виробників обчислювальної техніки бачать пам’ять майбутнього винятково твердотільною.
Модулі пам’яті Compact Flash (CF) являють собою модифікацію PC-карт. Правда, вони менші за обсягом й мають усього 50 контактів замість 68, але їх можна підключати в роз’єми PCMCIA через пасивний перехідник без додаткового ПЗ. Пристрої CF діляться на два типи, що зовні розрізняються товщиною. Розміри CF типу I – 36.4 × 42.8 × 3.3 мм, a CF типи II мають ту ж площу, але їхня товщина більше – 5 мм. Карти типу II несумісні з роз’ємами типу I, тоді як для карт типу I підходять порти обох видів.
Для роботи модулі CF використовують напругу 3,3 або 5 В і струм до 100 мА. У підсумку, за твердженням виробників, вони споживають в 20 разів менше енергії, ніж стандартні жорсткі диски, так що не потрібно часто замінювати батарейки.
Максимальна ємність карт типу I становить 256 Мбайт (у компаній PQI й Delkin), а карт типу II – 512 Мбайт (у фірми SiliconTech). Пам’ять типу I дорожче, ніж типу II, тому що в неї те ж число мікросхем треба вміщати в менший обсяг.