เปรียบเทียบ Digital Sensor และ Analog Sensor

analog signal,digital signal
Credit: 36projectsblog.wordpress.com/9-raspberry-pi-analog-to-digital-conversion-using-mcp3008-adc/

การออกแบบระบบควบคุมต่าง ๆ ผู้ออกแบบจำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์ในการรับรู้สถานะต่าง ๆ ของระบบ การเลือกใช้เซ็นเซอร์ให้เหมาะสมกับการรับรู้สถานการณ์ต่าง ๆ ของระบบ เช่น

  • อุณหภูมิ
  • ความเร็ว
  • ความเร็วรอบ
  • ความดัน
  • ความเข้มของแสง
  • การบอกตำแหน่ง
  • ความเร่ง
  • เสียง

เพื่อให้ระบบทำงานอย่างถูกต้องแม่นยำ และมีประสิทธิภาพมากที่สุด ในบทความนี้ผู้เขียนจะจำแนกเซ็นเซอร์เป็นสองประเภทคือ แอนะล็อกเซ็นเซอร์และดิจิทัลเซ็นเซอร์

แอนะล็อกเซ็นเซอร์

เซ็นเซอร์ชนิดนี้จะให้ Output ในรูปแบบของสัญญาณ หรือ แรงดันที่เปลี่ยนแปลงไปตามปริมาณของการวัดจากฝั่ง Input  ซึ่งเป็นปริมาณที่มีความต่อเนื่อง ยกตัวอย่าง  เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบแอนะล็อก สัญญาณ Output ของเซ็นเซอร์จะมีลักษณะต่อเนื่องเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิที่ลดลงหรือเพิ่มขึ้น

โดยทั่วไปแล้วสัญญาณ Output ที่ได้จากตัวเซ็นเซอร์นั้นจะมีขนาดแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างต่ำเป็น mV ( m= 1/1000) ทำให้จำเป็นต้องมีวงจรขยายสัญญาณก่อนจึงจะนำสัญญาณนั้นไปใช้ในการประมวลผลได้

Credit: https://www.electronics-tutorials.ws/io/io_1.html

แอนะล็อกเซ็นเซอร์นั้นโดยทั่วไป  Output จะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างช้า ๆ และความแม่นยำค่อนข้างต่ำ การที่จะนำสัญญาณของแอนะล็อกไปใช้ในการประมวลผลตัดสินใจกับ Microcontroller นั้น จำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องมีการแปลงจากสัญญาณแอนะล็อกเป็นดิจิทัลด้วยโมดูลที่เรียกว่า ADC (Analog Digital Converter) ซึ่งปัจจุบันสัญญาณจากแอนะล็อกเซ็นเซอร์สามารถแปลงเป็นสัญญาณดิจิทัลได้ง่ายๆ โดยการต่อเข้ากับขาของ Microcontroller ในส่วนที่มีโมดูล ADC (Analog Digital Converter) เพื่อแปลงสัญญาณเป็นดิจิทัลก่อน Microcontroller นำไปประมวลผล ส่วนความเที่ยงตรงแม่นยำจะขึ้นอยู่กับความละเอียดของ Microcontroller และ เซ็นเซอร์นั้น ๆ

ข้อดี

  1. ราคาไม่แพง
  2. ง่ายในการต่อใช้งาน ในระบบที่ไม่ซับซ้อน
  3. อ่านค่าได้รวดเร็ว (ตอบสนองรวดเร็ว)

ข้อเสีย

  1. เมื่อจะใช้กับระบบไมโครคอมพิวเตอร์ ต้องใช้ ADC แปลงก่อน
  2. ถูกรบกวนสัญญาณได้ง่าย และกำจัดสัญญาณรบกวนได้ยาก
  3. ถูกรบกวนสัญญาณได้ง่าย และกำจัดสัญญาณรบกวนได้ยาก
  4. ความเที่ยงตรงนั้นจะขึ้นอยู่กับ ADC ที่ใช้ ดังนั้นต้องมีการชดเชยความผิดพลาดหรือการ Calibrate ก่อน

ความยาวของสายมีผลต่อสัญญาณเซ็นเซอร์ ทำให้ค่าผิดพลาด ( แก้ปัญหาโดยใช้สายที่มีความต้านทานต่ำ ซึ่งจะมีราคาสูง )

ดิจิทัลเซ็นเซอร์

ดิจิทัลเซ็นเซอร์จะให้ Output เป็นสัญญาณที่ไม่ต่อเนื่อง มีสถานะอยู่ 2 แบบคือ 0 กับ 1 นั้นหมายถึงว่าสัญญาณที่ถูกส่งออกมาจากเซ็นเซอร์นั้นจะเป็น บิต (Bit)  

Credit: https://www.electronics-tutorials.ws/io/io_1.html

ตัวอย่างง่ายๆของดิจิทัลเซ็นเซอร์ จากรูปด้านบน ความเร็วของแกนหมุนถูกวัดความเร็วโดยใช้ LED กับ Opto-detector (เซ็นเซอร์รับแสง) จานหมุนซึ่งติดอยู่กับแกนเพลาจะมีการเจาะรูเพื่อให้แสงสามารถผ่านไปได้ซึ่งจำนวนของรูนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบ  รูบนจานหมุนแต่ละรูจะหมุนผ่านระหว่าง LED กับตัวเซ็นเซอร์รับแสงทำให้เกิดสัญญาณดิจิทัลในรูปแบบของสัญญาณพัลส์ โลจิก 1 หรือ โลจิก 0

Credit: https://www.analogictips.com/rotary-encoders-part-1-optical-encoders/

สัญญาณพัลส์นี้จะถูกส่งไปที่เคาน์เตอร์และถูกแปลงเป็นความเร็วแสดงผลออกทาง LED  seven segment  ยิ่งจำนวนรูบนจานหมุนที่ติดอยู่กับแกนเพลาหมุนมีมาก ความแม่นยำในการตรวจจับจะยิ่งมีมากขึ้น  ด้วยหลักการเดียวกันนี้ เซ็นเซอร์ระบุตำแหน่งการหมุนก็สามารถนำไปใช้ได้เช่นเดียวกัน

ดิจิทัลเซ็นเซอร์สามารถให้ output แบบง่ายๆ  คือ Off / On หรือให้ Output ที่มากกว่า 1 บิต ซึ่งต้องมีการสื่อสารกับไมโครคอมพิวเตอร์ ด้วยหลากหลายวิธี เช่น  I2C , SPI , Serial Communication, CAN   เป็นต้น ขึ้นอยู่กับผู้ผลิตเซ็นเซอร์นั้น ๆ  

ในปัจจุบัน  Analog Sensor ถูกแทนด้วย Digital Sensor แล้วมากมาย เพราะเทคโนโลยีพัฒนาไป ต้นทุนต่าง ๆ ของการผลิตจึงลดลง

ข้อดี

  1. มีความแม่นยำสูง
  2. ออกแบบง่ายในระบบที่ซับซ้อน  หากใช้กับไมโครคอมพิวเตอร์จะออกแบบง่าย
  3. ดูแลรักษาง่าย
  4. ความยาวของสายไม่ค่อยมีผลต่อสัญญาณมากนัก
  5. ไม่ต้อง Calibrate

ข้อเสีย

  1. ในกรณีที่สายสัญญาณยาว อาจถูกรบกวนได้จากสัญญาณ EMI  เช่นที่มาจากเครื่องยนต์ แต่สามารถขจัดได้ง่ายด้วยวิธีการทางดิจิทัล
  2. ต้นทุนอาจสูงเล็กน้อย



ที่มา

  • forum.digikey.com/t/analog-vs-digital-sensors-which-one-is-better/3651
  • arduino.stackexchange.com/questions/21419/digital-vs-analog-sensor
  • www.electronics-tutorials.ws/io/io_1.html
  • www.test-and-measurement-world.com/Terminology/Advantages-and-Disadvantages-of-Digital-Sensor.html
  • www.codrey.com/electronics/different-types-of-sensors/

Nataphonng Thipkham

Leave a Reply