Capteurs numériques, la voie à suivre
Pendant des années, l'industrie des produits capteurs s'est principalement concentrée sur l'analogique. Les capteurs fonctionnaient à l'aide de circuits et de composants analogiques, en partie à cause des frontaux analogiques présents dans presque tous les appareils de mesure électronique. Les capteurs analogiques ont été des dispositifs assez simples, fournissant parfois des sorties analogiques de base, et dans certains cas ajoutant amplification ou gain, et conditionnement du signal avant que la sortie ne soit envoyée à un système de mesure ou de contrôle. Aujourd'hui, ces systèmes deviennent plus sophistiqués et, par conséquent, nécessitent un traitement supplémentaire du signal pour atteindre les performances souhaitées du système.
Par le passé, les ingénieurs en systèmes de capteurs étaient réticents à passer aux produits numériques en raison des défis posés par l'ajout de la numérisation aux chemins de signal des capteurs analogiques existants. Les coûts de R&D pour effectuer ces changements étaient inaccessibles pour de nombreuses petites entreprises de capteurs qui se concentraient sur des types de produits, applications et marchés uniques. Au cours des deux dernières décennies, quelques capteurs numériques sont entrés sur le marché, mais l'absence de toute interface standard ou de protocoles de communication a rendu l'effort coûteux et risqué. Inutile de dire que l'adoption du numérique a été lente.
En raison de la disponibilité accrue de composants électroniques à bas coût capables de traiter et de convertir des signaux analogiques en formats numériques, la migration des capteurs analogiques vers le monde numérique est désormais en cours. Au cours des dernières années, les fabricants de capteurs ont commencé à intégrer des éléments de capteur, la conversion A/N, la capacité de traitement, la mémoire, la gestion de l'alimentation et la capacité de communication numérique dans quelques puces qui s'intègrent facilement dans le boîtier du capteur. De plus, la prolifération de protocoles de communication standard comme I2C et SPI a facilité l'intégration des capteurs dotés de ces capacités dans les systèmes de surveillance et de contrôle électroniques.
La numérisation des produits de capteurs offre des avantages bien au-delà de la simple capacité à communiquer facilement avec les systèmes de contrôle numériques. Par exemple, la plupart des capteurs numériques incluent une fonction « mode veille » qui éteint le capteur lorsqu'il n'est pas nécessaire pour les fonctions du système. En réduisant la puissance requise, la durée de vie de la batterie s'améliore pour les systèmes distants et mobiles qui dépendent de la récupération d'énergie ou de l'alimentation par batterie. Les capteurs numériques peuvent également tirer parti des routines d'optimisation logicielle qui ne sont pas disponibles en mode analogique. Des techniques comme le suréchantillonnage et le filtrage numérique peuvent améliorer considérablement la résolution des capteurs et la discrimination des fréquences. Mieux encore, ces améliorations de performance n'entraînent aucune augmentation de coût. Tout est dans le logiciel.
Les produits à capteur numérique offrent un certain nombre d'avantages plus subtils. Comme un capteur numérique dispose d'une mémoire intégrée, des informations peuvent être stockées. Des informations non volatiles telles que le numéro de pièce de l'appareil, le niveau de révision, le numéro de série et les facteurs d'étalonnage peuvent être incluses et facilement accessibles. Des informations dynamiques telles que le nombre d'interrogations, les journaux d'erreurs et les heures de fonctionnement peuvent être programmées dans le logiciel du capteur. Ces données peuvent soutenir un programme robuste de fiabilité et d'assurance qualité pour les systèmes utilisant ces capteurs.
La technologie des capteurs numériques a permis aux fabricants de capteurs de créer des produits qui répondent aux besoins uniques du système d'un client. De nombreux produits de capteurs numériques aujourd'hui contiennent plus d'un élément de détection. Par exemple, un capteur d'humidité numérique peut également contenir un capteur de température, et en accédant aux données des deux et en effectuant quelques calculs dans le processeur hôte du système, le point de rosée peut être généré. Trois informations sont créées (humidité relative, température, point de rosée) en utilisant les données de seulement deux éléments de détection, tous deux dans le même boîtier de capteur à faible coût.
Les systèmes complexes d'aujourd'hui sont motivés par la demande de capacités « intelligentes ». Cela a augmenté le besoin de capteurs numériques supplémentaires dans les conceptions de systèmes. Les systèmes et les produits nécessitent plus d'informations pour augmenter leurs capacités. Il est nécessaire que les produits soient conscients de leur environnement, de leur propre état de santé et de leur disponibilité, des entrées humaines reçues ainsi que d'autres interactions systémiques, ce qui nécessite l'utilisation de capteurs supplémentaires. Ces capteurs envoient ces données essentielles aux microcontrôleurs via des interfaces transparentes, leur permettant de prendre des décisions basées sur les données reçues des capteurs. Plus les données fournies sont nombreuses, plus les décisions sont intelligentes. Les systèmes plus intelligents nécessitent plus de capteurs.
Les capteurs numériques sont désormais capables de fournir des solutions à faible coût avec des performances et une capacité accrues. La migration vers des capteurs numériques a permis de créer des systèmes plus intelligents en offrant de meilleures performances, tout en étant conçus et intégrés à des prix très attractifs et en répondant aux exigences de conception des clients.
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