Universal hardware and software system of signal converting for integrated sensor devices implementation

Abstract

Роботу присвячено питанням реалізації сигнальних перетворювачів інтегрованих сенсорів у концепції синтезу даних (Data Fusion), основу якої складає процес інтеграції кількох джерел даних для отримання послідовнішої, точної та корисної інформації, ніж та, що надається будь-яким окремим джерелом даних. В сенсорній техніці концепція злиття даних передбачає злиття даних інтегрованих гетерогенних сенсорів), тобто різних за суттю вимірювального перетворення джерел інформації. Вирішено завдання розроблення універсальної апаратно-програмної системи сигнального перетворення для побудови інтегрованих сенсорів. Основними вимогами до такої системи є широка функціональність щодо поєднання різних методів вимірювального перетворення та відповідність сучасним тенденціям розвитку мікроелектронної сенсорики. Функціональність системи забезпечується можливістю реалізовувати вимірювальне перетворення сигналу за принципом «актюатор-сенсор» з різними фізичними величинами – електричним струмом, електричною ємністю, теплом, світлом, магнітним полем. Враховуючи вимоги до сучасної мікросхемотехніки, зокрема до сенсорних пристроїв Інтернету Речей, сигнальний тракт синтезованих сенсорів реалізовано на основі PSoC, сімейства 5LP Family Cypress. Розроблено структуру сигнального перетворювача на основі вбудованих елементів PSoC до якої входять вузли цифрових та аналогових систем, вузли мікропроцесора, матриці енергозалежної та енергонезалежної пам’яті, системні ресурси, а також вузли програмування та керування енергоспоживанням. Для наладження розробленої апаратно-програмної системи сигнального перетворення та реалізації на ній інтегрованих сенсорів розроблено програмне забезпечення, з допомогою якого можна проводити динамічне реконфігурування системи, специфікацію її компонентів, встановлювати режими вимірювання та графічно відображати отримані результати. Апробацію цієї системи була здійснена в процесі реалізації інтегрованих сенсорів термічного аналізу, оптоелектроніки, магнітного трекінгу та імпедансної спектроскопії

The problem of developing a universal signal converter for the construction of integrated sensors in data fusion concept is solved. Considering the requirements of modern microcircuit technique, in particular for sensory devices of the Internet of Things, the signal path of the synthesized sensors is implemented based on PSoC of 5LP Family Cypress. The testing of the developed system was carried out in the process of realization the integrated sensors of thermal analysis, optoelectronics, magnetic tracking and impedance spectroscopy