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基于单片机和AD7705实现智能传感器系统的软硬件

近年来跟着传感器技巧和信息处置惩罚技巧的快速成长,工程利用中对传感器的丈量精度、数据传输间隔和信息处置惩罚能力都提出了更高的要求。为了降服通俗力敏、光敏传感器抗滋扰能力差、传输间隔短、调零难、丈量节点无法直接与上位机通信等毛病,本文设计了一种以Freescale MC9S08SH4单片机和AD7705为核心构成的智能传感器系统,在通俗传感器上增添了软件调零、浮点数据处置惩罚、自动补偿、与上位机双向通讯、标准化数字输出等功能,可以很方便地实现上位机对数据的实时采集和处置惩罚,并具有丈量精度高、布局紧凑、抗滋扰能力强等特征。

1、系统组成

智能传感器系统由旌旗灯号疗养电路、A/D转换电路、主控电路、调零电路、RS-485通信电路和电源电路等模块组成。此中旌旗灯号疗养模块认真对传感器输出的mV级差分旌旗灯号进行疗养和放大年夜;A/D转换模块将旌旗灯号疗养模块输出的模拟旌旗灯号转换为数字旌旗灯号供MCU处置惩罚;调零模块可以在随意率性时候将当前的输入值设置为参考零点;RS-485通信模块实现主控电路与上位机之间的通信;电源模块为主控电路、传感器、旌旗灯号疗养模块和RS-485通信模块供给电源。系统布局如图1所示。

2、功能模块设计

2.1 旌旗灯号疗养和A/D转换模块

传感器的输出旌旗灯号一样平常为mV级的差分旌旗灯号,传统的旌旗灯号疗养电路是在A/D转换前加一级或多级高精度的放大年夜电路,这样不只增添了资源,电路也较为繁杂。而AD7705具有完备的模拟前端,内置增益可编程放大年夜器(PGA)和可编程数字滤波器,能直接对传感器输出的mV级旌旗灯号进行疗养、滤波、放大年夜和A/D转换,然后串行输出,无需应用外部仪表放大年夜器,极大年夜地简化了电路设计。

AD7705的A/D转换功能也很强,其采纳的Σ-Δ转换技巧最高可实现16位无误码传输。在本次设计中,AD7705的两个全差分模拟输入通道可以同时满意两路传感器输出旌旗灯号的输入,经由过程软件编程可以方便地对旌旗灯号增益、极性、输入通道、数据输出更新率和数字滤波器进行设置。AD7705电路模块如图2所示。此中,传感器输出旌旗灯号直接接入AD7705的差分模拟输入通道AIN1端。

2.2 主控模块

智能传感器系统的主控MCU选用的是MC9S08SH4,属于Freescale公司S08系列8位单片机,具有体积小、速率快,片上资本富厚、数据处置惩罚能力强等特征。其最大年夜时钟频率为20 MHz,片上资本包括4 KB Flash、512 B RAM、8路键盘中断、SCI接口、SPI接口、IIC总线等模块,采纳TSSOP16封装,尺寸很小,异常适用于本系统。为了只管即便减小电路板面积,本次设计中MC9S08SH4的编程接口没有应用标准的6芯BDM接口,而采纳自定义的4芯接口,最小系统如图3所示。

2.3 调零模块

调零模块有两个感化,一是在每次丈量前让传感器归零,二是在丈量历程中即时设置参考零点。

传统的机器调零措施是在电路中增添一个电位器,使用改变分压值的措施进行调零。这种措施调节速率很慢,准确性也对照差。本设计中采纳的是软件调零措施,首先使用键盘中断采集传感器零输入时的A/D转换结果作为参考零点,并寄放到一个全局变量中;今后每次A/D转换的值都与全局变量中的参考零点相对照,即可获得校对后的结果。软件调零措施准确度高、调节速率异常快,分外适用于在丈量历程中即时设置参考零点。

2.4 RS-485通信模块

系统与上位机之间的通信采纳RS-485通信协议。在实际利用中,一台上位机必要拖挂多个传感器,并且对传输间隔有较高的要求。RS-485串行总线接口采纳平衡发送和差分接管的要领进行数据通信,较RS-232前进了抗共模滋扰能力和传输间隔;并且RS-485总线能用于多个带有RS-485接口的设备互连,实现数据的高速远间隔传送。本系统中采纳的RS-485通信芯片为MAX1487,输进口DI和输出口RO分手和MC9S08SH4的串行数据发送端TXD和串行数据接管端RXD相连。读写使能端连接在一路,由MC9S08SH4的PTA1引脚节制。当PTA1输出高电日常平凡,传感器系统向上位机发送数据;当PTA1输出低电日常平凡,传感器系统从上位机接管数据,如图4所示。

2.5 电源模块

电源模块采纳24 V直流输入,除了为传感器预留24 V、12 V供电接口外,还为AD7705、MAX1487、MC9S08SH4供给5 V事情电压。为使系统布局紧凑、体积小,电源模块中应用的稳压芯片为小电流的78L12、78L05和LM1117(SOT-223封装)各一片。经现场测试后发明,因为系统功率很小,以是电源模块发烧量并不大年夜,能够包管长光阴稳定事情。

3、软件设计

软件设计部分主要包括MC9S08SH4初始化、A/D转换结果的中值滤波和均值滤波、设置参考零点进行数据校对、数据的浮点化处置惩罚、校正数据帧款式、经由过程SCI模块和RS-485通信模块将数据帧发送到上位机。详细流程如图5所示。

上位机软件采纳LabVIEW结合SQL编写,经由过程串口和RS485通信协议对智能传感器系统的运行状态进行监控,需要时上位机软件可以从新设置数字传感器的通信地址、A/D转换位数、数据帧款式和串口波特率等参数,并将采集到的运行数据存储数据库中,便于日后阐发收拾。

本设计实现的基于Freescale MC9S08SH4和AD7705的智能传感器系统,充分使用MC9S08SH4体积小、速率快,片上资本富厚、数据处置惩罚能力强等特征,结合AD7705内置的旌旗灯号处置惩罚电路和高精度?撞-?驻 A/D转换器,在通俗传感器上增添了软件调零、浮点数据处置惩罚、多点丈量、RS-485双向通信、标准化数字输出等功能,降服了通俗力敏、光敏传感器数据传输间隔短、零点调节艰苦、丈量节点无法直接与上位机通信、抗滋扰能力差等毛病。经现场测试,该系统具有体积小、丈量精度高、运行稳定靠得住等优点。

责任编辑:gt

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