近年来跟着传感器技能和信息处理技能的快速开展，工程运用中对传感器的丈量精度、数据传输间隔和信息处理才能都提出了更高的要求。为了战胜一般力敏、光敏传感器抗搅扰才能差、传输间隔短、调零难、丈量节点无法直接与上位机通讯等缺陷，本文规划了一种以Freescale MC9S08SH4单片机和AD7705为中心构成的智能传感器体系，在一般传感器上添加了软件调零、浮点数据处理、主动补偿、与上位机双向通讯、规范化数字输出等功用，能够很方便地完成上位机对数据的实时收集和处理，并具有丈量精度高、结构紧凑、抗搅扰才能强等特色。
1、体系组成
智能传感器体系由信号调度电路、A/D转化电路、主控电路、调零电路、RS-485通讯电路和电源电路等模块组成。其间信号调度模块担任对传感器输出的mV级差分信号进行调度和扩大；A/D转化模块将信号调度模块输出的模仿信号转化为数字信号供MCU处理；调零模块能够在恣意时间将当时的输入值设置为参阅零点；RS-485通讯模块完成主控电路与上位机之间的通讯；电源模块为主控电路、传感器、信号调度模块和RS-485通讯模块供给电源。体系结构如图1所示。
2、功用模块规划
2.1 信号调度和A/D转化模块
传感器的输出信号一般为mV级的差分信号，传统的信号调度电路是在A/D转化前加一级或多级高精度的扩大电路，这样不光添加了本钱，电路也较为杂乱。而AD7705具有完好的模仿前端，内置增益可编程扩大器（PGA）和可编程数字滤波器，能直接对传感器输出的mV级信号进行调度、滤波、扩大和A/D转化，然后串行输出，无需运用外部外表扩大器，极大地简化了电路规划。
AD7705的A/D转化功用也很强，其选用的Σ-Δ转化技能最高可完成16位无误码传输。在本次规划中，AD7705的两个全差分模仿输入通道能够一起满意两路传感器输出信号的输入，经过软件编程能够方便地对信号增益、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。其间，传感器输出信号直接接入AD7705的差分模仿输入通道AIN1端。
2.2 主控模块
智能传感器体系的主控MCU选用的是MC9S08SH4，归于Freescale公司S08系列8位单片机，具有体积小、速度快，片上资源丰富、数据处理才能强等特色。其最大时钟频率为20 MHz，片上资源包含4 KB Flash、512 B RAM、8路键盘中止、SCI接口、SPI接口、IIC总线等模块，选用TSSOP16封装，尺度很小，十分适用于本体系。为了尽量减小电路板面积，本次规划中MC9S08SH4的编程接口没有运用规范的6芯BDM接口，而选用自定义的4芯接口，最小体系如图3所示。
2.3 调零模块
调零模块有两个效果，一是在每次丈量前让传感器归零，二是在丈量过程中即时设置参阅零点。
传统的机械调零办法是在电路中添加一个电位器，运用改动分压值的办法进行调零。这种办法调理速度很慢，准确性也比较差。本规划中选用的是软件调零办法，首要运用键盘中止收集传感器零输入时的A/D转化成果作为参阅零点，并存放到一个全局变量中；今后每次A/D转化的值都与全局变量中的参阅零点相比较，即可得到校正后的成果。软件调零办法准确度高、调理速度十分快，特别适用于在丈量过程中即时设置参阅零点。
2.4 RS-485通讯模块
体系与上位机之间的通讯选用RS-485通讯协议。在实践运用中，一台上位机需求拖挂多个传感器，而且对传输间隔有较高的要求。RS-485串行总线接口选用平衡发送和差分接纳的方法进行数据通讯，较RS-232提高了抗共模搅扰才能和传输间隔；而且RS-485总线能用于多个带有RS-485接口的设备互连，完成数据的高速远间隔传送。本体系中选用的RS-485通讯芯片为MAX1487，输进口DI和输出口RO别离和MC9S08SH4的串行数据发送端TXD和串行数据接纳端RXD相连。读写使能端衔接在一起，由MC9S08SH4的PTA1引脚操控。当PTA1输出高电平时，传感器体系向上位机发送数据；当PTA1输出低电平时，传感器体系从上位机接纳数据，如图4所示。
2.5 电源模块
电源模块选用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作业电压。为使体系结构紧凑、体积小，电源模块中运用的稳压芯片为小电流的78L12、78L05和LM1117（SOT-223封装）各一片。经现场测验后发现，因为体系功率很小，所以电源模块发热量并不大，能够确保长期安稳作业。
3、软件规划
软件规划部分首要包含MC9S08SH4初始化、A/D转化成果的中值滤波和均值滤波、设置参阅零点进行数据校正、数据的浮点化处理、校正数据帧格局、经过SCI模块和RS-485通讯模块将数据帧发送到上位机。详细流程如图5所示。
上位机软件选用LabVIEW结合SQL编写，经过串口和RS485通讯协议对智能传感器体系的运转状况进行监控，必要时上位机软件能够从头设置数字传感器的通讯地址、A/D转化位数、数据帧格局和串口波特率等参数，并将收集到的运转数据存储在数据库中，便于日后剖析收拾。
本规划完成的根据Freescale MC9S08SH4和AD7705的智能传感器体系，充分运用MC9S08SH4体积小、速度快，片上资源丰富、数据处理才能强等特色，结合AD7705内置的信号处理电路和高精度？撞-？驻 A/D转化器，在一般传感器上添加了软件调零、浮点数据处理、多点丈量、RS-485双向通讯、规范化数字输出等功用，战胜了一般力敏、光敏传感器数据传输间隔短、零点调理困难、丈量节点无法直接与上位机通讯、抗搅扰才能差等缺陷。经现场测验，该体系具有体积小、丈量精度高、运转安稳牢靠等长处。
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