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。

1451.—— TBD

2：OGC制定的SWE

开放的地理空间联盟（Open Geospatial Consortium,OGC）正式提出了传感器WEB网络框架协议（Sensor Web Enablement，SWE），为以上问题提供了一种可行的解决方案。

传感器Web网络是一个革命性的概念。它区别于传感器网络（sensor network），传感器网络一般就是指能与计算机通信的网络，由空间分布大量的传感器设备完成对空间环境中各种物质信号的检测（如压力，温度，湿度，速度，光线等）。而传感器WEB网络实现的是在一个公共的WEB网络平台发现、访问和应用这些独立的传感器网络基于标准的WEB服务协议和应用程序接口。实现协同，连贯，一致，综合的传感器数据采集，融合和分布式的系统。可以被看做新一类的互联网，能够实时的监测现实物理世界中出现的现象。任何种类的传感器，从一个简单固定位置的温度计到复杂的地球轨道卫星的超光谱检测传感器，将在不久的将来能够在全球统一的平台实现。监测获取得到的信息既可以储存到传感器以待后续的访问，也可以直接发送到集中的系统。

SWE框架协议的体系结构

为实现以上功能目的，OGC逐布建立和完善SWE框架协议标准，这个标准包括了开放的地理数据互操作规范（OpenGIS），它具体是由7个组件构成，其中有3个组件是以编码形式描述传感器及传感器的观测，其余4个组件是为WEB服务提供了标准的接口定义：

1.传感器建模语言（Sensor Model Language，SensorML ）-标准的模块和XML方案来描述传感器处理及观测处理系统。使用通用的数据描述模型实现SWE 的编码及接口标准服务。为传感器的发现、传感观测的定位、传感观测的处理等提供必要的信息。

2.观测和测量（Observations & Measurement ，O&M）-一般的模型，描述观测和测量的数据，采用XML编码。

3.传感器标记语言（Transducer Markup Language，TML)- 这是一个概念模型，采用XML方案，其作用是描述传感器系统内部以及传感器系统之间实时交互的信息。为Web信息交互提供了统一的标准格式

TML的目的是为了帮助一个“共同”传感器处理/控制机器的发展目标，同时也促进表达互操作的机器对机器通信。对于数据融合的目的和岗位分析，这是最重要的原始传感器数据保存在尽可能接近原始形式。虽然数据理想将在保存在它的原始格式，但是在某些情况下是不可能这样做，TML提供了条件，以捕捉在任何阶段的数据，从原始数据产生到部分处理，再到最终的数据的形成。TML的更大的好处是实现了获得的数据更接近原始数据源。

传感器标记语言（TML）定义：

*描述了一个传感器硬件响应特性模型集。

*一种有效的方式来传送传感器及为数据融合做准备通过空间和时间的联系。

4.传感器观测服务（Sensor Observations Service ，SOS）-作用是为了响应用户的需求，为请求，过滤，获取观测的数据及传感器的系统信息提供标准的Web服务接口。该组件是客户端与传感观测数据库或者近端的实时的传感器通道之间的中介。

5.传感器规划服务（Sensor Planning Service， SPS）-标准的Web服务接口响应用户的观测及采集数据的请求，校准传感器及分配传感器网络的任务。主要实现的就是对传感器的互操作。

6.传感器告警服务（Sensor Alert Service ，SAS)-提供标准的Web服务接口，能够根据用户的需求判定观测的传感数据时候构成告警，如构成，就将告警发出。

通知服务（Web Notification Services ，WNS) –标准的Web服务接口，功能是异步的发送通知信息，包括分配任务的处理结果通知（告警通知等）及观测数据通知等信息。

5:IETF 6overLoWPAN

6:ANT

四：最新进展

“传感器网络信息处理服务和接口规范”的国际标准提案已通过新工作项目(NP)投票。该提案由国家传感器网络标准工作组成员单位无锡物联网产业研究院提出，由工业和信息化部电子工业标准化研究所和中国科学院上海微系统与信息技术研究所的专家共同完成。

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 <

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。

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”。

智能传感器的原理组成及应用

智能传感器的原理组成及应用 自动化领域所取得的一项最大进展就是智能传感器的发展与广泛使用。但究竟什么是“智能”传感器？下面，来自6个传感器厂家的专家对这一术语进行了定义。 据H oneywell工业测量与控制部产品经理Tom Gri ffiths的定义：“一个良好的…智能传感器?是由微处理器驱动的传感器与仪表套装，并且具有通信与板载诊断等功能，为监控系统和/或操作员提供相关信息，以提高工作效率及减少维护成本。” 图1：智能传感器，像这种带有A S接口通信的感应式位置传感器，可减少系统中的传感器数量。内部诊断功能使传感器能提供故障的预指示。 图2：根据IEEE1451，传感器被分为两部分：带传感元件、适当的信号调理电路以及A/D转换器的智能传感器接口模块（STIM），和传感器电子数据表（TED S）

——一块标明传感器类型、组成与型号、校准参数及比例系数等内容的存储器芯片。STIM与具有联网能力的应用处理器（N CAP）相连，而NCA P为通信网络提供接口。 无故障通信：“智能传感器的优势，”GE Fanu c自动化公司控制器产品经理Bill Black说，“是能从过程中收集大量的信息以减少宕机时间及提高质量。”M TS 传感器公司Tem posoni cs（磁致伸缩位移传感器）产品经理DavidE deal对此补充说：“分布式智能的基本前提是，在适当位置和时间拥有有关系统、子系统或组件的状态的全部知识，以进行…最优的?过程控制决策。” Cognex公司Che cker机器视觉部产品营销经理J ohnKeating继续补充说，“对于一种真正的…智能?（机器视觉）传感器，它应该不需要使用者懂得机器视觉。” 智能传感器必须具备通信功能。“最起码，除了满足最基本应用的反馈信号，…智能?传感器必须能传输其它信息。”E deal表示。这可以是叠加在标准4-20mA 过程输出、总线系统或无线安排上的HART（可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议）信号。该领域正在增长的因素是IEEE1451——一系列旨在为不同厂家生产的传感器提供即插即用能力的智能传感器接口标准。 诊断与程序 智能传感器可对其运行的各个方面进行自监控，包括“摄像头的污浊，超容忍限或不能开关等，”GE Fanu c自动化公司的Bl ack说。Pe pperl+Fu ch s公司智能系统经理Hel geHorni s补充说，“（除此之外），还有线圈监控功能，目标超出范围或太近。”它也可以对工况的变化进行补偿。“…智能?传感器，”Omr on电子有限公司战略创意总监DanArmentr out表示，“必须首先能监视自身及周围的环境，然后再决定是否对变化进行自动补偿或对相关人员发出警告。”

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

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

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

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

智能传感器原理及应用

智能传感器原理及应用 电子与通信工程 2013级在职研究生 杨 娜 一、（10分）简述压阻式压力传感器的工作原理。 答：压阻式压力传感器组成框图如下： 图中第一部分可等效为质量-弹簧-阻尼机械力学系统的弹性敏感元件，它将输入的被测压力P 转换为中间变量即应力δ及其对应的应变ε。常用的弹性敏感元件有周边固定的膜片，在压力P 的作用下，膜片上的应力分布不同，确定处的应力与压力成正比。 图中第二部分是膜片相应部位采用半导体工艺制作的电阻条——电阻式变换器，由于压阻相应则有相应的电阻变化量?R 输出，电阻变化量与相应部位膜片应力δ成正比。 二、（10分）简述智能传感器系统的基本组成。 答：智能传感器系统主要由传感器、调理电路、数据采集与转换、计算机及I/O 接口设备组成。如下图所示。 三、（15分）设计一个巴特沃斯低通数字滤波，要求：该低通数字滤波器等效模拟滤波器()Hd s 幅频特性过渡段特征是：对信号频率 1100f Hz =的衰减率 10.3δ≤；对信号频率2400f Hz =的衰减率20.8δ≥；写出巴特沃斯低通数 字滤波器()Hd z 的实现过程。 答：1、等效模拟低通滤波器传递函数H(s)的确定。 (1)需求出阶次n 及截至频率()c ω即可确定H(s)。阶次n 应满足

幅值比A1 A2 ， ω。 (2)确定等效模拟低通滤波器H(s)的截至角频率() c (3)求模拟滤波器的传递函数H（s） 2、等效滤波器的H d(Z)确定 四、（15分）用窗口法设计一个线性相位低通FIR滤波器，要求：截止频率为c f，采样频率是8c f；通带范围内，衰减度不超过5.8dB。

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

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

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]

传感器接口电路的设计

传感器接口电路的设计 一，温度传感器 1，关于热敏电阻： 我们选用的是负温度系数热敏电阻，型号为：NTC-MF53AT，额定零功率电阻值即25度时5K，精度：5％，B值:3470。随温度上升电阻呈指数关系减小。 电阻值和温度变化的关系式为： RT = RN expB(1/T – 1/TN) ① RT ：在温度T （K ）时的NTC 热敏电阻阻值。 RN ：在额定温度TN （K ）时的NTC 热敏电阻阻值。 T ：规定温度（K ）。 TN：额定温度（K） B ：NT C 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。（*它是一个 描述热敏电阻材料物理特性的参数，也是热灵敏度指标， B值越大，表示热敏电阻器的灵敏度越高。*）exp：以自然数e 为底的指数（e = 2.71828 …） 我们可看出，式①中其他变量已基本确定（在实际工作时，B值并非一个常数，而是随温度的升高略有增加），RT和T直接存在一对一的关系，我们可以将温度的测量转换为电阻阻值的测量。 2，测量电路及分析：

Rr为电位器 RT为温敏电阻 上方两电阻均为10K V o=(0.5-RT/(Rr+RT))V f ② 3，实验过程 A，测量室温时RT=8.2K B，连接电路，如图3，输入4V电压，V o连上万用表。 C，调节Rr，使V o=0，此时Rr=RT=8.2K D，用电烙铁靠近温敏电阻，观察V o的值 E，最后拆开电路，再次测量温敏电阻的值为2.3K 4，实验结果 我们发现，当电烙铁靠近温敏电阻时，电压增大，我们可知，温度升高时，电阻减小，电压由0增大。所以，电压随温度的变化而变化。将每个电压带人②式，即可得到RT，再将RT带入①式即可测出大概的温度。 二，光敏二极管 1，关于光敏二极管 光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。和普通二极管相比，它的核心部分也是一个PN结，在结构上不同，为了便于接

智能传感器接口在数据采集中的优势

智能传感器接口在数据采集中的优势 智能传感器接口在数据采集中的优势 大多数模拟测量系统的系统架构都相对比较直接。这种架构的核心通常是主机处 理器，用于控制并检索来自一个或多个ADC的数据。在信号链一端向ADC馈 送数据的是主机控制的传感器。对上述系统进行分析，并明确在不影响性能的情况下需进行哪些优化，其实对我们来说可做的事情并不多。要确定功能块中需要集成哪些功能并不容易，很难直接控制传感器前端。此外，我们通常要根据一系 列其他要求预先确定主机处理器，这主要是由存储器大小、CPU速度等软件要求决定的。对负责系统后端的模拟设计人员而言，通常只能对ADC进行优化。 不过，这时数字接口基本已经不能变更了，这主要也是由主机处理器的要求决定的。当然，目前非常多的主机处理器都能实现极高的性能且具备灵活的集成 ADC功能，众多此类微控制器(MCU)都能理想地满足各种应用需求。不过，需要再次强调的是MCU的选用是由多种要求决定的，而模拟功能只是其中的一部分。除了花费大量时间开发昂贵的ASIC、承担高风险之外，还有没有别的办法呢?办法当然是有的。若不将模拟功能与主机处理器相集成，那么将数字智能集成至ADC中又未尝不可呢?这就能实现“更智能化”的设 备，既能充分满足传感器前端的模拟性能要求，又具备与系统主机处理器接口相连的足够灵活性。这样做还有更多好处。 图1阐述了这一理念及上述各种方法。 图 1.智能ADC数据采集数据采集系统的发展小智慧有大作用毫无疑问，这不是一种新的概念，不过却经常被忽视。只要可能，我们就应采用智能ADC数 据采集系统，其发挥的系统级影响大大超过此前介绍的范畴。一般说来，设计人员考虑的问题包括智能处理器解决方案的物理大小或占用面积，当然价位也是非常重要的因素。价格通常是大多数高销量应用的限制因素，这使设计人员不得不 采取效率较低的、会影响集成度的独立解决方案。智能ADC系统架构的优势在于，数字和模拟设计都能实现极大的灵活性，这同时也为软件开发提供了极高的灵活性。智能ADC解决方案的集成CPU和数字外设实现了更简单的A/D

plc与传感器接线方法

PLC与传感器的接线方法 一、概述 PLC的数字量输入接口并不复杂，我们都知道PLC为了提高抗干扰能力，输入接口都采用光电耦合器来隔离输入信号与内部处理电路的传输。因此，输入端的信号只是驱动光电耦合器的内部LED导通，被光电耦合器的光电管接收，即可使外部输入信号可靠传输。 目前PLC数字量输入端口一般分单端共点与双端输入，各厂商的单端共点（Com）的接口有光电耦合器正极共点与负极共点之分，日系PLC通常采用正极共点，欧系PLC习惯采用负极共点；日系PLC供应欧洲市场也按欧洲习惯采用负极共点；为了能灵活使用又发展了单端共点（S/S）可选型，根据需要单端共点可以接负极也可以接正极。 由于这些区别，用户在选配外部传感器时接法上需要一定的区分与了解才能正确使用传感器与PLC为后期的编程工作和系统稳定奠定基础。 二、输入电路的形式 1、输入类型的分类 PLC的数字量输入端子，按电源分直流与交流，按输入接口分类由单端共点输入与双端输入，单端共点接电源正极为SINK（sink Current 拉电流），单端共点接电源负极为SRCE （source Current 灌电流）。 2、术语的解释

SINK漏型 SOURCE源型 SINK漏型为电流从输入端流出，那么输入端与电源负极相连即可，说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源正极，可接NPN型传感器。 SOURCE源型为电流从输入端流进，那么输入端与电源正极相连即可，说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源负极，可接PNP型传感器。 国内对这两种方式的说法有各种表达： 2.1 根据TI的定义，sink Current 为拉电流，source Current为灌电流 2.2 由按接口的单端共点的极性，共正极与共负极。这样的表述比较容易分清楚。 2.3 SINK为NPN接法，SOURCE为PNP接法（按传感器的输出形式的表述）。 2.4 SINK为负逻辑接法，SOURCE为正逻辑接法（按传感器的输出形式的表述）。 2.5 SINK为传感器的低电平有效，SOURCE为传感器的高电平有效（按传感器的输出状态的表述）。 这种表述的笔者接触的最多，也是最容易引起混淆的说法。 接近开关与光电开关三、四线输出分NPN与PNP输出，对于无检测信号时NPN的接近开关与光电开关输出为高电平（对内部有上拉电阻而言），当有检测信号，内部NPN管导通，开关输出为低电平。 对于无检测信号时PNP的接近开关与光电开关输出为低电平（对内部有下拉电阻而言），当有检测信号，内部PNP管导通，开关输出为高电平。 以上的情况只是针对，传感器是属于常开的状态下。目前可厂商生产的传感器有常开与常闭之分；常闭型NPN输出为低电平，常闭型PNP输出为高电平。因此用户在选型上与供应商配合上经常产生偏差。

汽车ESP传感器介绍及其接口技术分析

一、引言 ESP（Electronic Stability Program，电子稳定程序）是汽车电控的一个标志性发明。不同的研发机构对这一系统的命名不尽相同，如博世（BOSCH）公司早期称为汽车动力学控制（VDC），现在博世、梅赛德—奔驰公司称为ESP；丰田公司称为汽车稳定性控制系统（VSC）、汽车稳定性辅助系统（VSA）或者汽车电子稳定控制系统（ESC）；宝马公司称为动力学稳定控制系统（DSC）。尽管名称不尽相同，但都是在传统的汽车动力学控制系统，如ABS和TCS的基础上增加一个横向稳定控制器，通过控制横向和纵向力的分布和幅度，以便控制任何路况下汽车的动力学运动模式，从而能够在各种工况下提高汽车的动力性能，如制动、滑移、驱动等。ESP在国外已经批量生产，在国内尚处于研究阶段，要达到产业化的程度，还有大量的工作要做。 图1所示为汽车ESP的构成示意图，其电子部件主要包括电子控制单元（ECU）、方向盘传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器、轮速传感器等。ESP作为保证行车安全的一个重要电控系统，其各个传感器的正常工作是进行有效控制的基础。本文介绍了ESP常用传感器的特点，设计了传感器硬件接口和软件接口，并在实车测试中得到验证。 二、ESP常用传感器介绍

如图1、图2所示，ESP常用的传感器如下。 1．方向盘转角传感器 ESP通过计算方向盘转角的大小和转角变化速率来识别驾驶员的操作意图。方向盘转角传感器将方向盘转角转换为一个可以代表驾驶员期望的行驶方向的信号，方向盘转角一般是根据光电编码来确定的，安装在转向柱上的编码盘上包含了经过编码的转动方向、转角等信息。这一编码盘上的信息由接近式光电耦合器进行扫描。接通点火开关并且方向盘转角传感器转过一定角度后，处理器可以通过脉冲序列来确定当前的方向盘绝对转角。方向盘转角传感器与ECU的通讯一般通过CAN总线完成。 2．横摆角速度传感器 横摆角速度传感器检测汽车沿垂直轴的偏转，该偏转的大小代表汽车的稳定程度。如果偏转角速度达到一个阈值，说明汽车发生测滑或者甩尾的危险工况，则触发ESP控制。当车绕垂直方向轴线偏转时，传感器内的微音叉的振动平面发生变化，通过输出信号的变化计算横摆角速度。 3．纵向/横向加速度传感器 ESP中的加速度传感器有沿汽车前进方向的纵向加速度传感器和垂直于前进方向的横向加速度传感器，基本原理相同，只是成90°夹角安装。ESP一般使用微机械式加速度传感器，在传感器内部，一小片致密物质连接在一个可以移动的悬臂上，可以反映出汽车的纵向/横向加速度的大小，其输出在静态时为2.5V左右，正的加速度对应正的电压变化，负的加速度对应负的电压变化，每1.0～1.4V对应1g的加速度变化，具体参数因传感器不同而有所不同。 4．轮速传感器