1、 前言

微控制器产生的智能化改革到单片机应用的迅猛发展．对感应器的综合性精密度、平稳稳定性和回应规定愈来愈高，传统式的感应器已无法融入多种多样检测规定，伴随着微解决智能技术和微机械设备生产加工技术性在感应器上的运用，传感器技术（Smart Sen—sor）问世了。说白了传感器技术，便是带微控制器、兼具信息内容检验和信息资源管理功能性的感应器。传感器技术完成的方式一般有3种方法：①非一体化完成是将传统化的經典感应器、脉冲调制电源电路、带数字插口的微控制器组成为一总体，而产生的一个传感器技术系统软件。②一体化完成的感应器系统软件是使用微机械加工制造技术性和规模性集成电路芯片生产工艺，运用硅做为基本上原材料制做光敏电阻器、脉冲调制电源电路、微控制部件，并把其融合到一块集成ic上组成。固又称之为集成化传感器技术。③混和完成是按照必须，将系统软件每个一体化阶段，如：比较敏感模块、脉冲调制电源电路、微控制部件、数据系统总线插口，以不一样的组成方法集成化在二块或三块集成ic上，并装在一个机壳里。这儿选用非一体化完成的方法。

IEEE1451是一种新的通用性智能化系统感应器标准接口。IEEE1451规范为1394连接传感器技术与目前的各种各样系统总线给予了常用的标准接口。IEEE规范的明确提出，为提升全世界范畴内感应器技术实力给予了稳固的基本，为检测体系的自动化给予了前提条件。在制定中，根据IEEEl45l.4规范明确提出了一种新的插口，使感应器既能够輸出脉冲信号也可也輸出模拟信号，促使一般的感应器还可以达到智能化系统。

2、 传感器技术的硬件开发

硬件开发关键详细介绍脉冲调制控制模块、A／D变换控制模块、数据通讯控制模块3个控制模块。感应器选用瞬时速度感应器ADXL250，ADXL250是ADI企业推行的低噪音、功耗低的二维加速度传感器。它是运用ADI企业创办的微电子技术机械结构MEMS技术性生产制造的。中间微控制器选用C805lF060，其內部集成化2个16位 SAR（多次接近型）A／D转化器，8安全通道10位SAR A／D转化器，可进行脉冲信号AD转换作用，是所有体系的操纵、通信关键。一方面它对感应器輸出的数据信号完成收集、变换，另一方面cpu对EEPROM完成传输数据。中间微控制器包括一个可编程控制器內部震荡器和一个外界震荡器光耦电路，为了更好地减少系统软件功能损耗和容积，选用可编程控制器內部震荡器。大部分状况下，从感应器中輸出的电子信号不可以同时送进数模转换器，要历经必需的脉冲调制电源电路开展恰当的调养，使数据信号在AD转换工作电压范畴以内，随后历经数据信号低通滤波器，滤除数据信号中的杂讯成份，才可以使其在方式、力度、频率稳定度、变换敏感度和精密度等领域做到cpu的规定，以提升感应器智能化后的精密度。传感器技术硬件开发中，瞬时速度脉冲信号历经分压电路、追随及过滤等解决后，再进到A／D转化器开展A／D变换，其调养电源电路框架图如图所示1所显示。

加速度传感器输出电压为：

式中：Vs为供电系统工作电压，企业为V；Sensitivity为导出的瞬时速度敏感度，企业为mV／g。ADXL250的敏感度为38 mV／g；a为键入的瞬时速度，企业为g。

历经测算输出电压范畴为0．9～4．4 V。由于A／D转化器能够收集的电流标准为0～2．4 V，因此 一定要对瞬时速度数据信号开展分压电路，才可以恰当的被A／D转化器开展AD转换。分压电路选用简洁的电阻器分压电路，并且用运放电路开展追随。分压电路解决后，輸出的瞬时速度数据信号标准为0．45～2．2V，达到A／D转化器的收集范畴。设计方案中挑选了1 MΩ的分压电路大电阻器实现分压电路，那样做的益处是能提升操作系统的键入特性阻抗，减少因为输入电阻过低对瞬时速度数据信号的危害。

过滤是对感应器数据信号分压电路后开展的仿真模拟过滤解决。设计方案中选用集成化电源开关电容滤波器MAX291对感应器数据信号开展仿真模拟过滤。MAX291是MAXIM企业生产制造的8阶米尔沃斯型电源开关电容器式数字功放低通过滤器。MAX291的稳定性和稳定高，防止了分立元件的各种各样偏差、飘移危害。它的3 dB截止频率可在0．1～25 Hz中间挑选，具备固定不动的归一化相频特性。数字时钟頻率fCLK与截止频率fC的比率为100：1；噪音低，典型值为一70 dB THD Noise。假如可以直接运用MAX291的內部数字时钟震荡器，只需外接一只电容器，其电容器值和3 dB截止频率则达到：

设计方案中同时选用MAX291內部震荡器，外接0．1μF的电容器。图2是低通滤波器的过滤实际效果对比分析。

在制定中因为系统软件紧密性设计方案的特别必须，采用微控制器集成化的数模转换器，与此同时也节省了成本费。C8051F060的A／D转化器系统软件包含2个lMs／s、16位屏幕分辨率的多次靠近存储器型A／D转化器，A／D转化器中集成化了追踪维持电源电路、可编程控制器对话框探测器和DMA插口。为了更好地提升感应器数据信号收集精密度，这儿A／D变换选用內部工作电压标准，能够根据对应的操控存储器开展配备。內部工作电压标准电源电路由一个溫度稳定性能好的1．2 V带隙工作电压标准产生器和一个2倍增益值的输入输出缓存放大仪构成。ADCO的工作电压标准电源电路由标准操纵存储器REFOCN操纵。REFOCN存储器用以单独地也就能／严禁ADCO的內部标准和参考点产生器电源电路。BIASE0位也就能ADC0的內部参考点产生器。该位为‘1’时，ADC0內部偏压产生器工作中。设计方案中应用的是ADC0內部工作电压标准，则务必使ADC0所相对应的BLASE0和REFBEO位都被置‘1’，內部2．4 V工作电压标准輸出到VREFO脚位。VREF0脚位对AGND的最高负荷务必低于100μA，应在VREF0脚位与VRGND0中间连接0．1μF和47μF的滤波电容。应用ADC0时，应将ADCO工作电压标准接地装置脚位VRGNDO接地装置．历经以上有效的设计方案后，系统软件中测得的工作电压标准约为2．44 V。ADCO的最大变换速率为1 Ms／s，变换数字时钟来源于系统软件数字时钟分音器，存储器ADCOCF中的ADCOSC位决策每一个变换数字时钟为多少个系统软件数字时钟（1～16）。ADCO有4种变换运行方法，由ADCOCN中的ADC0运行变换方法位（ADOCMl，AD0CM0）的情况决策。变换开启源有：

①向ADCOCN的AD0BUSY位写1；

②计时器3外溢（即按时的持续变换）；

③外界A／D转化器变换运行数据信号CNVSTR0的上升沿；

④计时器2外溢（即按时的持续变换）。

在其中第三种为外界开启源，此外3种为內部开启源。ADOBUSY位在变换期内被置‘1’，变换完毕后复‘O’。ADOBUSY位的降低沿开启终断并将终断标示ADOINT（ADCOCN．5）置‘1’。在单端方法下，ADC0的变换数据信息被储存在ADC0数据字的MSB和LSB存储器：ADCOH和ADCOL。当根据向ADOBUSY写‘1’运行数据交换时，应查看ADOINT。位以明确变换什么时候完毕。A／D变换步骤如图所示3所显示。

在制定中，数据信息的通讯是创新点。IEEEl451.4规范的插口规定既能輸出脉冲信号，又能輸出模拟信号。与此同时能自动检索感应器的种类，根据手机软件的操控能够对控制器开展校正。依据这一规定，设计方案了此外一种混和插口，如图4所显示。根据这一插口，既能輸出脉冲信号，又能輸出模拟信号。脉冲信号即感应器立即輸出历经调整后的数据信号。模拟信号包含二种数据信号，一种是RS422脉冲信号的数据信号，用D ，D-表明，此外一种模拟信号是C8051F060从EEPROM中看出的TEDS数据信号，在这里用DAT表明。EEPROM选用Dallas Semiconductor生产制造的DS2431做为TEDS的信息内容储存器，DS2431为1024位可编程控制器写保护储存器，可分辨和存储与之相一致商品的相关信息内容。这种系列产品或设备的特定信息内容能根据很小的插口浏览，例如微处理器的一个端口号脚位。在制定中，DS243l的DAT脚位与C8051F060的P2．7口相接。通讯流程中，C8051F060与DS2431的通信根据单线协议书开展。DS2431的首要功能是向微控制器给予存储在其內部的TEDS。要完成与DS2431的通讯，关键是把握好1一Wire元器件数据信号收取和发送时钟频率的难题。为了更好地确保数据的一致性，DS243l对通讯协议有很严谨的规定。DS2431的通讯协议关键包含4种数据信号种类：复位数据信号（包含一个校准单脉冲和一个回复单脉冲），写O，写1，读取数据。这种讯号中，除开回复单脉冲之外，全是由系统总线操纵模块传出。为确保数据靠谱的传送，任何时候总线结构上只有有一个数据信息，每一次数据信息和指令传送一般 从校准指令逐渐，接着是ROM指令和RAM指令，最终开展数据传输，务必严格执行这一指令编码序列，才可以保持数据的恰当传送。

3、 总结

在多方面科学研究IEEEl451．4通信接口的根基上，完成了传感器技术的硬件配置电路原理。根据试验，从监控软件上能够接到感应器輸出的数据信号，所明确提出电路原理计划方案行之有效。

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