传感器及其接口
第四章传感器及其接口技术
4.1 概述
传感器技术是机电一体化的关键性技术。机电一体化系统或产品的柔性化、功能化和智能化都与传感器的品种多少、性能好环密切相关。
在机电一体化系统中有各种不同的物理量(如位移、压力、速度等)需要控制和监测，如果没有传感器对原始的各种参数进行精确而可靠的检测，那么对机电产品的各种控制部是无法实现的。因此能把各种不同的非电量转换成电量的传感器便成为机电一体化系统中不可缺少的组成部分。
传感器技术自身就是一门多学科、知识密集的应用技术。传感原理、传感材料及加上制造装配技术是传感器开发的三个重要方面。作为一个独立器件，传感器的发展正进入集成化智能化研究阶段。把传感器件与信号处理电路集成在一个芯片上，就形成了信息型传感器；若再把微处理器集成到信息型传感器的芯片上，就是所谓的智能型传感器。
4.1.1传感器的定义
传感器：传感器是种以一定的精确度将被测量(如位移、力、加速度等)转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量(如电量)的测量部件或装置。
4.1.2 组成
组成：敏感元件、转换元件、电子线路等组成。
1敏感元件直接感受被测量、并以确定关系输出物理量。如弹性敏元件将力转换为位移或应变输出。
2 转换元件将敏感元件输出的非电物理量(如位移、应变、光强等)转换成电路基数(如电阻、电感、电容等)等。
3 基本转换电路将电路参数量转换成便于测量的电量，如电压、电流、频率等。
传感器的组成框图
实际的传感器,有的很简单，有的则较复杂。有些传感器(如热电偶)只有敏感元件，感受被测量时直接输出电动势。有些传感器由敏感元件和转换元件组成、无需基本转换
电路，如压电式加速度传感器。还有些传感器由敏感元件和基本转换电路组成，如电容式位移传感器。有些传感器，转换元件不只一个，要经过若干次转换才能输出电量。大多数传感器是开环系统．但也有个别的是带反馈的闭环系统。
4.1.3 传感器的特性
传感器比较常用的性能指标有以下几种
(1) 关于输入量的特性：
量程或测量范围
传感器预期要测量的被测量值，一般用传感器允许测量的上下极限值来表示，其中上限值也称为满量程FS。
过载能力
传感器允许承受的最大输入量(被测量)
(2) 响应特性：
·静态响应特性
精度
表示测量结果与被测的“真值”的接近程度。一般用“极限误差”或极限误差与满量程的比值按百分数给出。
重复性
反映传感器在工作条件不变的情况下，重复地输入某一相同的输入值，其输出值的一致性，其意义与精度类似。
线性度
也称非线性，表示传感器输出与输入之间的关系曲线与选定的工作曲线的靠近程度，采用工作直线与实际工作曲线之间的最大偏差值与满量程输出之比来表示。
灵敏度
传感器输入增量与输出增量之比；
稳定性(温度漂移，时间零漂)
时间零漂，在规定的时间内，在温度不变的条件下，零输出的变化；
温度漂移，当温度发生变化时，其输出特性的变化，通常用零点输出变化值表示，也可以用它与满量程的比值来表示。
·动态响应特性
在被测量的物理量随时间变化的情况下，传感器的输出能否很好地追随输入量的变化是一个很重要的问题。有的传感器尽管其静态持性非常好，但由于不能很好追随输入量的快速变化而导致严重误差，这种动态误差若不注意加以控制，可以高达百分之几十其至百分之百。这就要求我们要认真注意传感器的动态响应持性。
频率响应特性
幅颠特性
相频特性
阶跃响应特件
时间常数
上升时间
过冲量(超调量)
固有频率
阻尼比(对数减缩)
4.1.4 传感器的分类
传感器的分类方法有多种，如按被测物理量的性质分；位移传感器、温度传感器、压力传感器等等；按工作机理分；电阻式、电感式、电容式、光电式；
按照输出信号的性质分类；可分为开关型(二值型)、模拟型和数字型，如下图所示：
1 开关型
开关型传感器的二值就是“1”和“0”或开(ON)和关(OFF)。这种“l”和“0”数字信号可直接传送到微机进行处理，使用方便。
二值型传感器的实用特性
特性曲线中如果设输出状态从断到通时的输入值为INon，而从通到断时的输入值为INoff，则特性满足
INoff＜INon
INoff与INon的差称为磁滞宽度或瞬动(snap)宽度。
2 数字型
数字型传感器有计数型和代码型两大类。其中计数型又称脉冲数字型，所示。它可以是任何一种脉冲发生器，所发出的脉冲数与输入量成正比，加上计数器就可对输入量进行计数，如可用来检测通过输送带上的产品个数，也可用来检测执行机构的位移量，这时执行机构每移动一定距离或转动一定角度就会发生一个脉冲信号，例如增量式光电码盘和检测光栅就是如此。
代码型传感器又称编码器，它输出的信号是数字代码，每一代码相当于一个一定的输入量之值。
3 模拟型
模拟型传感器的输出是与输入物理量变化相对应的连续变化的电量。输入与输出可以是线性的也可以是非线性的。
4.1.5 机电一体化系统对传感器的基本要求
1 精度和灵敏度高、响应快、稳定性好、信噪比高；
2 体积小、重量轻、对整机的适应性好；
3 安全可靠、寿命长；
4 便于与计算机连接；
5 不易受被测对象性(如电阻、导磁率)的影响，也不影响外部环境；
6 对环境条件适应能力强;
7 现场处理简单、操作性能好；
8 价格便宜。
4.1.6 机电一体化系统常用传感器
1 位移检测传感器
位移测量是直线位移测量和角位移测量的总称，位移测量在机电一体化领域中应用十分广泛，这不仅因为在各种机电一体化产品中常需位移测量，而且还因为速度、加速度力、压力、扭矩等参数的测量都是以位移测量为基础的。
直线位移传感器主要有：电感传感器、差动变压器传感器、电容传感器、感应同步器和光栅传感器。
角位移传感器主要有：电容传感器、旋转变压器和光电编码盘等。
2 速度、加速度传感器
检测转速的传感器有测速发电机、光电、磁电式转速传感器，检测加速度可用电容式或压电式加速度传感器。检测直线运动速度时，可以将直线运动变换成回转运动，然后再用转速传感器检测。采用数字型传感器检测位移时，也可同时检测运动速度。对于计数型传感器，可通过检测其脉冲频率来得到运动速度的数据。代码型传感器，则可通过检测其代码变换周期来确定运动的速度。
n = 60N/Zt
n—转速
t –测量时间
N ---t内的脉冲个数
Z --- 圆盘上的缝隙个数
3力、力矩传感器
利用应变片可以制成应力传感器、力传感器和力矩传感器，还可将应变片直接贴在被检测部分来检测力、压力和力矩的大小，所使用的应变片有电阻丝式、金属箔式和半导体式。
4 位置传感器
位置传感器和位移传感器不一样，它所测量的不是一段距离的变化量，而是通过检测，确定是否已到某一位置。因此、它只需要产生能反映某种状态的开关量就可以了。
位置传感器分接触式和接近式两种。所谓接触式传感器就是能获取两个物体是否己接触的信息的一种传感器；而接近式传感器是用来判别在某一范围内是否有某—物体的一种传感器。
接触式位置传感器
这类传感器用微动开关之类的触点器件便可构成，它分以下两种
a. 由微动开关制成的位置传感器
b. 二维矩阵式配置的位置传感器
1、柔软电极
2、柔软绝缘体
接近式位置传感器
接近式位置传感器按其工作原理主要分：①电磁式；②光电式；③静电容式；④超声波式；⑤气压式等。其基本工作原理可用下图表示出来。
接近式位置传感器的工作原理
5 视觉传感器
视觉传感器在机电一体化系统中的作用有：1、确定对象物的位置与姿势；2、图像识别：确定对象物的特征(识别符号、读出文字、识别物体)；3、形状、尺寸检验：检
查零件形状和尺寸方面的缺陷。
为了能够从二维或三维对象物上摄取图像信息，以光电变换为主的视觉传感器应包括照明、摄像、光电变换和扫描四部分。在机电一体化系统中采用的视觉传感器有光导摄像管摄像机、固体半导体摄像机、激光视觉传感器等。固体半导体摄像器件有CMOS 型(金属氧化物集成电路)、CCD型(电荷耦合器件)以及MOS和CCD混合型等。
4.2 传感器与微机的接口技术
输入到微型机的信息必须是微型机能够处理的数字量信息。传感器的输出形式可分为模拟量、数字量和开关量。与此相应的有三种基本接口方式，见下表。
4.2.1 数字量、开关量的接口
可以通过缓冲器直接输入到计算机数据总线上。
4.2.2 模拟量的接口
1、模拟量的数字化过程
(1) 时间断续
采样定理
信号最高频率为fc,在采样频率fs>= 2fc为的条件下，采样后的信号能无失真的
恢复为原来的模拟信号。
(2) 数值断续
数值断续的过程叫量化，所谓的量化就是把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整数倍数比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位的倍数来代替该幅值。最小单位叫量化单位，q=FSR/2n
完成量化的器件叫量化器，即A/D转换器。
2、模数（A/D）转换器
模数转换器把输入的模拟信号经过量化和编码后，转换成数字信号的器件。
可分为直接比较型和间接比较型两大类。
(1)逐次逼近型A/D转换器
结构与工作原理
(2) 双斜积分式A/D 转换器
结构与工作原理
112U U N N REF
3 采样保持器
在对模拟信号进行模数变换时，从启动变换到变换结束的数字量输出，需要一定的时间，即A ／D 转换器的孔径时间。当输入信号频率提高时，出于孔径时间的存在，会造成较大的转换误差；要防止这种误差的产生，必须在A ／D 转换期间将信号电平保持住，而在A ／D 转换结束后又能跟踪输入信号的变化，即对输入信号处于采样状态。能完成这种功能的器件叫采样／保持器，从上面分析也可知，采佯／保持器在保持阶段相当于一个模拟信号存储器”。
采样保持器的组成与工作原理
图中：K为模拟开关、C H为保持电容、A为缓冲放大器
4模拟多路开关
在机电一体化领域中，经常对许多传感器信号进行采集和控制。如果每一路都单独采用各自的输入回路，即每一路都采用放大、采样／保持、A／D等环节，不仅成本比单路成倍增加，还会导致系统体积庞大，且由与模拟器件，阻容元件参数和特性不一致，对系统的校准带来很多困难。因此除特殊情况下，多采用公共的采样／保持及A／D转换电路。要实现这种设计，往往采用多路模拟开关。
模拟多路开关的组成与工作原理
5、测量放大器
在许多检测技术应用场合．传感器输出的信号往往较弱，而且其中还包括工频、静电和电磁耦合等共模干扰，对这种信号的放大就需要放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗。习惯上将具有这种特点的放大器称为测量放大器或仪表放大器。
下图为三个运放组成的测量放大器，差动输入端U I1和U I2分别是两个运算放大 器(A1、A2)的同相输入端，因此输入阻抗很高，采用对称电路结构，而且被测信号直接加入到输入端上，从而保证了较强的抑制共模信号的能力。A3实际上是一差动跟随器，其增益近似为1。测量放大器的放大倍数由下式确定：
3
5121)21(R R R R U U U K G I I O +=-=
6、传感器模拟量接口的几种形式
(1)多通道一般型
特点：适合于中低速采样，在A/D转换器为逐次逼近式的情况下，必须加采样保持器。在采用间接比较式A/D转换器的情况下可以不加采样保持器。
此方案可有效降低接口成本。
(2) 多通道同时采样共享A/D转换器型
特点：可以保证多路信号的相位关系，可以降低接口成本。
(3) 多通道并行A/D转换型
特点：适合于高速、超高速信号转换，能够保证各路信号的相位，成本较高。4．3 传感器的非线性补偿处理
在机电一体化测控系统中，特别是需对被测参量进行显示时，总是希望传感器及检测电路的输出和输入特性呈线性关系．使测量对象在整个刻度范围内灵敏度一致，以便于读数及对系统进行分析处理。但是，很多检测元件如热敏电阻、光敏管、应变片等具有不同程度的非线性特性，这使较大范围的动态检测存在着很大的误差。以往在使用模拟电路组成检测回路时，为了进行非线性补偿，通常用硬件电路组成各种补偿回路，如常用的信息反馈式补偿回路使用对数放大器、反对数放大器等，这不但增加了电路的复杂性，而且也很难达到理想的补偿。这种非线性补偿完全可以用计算机的软件来完成，其补偿过程较简单，精确度也很高，又减少了硬件电路的复杂性。在完成了非线性参数的线性化处理以后，要进行工程量转换，即标度变换、才能显示或打印带物理单位的数值。
传感器的非线性软件处理方法
常用的非线性软件处理方法主要有两种：计算法和插值法。
4.3.1插值法
设某传感器的输出特性曲线(例如电阻—温度持性曲线)．如下图所示。
由图可以看出，当巳知某—输入值x i以后，要想求出值y i并非易事，因为其函数关系数关系式y=f(x)并不是简单的线性方程。为使问题简化，可以把该曲线按一定要求分成若干段，然后把相邻两分段点用直线连起来(如图中的虚线所示)，用此直线代替相应的各段曲线、即可求出输入值x所对应的输出值y。例如，设x在(x i,x i+1)之间，则其对应的逼近值为
分段现行插值原理
()i i
i i i i x x x x y y y y ---+=++11 令i
i i i i x x y y k --=++11,
则 ()i i i x x k y y -+=
具体执行过程：
第一步，用实验法测出传感器的变化曲线y ＝f(x)。为准确起见，要多测几次，以便求出一个比较精确的输入／输出曲线。
第二步, 将上述曲线进行分段、选取各插值基点。为了使基点的选取更合理，不同的曲线采用不同的方法分段。主要有两种方法：
(1) 等距分段法
等距分段法即沿y 轴等距离地选取插值基点。这种方法的主要优点是使xi+1-xi ＝常数，因而使计算变得简单。但是函数的曲率和斜率变化比较大时，会产生一定的误差；要想减少误差．必须把基点分得很细，这样势必占用较多的内存，并使计算机所占用的机时加长。
(2) 非等距分段法
这种方法的特点是函数基点的分段不是等距离的，通常将曲线曲率大的线段插值距
离划分小一点，而使曲率小区域的插值距离大一点，但非等值插值点的选取比较麻烦。 第三步 确定并计算出各插值点xi 、yi 的值及两相邻插值点间的拟合直线的斜率ki 并存放在存储器中。
第四步 找出x 所在的区域(xi,xi+1),并取出该线段的斜率ki 。
第五步 计算()i i i x x k y y -+=
4.3.2 拟合计算法
当输出电信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时，就可采用计算法进行非线性补偿。即在软件中编制一段完成数字表达式计算的程序，被测参数经过采样、滤波和标度变换后直接进入计算机程序进行计算，计算后的数值即为经过线性化处理的输出参数。
在实际工程上，被测参数和输出电压常常是一组测定的数据。这时如仍想采用计算法进行线性化处理，则可应用数学上曲线拟合的方法对被测参数和输出电压进行拟合，得出误差最小的近似表达式。通常采用多项式最小二乘拟合的方法，找出一个能较准确地反映传感器输出信号与被测量之间关系的多项式。
一般形式
++++=32dx cx bx a y y 为被测量，x 为传感器输出值。
除了多项式外也可以用其他的模式进行最小二乘拟合。
4.4 传感器输出信号的数字滤波
在机电一体化测控系统的输入信号中，一般都含有各种干扰信号，它们入要来自被测信号本身、传感器或者外界的干扰。为了提高信号的可靠性，减小虚假信息的影响，可采用软件方法实现数字滤波。数字滤波就是通过一定算法程序的计算或判断来剔除或减少干扰信号成分，提高信噪比。它与硬件RC 滤波器相比具有以下优点：
(1) 数字滤波是用软件程序实现的，不需要增加任何硬件设备，也不存在阻抗匹配问题，可以多个通道共用，不但节约投资，还可提高可靠性、稳定性。
(2) 可以对频率很低的信号实现滤波，而模拟RC 滤波器由于受电容容量的限制,频 率不可能太低。
(3) 灵活性好，可以用不同的滤波程序实现不同的滤波方法，或改变滤波器的参数。 正因为用软件实现数字滤波具有上述特点，所以在机电一体化测控系统中得到了越 来越广泛的应用。
数字滤波的方法有很多种，可以根据不同的测量参数进行选择。下面介绍几种常用 的数字滤波方法及程序。
4.4.1 算术平均值法
算术平均值法是寻找一个Y 值，使该Y 值与各采样值间误差的平方和为最小．即
由0=dY dE ，得算术平均值法的算式 ∑==N i i x N
Y 11
式中: x i ——第i 次采样值；
Y ——数字滤波的输出；
N ——采样次数。 N 的选取应按具体情况决定。若N 大，则平滑度高，灵敏度低，但计算量较大。一般而言，对于流量信号，推荐取N ＝12；压力信号取N=4。
4.4.2 中值滤波法
所谓“中值滤波法”，就是对某一个被测量连续采样n 次(一般取奇数)，然后把n 个采样值从小到大(或从达到小)排序，再取中间值作为本次采样的结果。
321x x x <<， 取x 2
中值滤波能有效地滤去由于偶然因素引起的波动(脉冲)或采样器的不稳定造成的误码等引起的脉冲干扰。对缓慢变化的过程变过采用中值滤波有效果。中值滤波不宜用于快速变化的过程参数。
4.4.3 防脉冲干扰复合滤波法
将算术平均值法和中值滤波法结合起来、便可得到防脉冲干扰平均值法。它是先用 中值滤波原理滤除由于脉外干扰引起误差的采样值，然后把剩下的采样值进行算术平均。 若N x x x x <<<< 321，则
)2/()(132-+++=-N x x x Y N
可以看出，防脉冲干扰平均值法兼顾了算术平均值法和中值滤波的优点，在快、慢速系统系统中都能削弱干扰。提高控制质量。当采样点数为三时，它便是中值滤波法。
4.4.4 惯性滤波法
惯性滤波法是一种以数字形式实现低通滤波的动态滤波方法。与一阶低通RC 模拟滤波器相比，能很好实现对低频干扰的滤波。
对一阶模拟低通滤波器的传递函数离散化，可以得到：
1)1(-+-=k k k y x y αα
其中 k y ——第k 次采样后滤波结果输出值；
k x ——第k 次采样值；
α——滤波平滑系数，s T +=ττ
α，τ时间常数，Ts 采样周期
惯性滤波法适合于波动频繁的被测量的滤波，它能很好的消除周期性干扰，但也带来了输出数据的相位滞后的结果,滞后角的大小与α的选择有关。
传感器接口及接口标准
传感器接口 一简介 接口是对象之间交互作用的通道，协议是双方通信方式的约定，也属于接口定义的范畴。从功能层次上看，在传感器网络中主要存在两大类接口，这两类接口分别承担着不同的任务。 一类接口是将物理层次的传感器执行器连接到网络层，定义为传感器接口标准，主要代表是IEEE 1451协议族。 另一类接口是工作在网络层次上，甚至在全网范围内（如在Internet 上）处理传感器信息，为特定的应用所服务，定义为传感器WEB网络框架协议，主要代表如OGC SWE。 二：目前面临的问题 接口种类繁多，给传感器网络化规模应用带来不便。 三：已有的一些标准 1：IEEE制定的1451协议簇 国际电子电气工程师协会（IEEE）面对目前传感器市场上总线接口互不兼容，互操作性差难以统一的难题，专门建立专家组制定IEEE1451协议族，以此来解决传感器接口的标准化问题。IEEE1451协议族共分六个协议标准，这个标准提供了将变送器（传感器和执行器）连接到一个数字系统,尤其是到网络的方式，简化了现场变送器到微处理器以及网络的连接,提供一个适合各种网络的工业标准接口,有效的实现现场各种不同的智能变送器的网络互连、即插即用，最终实现各个传感器或执行器厂家的产品相互兼容，降低了构建网络化测控系统的总成本。 传感网底层接口标准要能够实现以下功能： 1.即插即用（Plug and play capability） 2.可寻址（Addressable ） 3.同步（Synchronization） 4.通讯接口（Communication interface) 5.传感器接口通道（Communications Channels） 6.控制接口通道（Status identification） IEEE1451协议族具体定义如下： ——通用功能、通信协议和变送器电子数据表(Transducer Electronic DataSheets , TEDS)格式。 ——网络应用处理器（NCAP）信息模型。 ——变送器-微处理器通信协议和TEDS格式。 ——分布式多点系统数字通信和TEDS格式。 ——混合模式通信协议和TEDS格式。定义采用反转极性的混合模式通信在相同的两条线路上以数字方式传送TEDS数据，发送模拟变送器信号。 ——无线传感器通信与TEDS格式。 ——用于本质安全和非本质安全应用的高速、基于CANopen协议的变送器网络接口。
压力传感器工作原理
电阻应变式压力传感器工作原理细解 2011-10-14 15:37元器件交易网 字号： 中心议题： 电阻应变式压力传感器工作原理 微压力传感器接口电路设计 微压力传感器接口系统的软件设计 微压力传感器接口电路测试与结果分析 解决方案： 电桥放大电路设计 AD7715接口电路设计 单片机接口电路设计 本文采用惠斯通电桥滤出微压力传感器输出的模拟变量，然后用INA118放大器将此信号放大，用7715A/D 进行模数转换，将转换完成的数字量经单片机处理，最后由LCD 将其显示，采用LM334 做的精密5 V 恒流源为电桥电路供电，完成了微压力传感器接口电路设计，既能保证检测的实时性，也能提高测量精度。 微压力传感器信号是控制器的前端，它在测试或控制系统中处于首位，对微压力传感器获取的信号能否进行准确地提取、处理是衡量一个系统可靠性的关键因素。后续接口电路主要指信号调节和转换电路，即能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。由于用集成电路工艺制造出的压力传感器往往存在：零点输出和零点温漂，灵敏度温漂，输出信号非线性，输出信号幅值低或不标准化等问题。本文的研究工作，主要集中在以下几个方面：
(1)介绍微压力传感器接口电路总体方案设计、系统的组成和工作原理。 (2)系统的硬件设计，介绍主要硬件的选型及接口电路，包括A/D 转换电路、单片机接口电路、1602显示电路。 (3)对系统采用的软件设计进行研究，并简要阐述主要流程图，包括主程序、A/D 转换程序、1602显示程序。 1 电阻应变式压力传感器工作原理 电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把4 个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。 当有压力时各桥臂的电阻状态都将改变，电桥的电压输出会有变化。 式中：Uo 为输出电压，Ui 为输入电压。 当输入电压一定且ΔRi <
智能传感器的功能
摘要 智能传感器系统是传感器的一个主要研究方向，是当今世界正迅速发展的一门现代综合技术，在工业和生活中有着广泛的应用。我们现在被无数智能的设备围绕着：智能手机、智能手表、智能眼镜、智能冰箱、智能空调。很难想象在现代生活中如果没有传感器，没有智能设备，我们的城市该如何运作。这样说明了智能传感器在现代社会中重要的地位。最近愈发火热的物联网，要将任何物品与互联网连接，其中必然要实现物品的智能识别、定位、收集、跟踪、监控、处理，这也决定了智能传感器在其中的基础作用与核心地位。本文介绍智能传感器概念、产生背景，主要对智能传感器的基本功能及特点加以阐述，让大家对当前技术水平下智能传感器的主要功能有所了解，从而完善智能传感器的基本概念。在介绍功能时，列举一些相关实例，希望能加深大家的理解。 关键词：智能传感器综合技术物联网 智能传感器的发展背景 智能传感器概念最早由美国宇航局在研发宇宙飞船过程中提出来,并于1979年形成产品。宇宙飞船上需要大量的传感器不断向地面或飞船上的处理器发送温度、位置、速度和姿态等数据信息,即便使用一台大型计算机也很难同时处理如此庞大的数据。何况飞船又限制计算机体积和重量,于是引入了分布处理的智能传感器概念。其思想是赋予传感器智能处理功能,以分担中央处理器集中处理功能。同时,为了减少智能处理器数量,通常不是一个传感器而是多个传感器系统配备一个处理器,且该系统处理器配备网络接口。 早起，人们简单机械的强调在工艺上将传感器与微处理器两者紧密结合，认为“传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片就是智能传感器”随着智能传感器的发展，对其“智能”含义的理解也不断的深化，不再过分强调“传感器微机化”，于是进而认为“智能传感器就是一种带有微处理器兼有检测信息和信息处理功能的传感器”。 H. Schodel，E. Beniot等人则更进一步强调了智能化功能，认为“一个真正意义上的智能传感器，必须具备学习、推理、感知、通信及管理等功能”智能传感器至今没有一个统一的定义，在这里把“传感器与微处理器赋予智能的结合，兼有信息检测与信息处理功能的传感器就是智能传感器”。
智能传感器
汽车智能传感器 智能传感器 智能传感器（intelligent sensor）是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。一般智能机器人的感觉系统由多个传感器集合而成，采集的信息需要计算机进行处理，而使用智能传感器就可将信息分散处理，从而降低成本。与一般传感器相比，智能传感器具有以下三个优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化。 汽车智能传感器 现代汽车正朝着智能化、自动化和信息化的机电一体化产品方向发展，以达到“人-汽车-环境”的完美协调。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。目前，一般汽车装配有几十到近百个传感器，而高级豪华汽车更是有大约几百个传感器。 汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统。它的应用大大提高了汽车电子化的程度，增加了汽车驾驶的安全系数。 发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器向发动机的电子控制单元(ECU)提供发动机的工作状况信息，供ECU对发动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。 底盘控制用传感器是指用于变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、制动防抱死系统等底盘控制系统中的传感器。这些传感器尽管分布在不同的系统中，但工作原理与发动机中相应的传感器是相同的。而且，随着汽车电子控制系统集成化程度的提高和CAN
三、电阻式传感器接口电路的设计
实验三 电阻式传感器的仿真与接口电路设计 首先介绍一款应变片传感器YZC-1B称重传感器。它的主要参数见下表。 额定载荷： 3,5,8,10,15,20,25,30, 35,40,45kg 绝缘电阻：≥5000MΩ 工作温度范围：-40 ～+80℃ 灵敏度：2.0±0.002mv/v 安全过载：150%F.S 综合误差：±0.02%F.S 极限过载：200%F.S 蠕变：±0.02%F.S 推荐激励电压：10～12V(DC) 零点平衡：±1%F.S 最大激励电压：15V 零点温度影响：±0.02%F.S/10℃ 密封等级：IP67 输出温度影响：±0.02%F.S/10℃ 材质：铝合金 输入电阻：405±5Ω 电缆：线长：0.3～3m；直径：￠4mm 输出电阻：350±3Ω 输入+：红；输入-：黑； 输出+：绿；输出-：白 这种传感器主要的应用领域是电子计价秤、计重秤等小台面电子秤。它的外观是这样的。这个实验里首先对这样一款传感器进行仿真，然后设计一个接口电路，使其具有测量压力（重量）的功能。
电阻应变片的工作原理基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的 电阻值相应发生变化。应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随着 压力的变化而变化。对于金属导体，导体变化率△R/R的表达式为: △ R/R ≈(1＋2μ)ε 式中μ为材料的泊松系数；ε为应变量。通常把单位应变所引起电阻值相对 变化称作电阻丝的灵敏系数。对于金属导体，其表达式为: K ＝△R/R＝(1＋2μ) 所以△R/R＝K ε。 在外力作用下，应变片产生变化，同时应变片电阻也发生相应变化。当测得 阻值变化为ΔR时，可得到应变值ε，根据应力与应变关系，得到应力值为: σ＝Eε 式中：σ为应力；ε为应变量（为轴向应变）；E为材料的弹性模量（kg／mm2）。又知，重力G与应力σ的关系为G＝㎎＝σs 。式中：G为重力；S为应 变片截面积。 根据以上各式可得到：ΔR/R＝K mg/ES。由此便得出应变片电阻值变化与物 体质量的关系，即ΔR＝RK 0mg/ ES。根据应变片的材料，取K =2，E=16300kg∕ mm2， s=100mm2，R=350Ω,g=9.8m∕s，ΔR=[（2×9.8×348）∕（16300×100）]m。 最终确定电阻变化与质量的对应关系为： ΔR =4.185×10-3m 下面用multisim10建立一个包含有传感器和放大电路在内的电路原理图，来进行输入输出的仿真。原理图如下。
通常传感器接口电路
Universal Transducer Interface(UTI) 通用传感器接口电路 特性 *为各种型号的传感器提供接口电路: 容性器件铂电阻热敏电阻 电阻电桥电位差计 *测量多种传感器件 *单电源供电2.9V-5.5V,工作电流低于2.5mA *分辨率可达14bits，线性可达13bits *能够连续自动校准偏移量和增益误差 *兼容微处理器输出信号 *三态输出 *典型测量时间是10ms或100ms *2路或3路或者4路测量方式 *所有传感器元件支持交流激励电压信号 *能够抑制50HZ~60HZ的交流干涉 *掉电模式 *DIL工作温度范围-40℃~85℃ *裸片工作温度范围是-40℃~180℃ 应用 自动化领域工业领域和医疗领域 *容性标准感测 *位置感测 *角度感测 *精确温度测量（铂电阻，负温度系数） *用于压力，力的测量的阻桥传感器 1. 概况描述 通用传感器接口电路(UTI) 通用传感器接口电路对于基于周期调制的低频测量应用是一个完整的模拟前端。传感器元件可以直接与UTI连接而不需要额外的电路，只需要一个与传感器相同型号的元件作为参考。通用传感器接口电路输出一个微控制器可兼容的周期调制信号。通用传感器接口电路可以为以下传感器提供接口： *容性传感器0 - 2 pF, 0 -12 pF,范围最大为300 pF *铂电阻Pt100, Pt1000 *热敏电阻1KΩ– 25KΩ
*电阻桥250 Ω - 10 kΩ最大不平衡为+/- 4% or +/- 0.25% *电位计1kΩ- 50kΩ *结合以上各条 通用传感器接口电路对于基于智能微控制器的系统来说是理想的应用。所有的数据都以微控制器可兼容的信号输出，这样既减少了连接线的数量也减少了绝缘系统中耦合器的需求量。如果想了解关于绝缘通用传感器接口电路的应用，请参考我们网页支持中心中的相关应用注意事项。此完整系统对于漂移误差和增益误差持续的自校准表现在采用三信号技术。低频干扰被高级截波技术消除。而通过设置四位的二进制模式码则可以选择十六种操作模式。 原理框图 2．引脚说明 UTI可以采用16脚的塑料双列直插封装（DIP），也可以采用18脚的小外形封装（SOIC）。图一给出了这两种封装形式的外形图。引脚的功能在表一中列出。 图一
压力传感器工作原理
电阻应变式压力传感器工作原理细解 201１—10-14 １5：37元器件交易网 字号： 中心议题: 电阻应变式压力传感器工作原理 微压力传感器接口电路设计 微压力传感器接口系统得软件设计 微压力传感器接口电路测试与结果分析 解决方案： 电桥放大电路设计 AD7715接口电路设计 单片机接口电路设计 本文采用惠斯通电桥滤出微压力传感器输出得模拟变量，然后用IＮA11８放大器将此信号放大,用7７15A/D 进行模数转换，将转换完成得数字量经单片机处理,最后由LCD 将其显示，采用LM３34 做得精密5 V 恒流源为电桥电路供电,完成了微压力传感器接口电路设计,既能保证检测得实时性，也能提高测量精度。 微压力传感器信号就是控制器得前端，它在测试或控制系统中处于首位，对微压力传感器获取得信号能否进行准确地提取、处理就是衡量一个系统可靠性得关键因素.后续接口电路主要指信号调节与转换电路,即能把传感元件输出得电信号转换为便于显示、记录、处理与控制得有用电信号得电路。由于用集成电路工艺制造出得压力传感器往往存在:零点输出与零点温漂，灵敏度温漂,输出信号非线性,输出信号幅值低或不标准化等问题。本文得研究工作，主要集中在以下几个方面： (1）介绍微压力传感器接口电路总体方案设计、系统得组成与工作原理。
（2）系统得硬件设计，介绍主要硬件得选型及接口电路,包括Ａ/D 转换电路、单片机接口电路、1602显示电路。 (3）对系统采用得软件设计进行研究，并简要阐述主要流程图,包括主程序、A/Ｄ转换程序、16０2显示程序。 1 电阻应变式压力传感器工作原理 电阻应变式压力传感器就是由电阻应变片组成得测量电路与弹性敏感元件组合起来得传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面得电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值得变化。这样弹性体得变形转化为电阻应变片阻值得变化。把4 个电阻应变片按照桥路方式连接,两输入端施加一定得电压值，两输出端输出得共模电压随着桥路上电阻阻值得变化增加或者减小。一般这种变化得对应关系具有近似线性得关系。找到压力变化与输出共模电压变化得对应关系,就可以通过测量共模电压得到压力值。 当有压力时各桥臂得电阻状态都将改变，电桥得电压输出会有变化. 式中：Uｏ为输出电压，Ui 为输入电压。 当输入电压一定且ΔＲi 〈
网络化智能传感器标准IEEE 14512 的TII 协议研究
网络化智能传感器标准IEEE 协议研究TII 的14512 综控制与智运动控智能仪通信网传感检模型仿软件与
行 软件工 新闻动态产业综观专题专栏基础知识技术前沿专业论文应用案例资料频道教程行业数据服务虚拟图书馆分析报告会展信息政策法规资源导航 协议研究IEEE 1451.2 的TII 网络化智能传感器标准用户: 密码: 2006-8-7 15:50:21 【文章字体：大中小】打印收藏关闭
一、引言 传感器与网络相连，是信息技术发展的一种必然趋势。然而控制总线网络多种多样，千差万别，内部结构、通信接口、通信协议各不相同，以此来连接各种变送器（包括传感器和执行器），则要求这些传感器或执行器必须符合这 些标准总线的有关规定。由于技术上、成本上的原因，传感器的制造商无法使自己的产品同时满足各种各样的现场总线要求，而这些现场总线本身有各自的 优点，针对不同的应用对象，有自身的优势；但它们之间的不兼容性、不可互操作性和各自为战的弊端，给广大用户带来了很大的不便。一个通用的、普遍IEEE 接受的传感器接口标准将使制造商、系统集成者和最终用户受益，这就是 1999 在各方努力下，1451 标准产生最直接的原因。IEEE 年、在和NIST 1997 标准，IEEE 1451.3 和IEEE 1451.1 、IEEE 1451.2年先后颁布了2003 年和 同个工作组对标准进行进一步的扩展研究IEEEP1451.IEEEP1451.4 IEEE P1451. Transducer ElectronicIEEE 1451.2标准通过一个变送器电子数据表 ），使变送器模块具有即插即用的功能，同时定义了DataShee，简TEDS
MIPI联盟公开其传感器接口规范MIPI I3C
MIPI联盟公开其传感器接口规范MIPI I3C 接口规范的公开有助于智能手机、可穿戴设备、物联网设备、增强现实/虚拟现实和汽车系统实现更多设计创新 致力于为移动和受移动影响行业制定接口规格的国际组织MIPI?联盟今日宣布公开其传感器接口规范MIPI I3C。 即日起，包括目前非MIPI联盟成员在内的所有公司均可使用MIPI I3C v1.0规范，因此各公司可评估将该规范整合到其传感器集成计划和设计应用中的可行性。 MIPI联盟主席Joel Huloux表示：“MIPI I3C对在过去35年里得到广泛应用的I2C技术进行了升级并受到欢迎。接口规范的公开为激发创新创造了机会，还为移动以外的行业提供助力。MIPI I3C也为MIPI成员公司带来益处，因为它支持更广泛的应用和互操作性，有助于加强生态系统并提供更丰富的开发环境。” MIPI联盟最近还针对该规范发布了一系列常见问题解答(FAQ)，为考虑在其设计中使用MIPI I3C的公司提供支持。常见问题解答由MIPI联盟传感器工作小组(Sensor Working Group)开发，提供MIPI I3C技术介绍以及实现和互操作性测试方面的指导。 2017年1月，MIPI联盟首次面向MIPI联盟成员社区发布了MIPI I3C，它简化和推进了之前广泛应用于传感器行业的I2C和SPI等接口技术。这一接口规范统一做法为在一个设备中经济有效地整合来自多个供应商的多种传感器提供更大便利，满足了使用多种传感器的智能手机、可穿戴设备、物联网(IoT)设备、增强现实/虚拟现实产品和汽车系统的需求。MIPI联盟还将利用新规范扩大MIPI I3C生态系统，该新规范用于实现将于2018年发布的MIPI I3C。这些规范包括：MIPI I3C主机控制器接口(HCI)、MIPI Touch、MIPI Debug for I3C、MIPI DisCo for I3C和MIPI CSI-2 v2.1，其中MIPI I3C HCI是一个即将发布的规范，其允许单个软件驱动程序支持来自不同供应商的MIPI I3C硬件。 MIPI联盟传感器工作小组主席Ken Foust指出：“自发布以来，MIPI I3C已成为MIPI联盟内部开发活动的跳板，扩展了用例并进一步提高了其对开发人员社区的价值。我们希望就
传感器接口电路的抗干扰设计
传感器接口电路的抗干扰设计 陈海燕 陈 荡 蚌埠日月仪器研究所 安徽省蚌埠市 233010 陈 宏 蚌埠高等专科学校 安徽省蚌埠市 233000 【摘要】提出了传感器小信号处理时存在影响精度的来自三方面的干扰问题:局部产生;子系统内部的耦合;外部产生,并讨论了设计电路时相应的解决办法。 关键词:低电平测量 干扰 抑制 1 引言 凡是传感器接口电路都存在小信号处理问题。因为传感器的输出一般都是小信号,将其精确地放大到所需要的信号(如0～5V),并能达到所需要的技术指标,就必须注意到电路图上未表示出来的某些问题,即抗干扰问题。在进一步讨论电路元件的选择、电路和系统应用之前,有必要进行讨论。 干扰可粗略地分为3个方面: (1)局部产生(即不需要的热电偶); (2)子系统内部的耦合(即地线的路径问题); (3)外部产生(即电源频率的干扰)。 2 局部产生误差的消除 在低电平测量中,对于在信号路径中所用的(或构成的)材料必须给予严格的注意,在简单的电路中遇到的焊锡、导线以及接线柱等都可能产生实际的热电势。由于它们经常是成对出现,尽量使这些成对的热电偶保持在相同的温度下是很有效的措施,为此一般用热屏蔽、散热器、沿等温线排列或者将大功率电路和小功率电路分开等办法,其目的是使热梯度减到最小,两个不同厂家生产的标准导线(如镍铬一康铜线)的接点可能产生0.2 V/℃的温漂,这相当于高精度低漂移的运放管(OP-27CP)的温漂,而为斩波放大器(7650CPA)温漂的两倍。虽然采用插座开关、接插件、继电器等形式能使更换电器元件或组件方便一些,但缺点是可能产生接触电阻、热电势或两者兼而有之,其代价是增加低电平分辨力的不稳定性,也就是说它比直接连接系统的分辨力要差,精度要低,噪声增加,可靠性降低,因此在低电平放大中尽可能地不使用开关、接插件是减少故障,提高精度的重要措施。 在微伏信号放大电路中焊锡也可能成为低电平的故障,因为在焊锡的焊点上也产生热电势,在微伏电平的输入电路中应采用特殊的低温焊锡,比如kester1544型焊锡,甚至还有这样的例子,必须在一条线路中仔细地切断一处,再用焊锡接起来用于补偿另一条线路中搭接处或焊锡点所产生的热电势。 3 接地问题及其处理办法 在低电平放大电路中合理“接地”是减少“地”噪声干扰的重要措施,必须予以特别注意。 当使用单电源供给多只传感器时,其连接方法应如图1所示那样连接,以尽量减少接地电阻引进的干扰,若供电电源的压降必须减到最小,则电源“高”端导线也可按相似的方法接线。 图1 包括有多个电源和多个传感器的系统则需要考虑得更多一些,通常不管电源是谁供给,将地线汇集到公共点,然后和系统的公共端接在一起,如图2,所有电源1的负载都回到电源1公共端,所有的电源2负载都回到电源2的公共端,最后用一条粗导线将公共端连在一起。在多电源系统中,可能需要进行判断性试验,确定地线接法,以达到最佳的解决方案。 39 第4期 使用与维护 收稿日期:1999-01-10
通用传感器接口
通用传感器接口（UTI）的 特点 2提供多种类型的传感元件接口： 电容器，铂电阻，热敏电阻， 电阻电桥和电位器 2多个传感器元件测量 2单2.9 V - 5.5 V电源供电，电流消耗低于2.5毫安 2分辨率和线性度高达14位和13位 2连续自动偏移和增益校准 2微控制器兼容的输出信号 2三态输出 2典型测量时间为10毫秒或100毫秒 22/3/4-wire测量可用于几乎所有的测量 2交流励磁所有的传感器元件的电压信号 250/60 Hz干扰的抑制 2掉电模式 2工作温度范围为双列直插式和苏-40℃至85℃ 2经营裸模：-40°C至180°C的温度范围 应用 汽车，工业和医疗应用 2电容式液位传感 2位置传感 2角度遥感 2精确的温度测量（白金，负温度系数） 2桥压力传感器，力等 1。一般说明 通用传感器接口（UTI）是一个完整的用于低频测量的模拟前端 应用程序，根据一个时期调制振荡器。传感元件，可直接连接的尿路感染而不需要额外的电子。作为同类传感器只有一个单一的参考元素，是 必需的。尿路感染微控制器兼容的内调制信号输出。尿路感染可提供 接口为： 2电容式传感器0 - 2助攻，0 -12 pF的可变范围为300 pF的 2铂电阻PT100，PT1000 2热敏电阻器1千瓦- 25千瓦 2电阻电桥250瓦- 10千瓦，最大不平衡/ - 4％或+ / - 0.25％ 2电位器1千瓦- 50千瓦 上述项目组合 尿路感染是基于微控制器的智能系统的理想选择。所有的数据是目前单一微控制器兼容的输出，从而减少连接导线的数量和减少的数量 耦合器所需的绝缘系统。对于有关绝缘UTI的应用程序的信息，请参阅在我们网站的支持店相关的应用笔记。连续自动校准偏移和增益 完整的系统是通过使用三个信号的技术。低频干扰 除去先进的斩波技术。16个操作模式的选择发生 设置四个模式位。
智能传感器的CAN总线接口设计
智能传感器的CAN总线接口设计 智能传感器的CAN总线接口设计 引言 测控系统离不开传感器。由于各种传感器的工作原理不同，其最终输出的电量形式各不相同。即使同一类传感器，其灵敏度、测量范围不同，相同电信号代表的物理量也不尽相同。因此，传统的测控系统，必须对系统中的每一个传感器进行配置，传感器类型、灵敏度、测量范围等的细微改变都将导致系统(主要是软件和部分硬件)的重新设置。若要增／减传感器，以改变测控系统的规模，则需对整个系统(软件、硬件及布线)。进行重新配置。这无疑极大地限制了测控系统的灵活性，制约了测控系统的扩展性。CAN的通信硬件接口简单，通信线少，通信介质可以为双绞线、同轴电缆或者光缆。将测控系统配置为CAN总线结构，将目前广泛应用的各种模拟传感器，配以CAN总线接口，使之成为CAN总线上的一个智能节点，即易于实现传感器的即插即用，也提高了测控系统的灵活性和可扩展性。 1传感器／CAN智能接口系统构成 传感器／CAN智能接口的作用主要有两点：一是控制传感器的信号调理，将传感器的输出模拟信号转换为数字量，并进行相应的处理，形成可发送的CAN报文信息；二是控制CAN驱动器，收／发CAN总线上的报文信息，并执行相应的智能控制。智能接口系统构成。
针对大多数模拟传感器输出信号较弱的特点，接口首先对传感器信号进行一级放大和滤波的预处理，预处理后的传感器信号幅度在200mV左右，单端输出。此后对该信号的处理完全由基于SOC技术的混合信号微处理器C8051F041自动完成，如信号的程控放大、信号的零点校准、信号的A／D变换、信号的数字滤波以及CAN报文的形成和收发控制等；C8051F041是该接口的核心，它不仅完成传感器信号到CAN报文的转换；更通过对传感器信号调理的智能控制和对CAN应用层的编程，实现传感器的即插即用。 2传感器信号调理 考虑到绝大多数传感器信号较弱，且包含大量的噪声信号，因此需首先对传感器输出的模拟信号进行必要的调理，信号调理由信号预处理电路结合S0c中的模拟外设实现，。在此，信号调理主要对传感器信号进行了必要的滤波、放大和零点校准。 2．1传感器信号的滤波处理 考虑到日益恶劣的电磁干扰环境，对传感器信号的滤波分两级实现：终级为利用SoC中的高速MCU对采集的信号进行数字滤波(不在此讨论)；初级则是由信号预处理电路中R1、R2、C1、C2、C3，组成抗射频干扰滤波器来实现，。当不考虑C3时，R1、C1和R2、C2就构成了传感器两输出端至仪用放大器两输入端之间的两低通滤波器，时间常数t1=R1·C1；t2=R2·C2。由于无论是传感器至AD623之间的自然连线等效形成的t1和t2，还是人为设计的低通滤波器的t1和
智能传感器接口模块的设计与实现_童利标
智能传感器接口模块的设计与实现X 童利标1 徐科军1,2 梅 涛2 1(合肥工业大学自动化研究所 合肥 230009) 2(中科院合肥智能机械研究所 合肥 230001) 摘要 IEEE1451.2标准为网络化智能传感器描述了传感器与网络适配器(N CA P)或微处理器之间的硬件和软件接口。智能传感器接口模块(ST IM)包括传感器接口电路,信号调理和转换,标定,线性化,基本通信能力和电子数据表格。本文简介IEEE1451.2标准,主要阐述了智能传感器接口模块的硬件实现和软件设计方案。 关键词 网络化智能传感器 IEEE1451.2标准 智能传感器接口模块 Design and Implementation of Smart Transducer Interface Module Tong Libiao1 Xu Kejun1,2 M ei Tao1 1(H ef ei U niver sity of T echnology,H ef ei 230009) 2(I nstitute of I ntelligent M achines,Chinese A cad emy Sciences,H ef ei 230001) Abstract T he IEEE1451.2standard describes a hardw are and softw ar e interface betw een transducers and net-w ork capable application pr ocessor(NACP)or microprocessor s for the netw orked sm art sensor.T he smart transducer interface module(ST IM)contains the sensor interface electro nics,signal conditioning and conv er sion, calibratio n,linearizatio n,basic communicatio n capability,and an electronic data sheet.T his paper intr oduces the IEEE1451.2standard and the methods of the ST IM hardw are im plementation and softw are design are dis-cussed. Key words Netw or ked sm art sensor IEEE1451.2standard Sm art transducer interface mo dule 1 引 言 随着计算机网络的发展,传感器的研制者们往往要为在不同的网络和传感器之间建立通讯而投入大量的工作。为此,IEEE1451.2工作组建立了智能传感器接口模块(ST IM)标准。这一标准描述了传感器与网络适配器(NCAP)或微处理器之间的硬件和软件接口,是IEEE1451网络化智能传感器标准的重要组成部分,为人们将传感器与各种网络连接提供了条 件和方便。本文简介了IEEE1451.2标准的有关 内容,主要阐述了智能传感器接口模块的硬件实 现和软件设计。 2 IEEE1451.2标准[1～3] IEEE1451.2标准提供了将传感器和变送器连接到一个数字系统,尤其是到网络的方式。简单地说,IEEE1451.2标准通过一个电子数据表格(T rans-ducer Electr onic Data Sheet,简称TEDS),使传感器模块具有即插即用(plug-and-play)的兼容性。这个标准规定了一个连接传感器到微处理器的数字接口,描述了电子数据表格及其数据格式,定义了一系列的读写逻辑功能。图1描述了涉及IEEE1451.2智能传感器接口模块标准的功能框架。 在图1中,XDCR为Tr ansducer的缩写,代表了 第22卷第4期增刊 仪 器 仪 表 学 报 2001年8月X中科院重点项目。 图1 IEEE1451.2智能传感器接口模块标准的功能框图
电感传感器的接口电路设计
电感传感器的接口电路设计 摘要：位移测量具有广泛应用，电感式传感器以其结构简单可靠、输出功率大、线性好、抗干扰和稳定性好、价格低廉等特点获得了大量的应用。针对目前电感式位移传感器的应用现状，在对电感式直线位移传感器深入分析的基础上，本文设计了一种电感式位移传感器接口电路。 该电路采用电感传感器把被测位移量转变为微弱电信号，经前置交流放大、相敏整流，直流放大，A/D转换等电路处理后，送入单片机进行综合运算处理后输出，并通过液晶显示结果，可以适应不同量程和分辨率的信号调理要求。文中介绍了整体电路的设计和单片机系统的硬件及软件流程。设计过程中用Protel99 SE对电路原理图进行了绘制，选用了单片机的开发工具Keil C51μvision2对软件设计中的程序进行编写、编译、模拟仿真，电路正常，完成了课题要求的电感传感器对位移测量并显示结果。 关键词：位移测量；电感式传感器；单片机；液晶显示
The Design of the Inductive Sensor Interface Circuit Abstract: the measurement of diaspacement is very important in engineering. Inductive transducers are widely used due to their simple structures,high output capacities,good linearity,good disturbance resistance,good stability and low prices.Based on thoroughly analysis of linear inductive displacement transducers,a inductive displacement transducer interface circuit is designed in this thesis. This metering circuit uses the inductive transceiver to transform that the displacement offset into the weak electrical signal, after the pre- AC amplification, the phase-sensitive rectifier,the DC Larger and the A / D conversion circuit processing, output after processing in the monolithic integrated circuit and display the results through the LCD. It can adapt to different range and resolution of the signal conditioning requirements. In the process of designing, Protel99SE is used to plot schematic diagram, Keil C51μvision2and the development kit of MCU is used to compile, translate and make simulation about the assemble program. The circuit is in gear and it basically can accomplish the task of measure of the displacement offset through the inductive sensor and dispiay the result. Keywords: the measurement of displacement；the inductive sensor；MCU；LCD
CAN总线智能传感器节点设计
基于82527的CAN总线智能传感器节点设计 摘要：介绍一种以8051微控制器和82527独立CAN总线控制器为核心组成的CAN 总线智能传感器节点的设计方法，并给出其硬件原理图和初始化程序。 关键词：CAN总线 82527 单片机数据采集智能节点 引言 CAN（Controller Area Network，控制局域网）属于工业现场总线，是德国Bosch公司20世纪80年代初作为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器间的数据交换而开发的一种通信协议。1993年11月，ISO正式颁布了高速通信控制局域网（CAN）的国际标准（ISO11898）。CAN总线系统中现场数据的采集由传感器完成，目前，带有CAN总线接口的传感器种类还不多，价格也较贵。本文给出一种由8051单片机和82527独立CAN总线控制器为核心构成的智能节点电路，在普通传感器基础上形成可接收8路模拟量输入和智能传感器节点。
1 独立CAN总线控制器82527介绍 82527是Intel公司生产的独立CAN总线控制器，可通过并行总线与Intel 和Motrorola的控制器接口；支持CAN规程2.0B标准，具有接收和发送功能并可完成报文滤波。82527采用CHMOS 5V工艺制造，44脚PLCC封装，使用温度为-44～+125℃，其引脚的排列和定义参见参考文献[1]。 （1）82527的时钟信号 82527的运行由2种时钟控制：系统时钟SCLK和寄存器时钟MCLK。SCLK 由外部晶振获得，MCLK对SCLK分频获得。CAN总线的位定时依据SCLK的频率，而MCLK为寄存器操作提供时钟。SCLK频率可以等于外部晶振XTAL，也可以是其频率的1/2；MCLK的频率可以等于SCLK或是其频率的1/2。系统复位后的默认设置是SCLK=XTAL/2，MCLK=SCLK/2。 （2）82527的工作模式 82527有5种工作模式：Intel方式8位分时复用模式；Intel方式16位分时复用模式；串行接口模式；非Intel方式8位分时复用模式；8位非分时复用模式。本文应用Intel方式8位分时复用模式，此时82527的30和44脚接地。 （3）82527的寄存器结构[2]
信息技术 传感器网络 第702部分：传感器接口：数据接口(标准状
I C S35.110 L79 中华人民共和国国家标准 G B/T30269.702 2016 信息技术传感器网络 第702部分:传感器接口:数据接口 I n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y S e n s o r n e t w o r k P a r t702:S e n s o r i n t e r f a c e:D a t a i n t e r f a c e 2016-04-25发布2016-11-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
目 次 前言Ⅲ 1 范围1 2 规范性引用文件1 3 术语和定义1 4 缩略语2 5 数据类型约定3 6 总则3 7 传感器参数编码4 8 传感结点参数编码11 9 数字通信型传感器数据交互规范16 10 传感结点数据交互规范23 附录A (规范性附录) 数据接口表述格式32 附录B (规范性附录) 单位编码35 附录C (规范性附录) 数据接口参数类型代码46 附录D (规范性附录) 校验算法50 附录E (规范性附录) 枚举类型列表51 附录F (规范性附录) 传感结点数据标识54 参考文献56
前言 G B/T30269‘信息技术传感器网络“分为以下几个部分: 第1部分:参考体系结构和通用技术要求; 第2部分:术语; 第301部分:通信与信息交换:低速无线传感器网络网络层和应用支持子层规范; 第302部分:通信与信息交换:高可靠性无线传感器网络媒体访问控制和物理层规范; 第303部分:通信与信息交换:基于I P的网络层规范; 第304部分:通信与信息交换:面向视频的媒体访问控制和物理层规范; 第401部分:协同信息处理:支撑协同信息处理的服务及接口; 第501部分:标识:传感节点标识符编制规则; 第502部分:标识:传感节点标识符解析规范; 第503部分:标识:传感节点标识符注册规程; 第601部分:信息安全通用技术规范; 第602部分:信息安全:网络传输安全技术规范; 第701部分:传感器接口:信号接口; 第702部分:传感器接口:数据接口; 第801部分:测试:通用要求; 第802部分:测试:低速无线传感器网络媒体访问控制和物理层; 第803部分:测试:低速无线传感器网络网络层和应用支持子层; 第901部分:网关:通用技术要求; 第1001部分:中间件:传感器网络结点数据交换规范三 本部分为G B/T30269的第702部分三 本部分按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 请注意本文件的某些内容可能涉及专利三本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任三 本部分由全国信息技术标准化技术委员会(S A C/T C28)提出并归口三 本部分起草单位:中国科学院合肥物质科学研究院二中国电子技术标准化研究院二安徽朗坤物联网有限公司二合肥工大高科信息科技股份有限公司二重庆大学二无锡物联网产业研究院二安徽大学二杭州家和物联技术有限公司二成都秦川科技发展有限公司二大唐电信科技产业控股有限公司三本部分主要起草人:吴仲城二李云飞二杨宏二徐珍玉二陆阳二钟代笛二沈杰二胡艳军二沃吴昊二吴岳飞二李凤三
传感器接口
1-wire温度传感器LTM8877接口 1-wire的原理及工作过程： 1-wire总线仅用一根数据线与外围设备进行信息的交互，工作电源完全从总线上获取，不需要单独的电源支持，允许直接插入热/有源设备；宽广的工作范围（2.8V~5.25V，-40~+85）；每个器件都有通过工厂光刻的64位ROM ID，是唯一的识别，它存储在只读的ROM中。通过唯一的64位器件序列号和网络操作协议，1-wire存储器允许挂接在同一条1-wire总线上，并可独立工作，主控制器通过每个器件的唯一的ROM ID来识别与之通信的从设备。 ROM ID由8位校验码，48位序列号和8位家族码组成，家族码标示了此1-wire设备的类型，序列号标示此设备的ID，校验码用于保证通信的可靠性。 1-wire设备在工作时不能主动发送数据，只有在主控器对其进行命令指示时才会响应。通常的1-wire设备都有两套命令，一套命令操作设备内部的ROM，包括读，匹配，搜索等命令，但不包括写命令。ROM中的内容由厂家写入，用户不得更改，通信时，总线控制器先发出一个“复位”信号以使总线同步，然后选择受控制器件进行随后的通信。既可以通过选择一个特定的受控器件（利用该设备的ROM ID进行选择）或者通过半搜索法找到总线上的下一个受控件来实现，也可以选择所有的受控器件，一旦一个特定的器件被选中，那么在总线控制器发出下一次“复位”信号之前，所有的其他器件都被挂起而忽略随后的通信。如果1-wire从设备与主控制器尚未建立连接，则不能进行数据的传输；一旦成功建立，1-wire从设备将数据线置为低电平，以此通知主控制器已经建立了连接，等待接收命令，这个脉冲称为在线脉冲。主控制器也可以通过发送“复位”信号使数据线变为低电平。当从设备接收到“复位”信号时，通过检测数据线的电平状态，可在数据线变为高电平后立即发出一个在线脉冲。主设备和从设备之间的通信是半双工的双向通信。 小结一下，所有的1-wire通信器件所使用的不同的API有着共同的特性，这反映出源于协议的信息交换的原理，下面通过不同API功能进行分类：大多数的1-wire器件具有存储器，尽管存储器的输入输出功能并不适用于所有器件，但我们还是把它们分为一个通用的API集。 （1）会话功能 分时使用总线。当多项操作在同一器件上运行而不能被打断时，需要