Sensoren und Aktuatoren sind wesentliche Elemente der eingebetteten Systeme. Sie werden in vielen realen Anwendungen eingesetzt, z.B. in Flugsteuerungssystemen in Flugzeugen, Prozesssteuerungssystemen in Kernreaktoren und Kraftwerken, die automatisiert betrieben werden müssen. Sensoren und Aktoren unterscheiden sich hauptsächlich durch den Zweck, den beide erfüllen: Der Sensor wird verwendet, um die Veränderungen in der Umgebung mit Hilfe von Messgrößen zu überwachen, während der Aktor verwendet wird, wenn neben der Überwachung auch die Steuerung angewendet wird, z. B. um die physische Veränderung zu kontrollieren.
Diese Geräte fungieren als Vermittler zwischen der physischen Umgebung und dem elektronischen System, in das der Sensor und der Aktor eingebettet sind.
Inhalt: Sensoren und Aktoren
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- Vergleichstabelle
- Definition
- Schlüsselunterschiede
- Abschluss
Vergleichstabelle
| Vergleichsgrundlage | Sensoren | Aktoren |
|---|---|---|
| Grundlagen | Zur Messung der kontinuierlichen und diskreten Prozessgrößen. | Impel kontinuierliche und diskrete Prozessgrößen. |
| Eingang | Ausgang | |
| Eingang | Eingang | |
| Elektrisches Signal | Wärme oder Bewegung | |
| Beispiel | Magnetometer, Kameras, Beschleunigungsmesser, Mikrophone. | LED, Laser, Lautsprecher, Solenoid, Motorsteuerungen. |
Definition von Sensoren
Ein Sensor ist ein elektronisches Instrument, das in der Lage ist, eine physikalische Größe zu messen und eine entsprechende Ausgabe zu erzeugen. Diese Ausgabe der Sensoren erfolgt in der Regel in Form von elektrischen Signalen. Nehmen wir an, wir müssen die Geschwindigkeit unseres Fahrzeugs kontrollieren und entwickeln zu diesem Zweck ein Kontrollsystem. Es ist nicht möglich, nur die Drosselklappe zu fixieren, sondern sie muss jedes Mal angepasst werden, wenn sich die Geschwindigkeit ändert (z. B. beim Bergauf- und Bergabfahren). Dies kann mit Hilfe eines Sensors geschehen, der die Geschwindigkeit des Fahrzeugs misst und sie in eine digitale Form für das digitale System umwandelt. Entsprechend der gemessenen Geschwindigkeit wird die Drosselklappe von dem angeschlossenen elektronischen Gerät eingestellt.
Nun wollen wir verstehen, wie ein Sensor funktioniert. Sensoren sind so platziert, dass sie direkt mit der Umgebung interagieren können, um mit Hilfe eines Sensorelements die Eingangsenergie zu erfassen. Diese erfasste Energie wird durch ein Transduktionselement in eine geeignetere Form umgewandelt.
Es gibt verschiedene Arten von Sensoren wie Positions-, Temperatur-, Druck- und Geschwindigkeitssensoren, aber grundsätzlich gibt es zwei Arten – analoge und digitale. Die verschiedenen Typen fallen unter diese beiden Grundtypen. Ein digitaler Sensor ist mit einem Analog-Digital-Wandler ausgestattet, während ein analoger Sensor keinen ADC hat.
Definition von Aktuatoren
Ein Aktuator ist ein Gerät, das eine physikalische Größe verändert, indem es ein mechanisches Bauteil in Bewegung setzt, nachdem es eine Eingabe vom Sensor erhalten hat. Mit anderen Worten, er empfängt einen Steuereingang (im Allgemeinen in Form eines elektrischen Signals) und erzeugt eine Veränderung im physikalischen System durch die Erzeugung von Kraft, Wärme, Bewegung usw.
Ein Aktor kann am Beispiel eines Schrittmotors interpretiert werden, bei dem ein elektrischer Impuls den Motor antreibt. Jedes Mal, wenn ein Impuls in den Eingang gegeben wird, dreht sich der Motor entsprechend um einen vordefinierten Betrag. Ein Schrittmotor eignet sich für Anwendungen, bei denen die Position eines Objekts präzise gesteuert werden muss, z. B. bei einem Roboterarm.
Schlüsselunterschiede zwischen Sensoren und Aktoren
- Ein Sensor ist ein Gerät, das einen physikalischen Parameter in einen elektrischen Ausgang umwandelt. Im Gegensatz dazu ist ein Aktuator ein Gerät, das ein elektrisches Signal in einen physikalischen Ausgang umwandelt.
- Der Sensor befindet sich am Eingangsanschluss, um den Eingang aufzunehmen, während ein Aktuator am Ausgangsanschluss platziert ist.
- Sensor erzeugt elektrische Signale, während ein Aktuator zur Erzeugung von Energie in Form von Wärme oder Bewegung führt.
- Magnetometer, Kameras, Mikrofone sind einige der Beispiele, in denen der Sensor verwendet wird. Im Gegensatz dazu werden Aktoren in LEDs, Lautsprechern, Motorsteuerungen, Lasern usw. verwendet.
Fazit
Sensoren liefern dem Computer Informationen über den Zustand des Systems. Aktoren hingegen nehmen Befehle entgegen, um eine Funktion auszuführen.