專利名稱：智能傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能傳感器，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前傳感器的種類繁多，不同傳感器的檢測原理各不相同，因此不同傳感器的驅(qū)動電路和接口電路也有很大不同，導(dǎo)致現(xiàn)有傳感器的通用性較差。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供了一種智能傳感器，用于解決現(xiàn)有的傳感器通用性較差的問題，為此本實用新型提出了如下的技術(shù)方案一種智能傳感器，包括傳感器、接口電路、主控模塊和CAN接口，所述傳感器的信號輸出端與所述接口電路的信號輸入端連接，所述接口電路的信號輸出端與所述主控模塊的信號輸入端連接，所述主控模塊的信號輸出端與所述CAN接口的信號輸入端連接。本實用新型根據(jù)目前在工業(yè)現(xiàn)場使用的傳感器大都具有輸出4_20mA信號功能的特性，在傳感器中設(shè)置獨立的接口電路，使本實用新型提供的智能傳感器能夠適用于目前工業(yè)現(xiàn)場的各種設(shè)備。

圖I為本實用新型的具體實施方式
提供的智能傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的具體實施方式
提供的主控模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的具體實施方式
提供的CAN接口的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型的具體實施方式
提供的CAN接口的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型的具體實施方式
提供的接口電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實用新型的具體實施方式
提供的參考電壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實用新型的具體實施方式
提供的+5V電源電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本實用新型的具體實施方式
提供的-5V電源電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本實用新型的具體實施方式
提供的ICL7660工作原理示意圖。
具體實施方式
下面對本實用新型做進一步的詳細說明本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本實用新型的保護范圍不限于下述實施例。本具體實施方式
提供了一種智能傳感器，如圖I所示，包括傳感器I、接口電路2、主控模塊3和CAN接口 4，傳感器I的信號輸出端與接口電路2的信號輸入端連接，接口電路2的信號輸出端與主控模塊3的信號輸入端連接，主控模塊3的信號輸出端與CAN接口4的信號輸入端連接。具體的,主控模塊3可米用C8051F500微控制器,該微控制器系列首度集成一個超高效能的內(nèi)部精密振蕩器，以支持CAN通信網(wǎng)絡(luò)，無需配備外部晶振。其主要特點如下高速的同8051內(nèi)核相兼容的微控制器內(nèi)核(可達50MIPS);精確的可編程24MHz內(nèi)部振蕩器，在工作溫度范圍內(nèi)精度可達O. 5% ；32通道12位200kspsADC ;帶有32個報文對象的CAN控制器；集成有SMBus/IC，UART, SPI接口 ；帶有看門狗和六個捕捉/比較功能的可編程計數(shù)器陣列PCA ;64KB片內(nèi)Flash存儲器；4K字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器；4個16位定時器。C8051F500微控制器是整個智能傳感器的核心，其電路的可靠性直接決定了智能傳感器模塊的性能。本具體實施方式
中的主控模塊3的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。C8051F500微控制器內(nèi)部集成了一個輸入范圍為1.8V飛.25V的具有掉電保護功能的電壓調(diào)節(jié)器(REG0)，其輸出可以通過軟件設(shè)置為2. IV或2. 6V。如果REGO被使能，其輸出電壓會出現(xiàn)在Vdd引腳上來為CPU供電。當(dāng)REGO的輸入低于門檻電壓時會觸發(fā)中斷來通知CPU進行掉電處理。在V·引腳上連接的4. 7uF和O. IuF電容可以在掉電時為CPU提供短暫的供電以及消除電源浪涌。
在工業(yè)現(xiàn)場，本具體實施方式
提供的智能傳感器是作為CAN總線上的一個CAN節(jié)點存在的，相應(yīng)的CAN接口 4由微控制器41、總線協(xié)議控制器42和總線收發(fā)器43構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，微控制器41的數(shù)據(jù)輸入輸出端與總線協(xié)議控制器42的數(shù)據(jù)輸入輸出端連接，總線協(xié)議控制器42的數(shù)據(jù)輸入輸出端與總線收發(fā)器43的數(shù)據(jù)輸入輸出端連接。由微控制器41用來進行數(shù)據(jù)的組織和管理，總線協(xié)議控制器42用來將微控制器41傳送來的數(shù)據(jù)按照總線協(xié)議規(guī)定的格式轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)流，總線收發(fā)器43用來將總線協(xié)議控制器42傳送來的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為總線上的物理電平。由于在C8051F500微控制器內(nèi)部集成了 CAN協(xié)議控制器，C8051F500微控制器的CAN協(xié)議控制器主要是由CAN核、消息RAM、寄存器、消息處理器和模塊接口構(gòu)成。CAN核用于協(xié)議控制和消息串并轉(zhuǎn)換；消息RAM用于存儲消息對象和標(biāo)志符；寄存器用來控制與配置整個CAN控制器；消息處理器用于控制CAN核和消息RAM之間的數(shù)據(jù)傳輸；模塊接口用于CPU與整個控制器交換數(shù)據(jù)。CAN協(xié)議控制器內(nèi)部的32個消息對象可以被獨立配置為發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的協(xié)議處理由控制器獨立完成，，不用CPU干預(yù)，因此通信占用的帶寬很小。由于C8051F500內(nèi)部僅僅集成了 CAN協(xié)議控制器，它并不能提供物理層驅(qū)動，因此需在CAN協(xié)議控制器和CAN總線之間接上CAN收發(fā)器TJA1050，進行電氣轉(zhuǎn)換，將邏輯信號轉(zhuǎn)換為平衡差分碼，CAN接口 4的電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。CAN總線收發(fā)器采用TJA1050，它是PCA82C250高速收發(fā)器的后繼產(chǎn)品，提供了與PCA82C250基本相同的功能，此外還采用了最新的EMC技術(shù)，抗電磁干擾性能有了很大提升。為了提高模塊的抗干擾能力，在CANH和CANL與地之間并聯(lián)兩個O. 047uF的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的作用。另外，在兩根CAN總線接入端與地之間分別反接一個保護二極管，可起到一定的過壓保護作用。由于目前傳感器的種類繁多，不同傳感器的檢測原理各不相同，因此不同傳感器的驅(qū)動電路和接口電路也有很大不同。另外，目前在工業(yè)現(xiàn)場使用的傳感器大都具有輸出4-20mA信號的功能。因此，為了保證傳感器接口的通用性，在接口電路2中，使用一個高精度的100歐姆電阻對傳感器(或變送器)輸出的代表被測量數(shù)值的4-20mA信號進行采樣，采樣后的信號經(jīng)過儀表放大器AD620放大,送入C8051F500微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中進行米樣。從而將被測量轉(zhuǎn)換為可以在現(xiàn)場總線上傳播的數(shù)字量。接口電路2的電路結(jié)構(gòu)如圖5所不。電路中使用的放大器AD620是一款低成本、高精度儀表放大器,僅需要一個外部電阻R12來設(shè)置增益，增益范圍為I至10000。此外，AD620采用8引腳SOIC和DIP封裝，尺寸小于分立式設(shè)計，并且功耗較低(最大電源電流僅I. 3 mA), AD620具有高精度(最大非線性度40 ppm)、低失調(diào)電壓(最大50 μν)和低失調(diào)漂移(最大O. 6 μν/° C)特性，非常適合傳感器接口等精密數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的使用。圖中，R13和C38構(gòu)成了一個低通濾波器，用來濾除聞頻干擾。本具體實施方式
提供的智能傳感器需要對從儀表放大器AD620輸出的信號電壓進行AD轉(zhuǎn)換，而AD轉(zhuǎn)換的精確度同AD轉(zhuǎn)換器所采用的參考電壓的精確度有很大的關(guān)系。為了保證傳感器的精度，本具體實施方式
采用美信公司的ΜΑΧ6126集成電路來作為AD的參考電壓，其電路如圖6所示。ΜΑΧ6126是一款超低噪聲、高精度、低壓差的電壓基準(zhǔn)。這一系列電壓基準(zhǔn)具有曲率校正電路和高穩(wěn)定度 、光刻薄膜電阻，具有3ppm/° C (最大值)的溫度系數(shù)和±0. 02% (最大值)出色的初始精度。專有的低噪聲基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)具有I. 3μνρ_ρ的低噪聲擺幅和低至每平方根Hz 60nV的寬帶噪聲(2. 048V輸出)，并且無需像其他低噪聲基準(zhǔn)源一樣增大電源電流。在噪聲抑制引腳外加一個O. WF電容可以使寬帶噪聲進一步降至每平方根Hz 35nV，并可提高交流電源抑制能力。MAX6126串聯(lián)模式基準(zhǔn)源工作于2. 7V至12.6V電源電壓范圍，灌入或輸出電流高達IOmA時輸出電阻保證低于O. 025 Ω。MAX6126消耗電源電流380μΑ (典型值)，并具有2. 048V、2. 500V、3. 000V、4. 096V和5. 000V輸出電壓選項。具有200mV低壓差。傳統(tǒng)的并聯(lián)模式(2端)基準(zhǔn)源消耗較大的電源電流、且需要外部電阻，MAX6126則不同，電源電流與電源電壓基本無關(guān)，而且無需外部電阻。MAX6126可穩(wěn)定地工作于O. WF至IOPF容性負載下。由于接口電路2采用100歐姆電阻對信號進行采樣，可以確定AD的輸入電壓的范圍為O. €2N,因此，電路中選擇MAX6126的輸出電壓為2. 5V。本具體實施方式
提供的智能傳感器所需器件分別為C8051F500、AD620、TJA1050、MAX6126。其中除了 AD620需要-5V電源之外，其余器件都需要+5V電源進行供電。本具體實施方式
采用LMl 117-5. O來產(chǎn)生系統(tǒng)所需的+5V電源，其電路如圖7所示。由于C8051F500需要數(shù)值均為+5V的模擬電源和數(shù)字電源，因此集成穩(wěn)壓塊LD1117的輸出被分為兩支，分別為作為C8051F500的模擬電源和數(shù)字電源，C12和C39是數(shù)字電源的穩(wěn)壓電容；C40和C41是模擬電源的穩(wěn)壓電容。模擬電源和數(shù)字電源同穩(wěn)壓塊輸出之間用兩個I歐姆的電阻進行分離。電阻RlO和發(fā)光二極管D2構(gòu)成電源工作指示電路用來指示系統(tǒng)供電是否正常。流過D2的電流為5. 6mA。本具體實施方式
采用直流電源變換器ICL7660作為-5V電源，由于系統(tǒng)中只有AD620需要負電源，而AD620正常工作時消耗的電流較小(I. 3mA),因此采用ICL7660進行供電完全可以滿足要求。-5V電源電路如圖8所示。ICL7660是哈里斯公司采用CMOS工藝制成的高效率、小功率、低壓直流電源變換器，亦稱DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器，國產(chǎn)型號為5G7660，它不僅能將單電源轉(zhuǎn)換成對稱輸出的雙電源，還能通過幾片串聯(lián)方式獲得多倍壓輸出，其空載時轉(zhuǎn)換效率高達99. 7%，帶負載后轉(zhuǎn)換效率仍可達95%，ICL7660本身耗電小于O. 5mA，可以向負載提供l(T20mA的電流，其外圍電路十分簡單，只需接兩只電容即可工作。ICL7660采用8腳雙列直插式封裝，VDD、GND分別接電源的正、負端，VO為負輸出端，芯片內(nèi)部主要包括穩(wěn)壓器、RC振蕩器、二分頻器、邏輯控制器、電平轉(zhuǎn)換器、四只模擬開關(guān)SW1-SW4，ICL7660的等效電路如圖9所示。Cl、C2為外接電容，在正半周時，SI、S3閉合，S2、S4斷開，V+沿著SI — Cl — S3 — GND的途徑對Cl充電，Cl被充到V+，在負半周時，S2、S4閉合，S1、S3斷開，使Cl的正端接地，負端接Vout端，Cl的放電回路為，Cl正極一S2 — GND — C2負極一S4 — Cl負極，因此Cl上的一部分電荷就轉(zhuǎn)移到C2上，并在C2兩端形成負壓輸出，由于模擬關(guān)動作頻率很高(約10kHz)，Cl被不斷充電，使其兩端壓降維持在V+值，顯然，Cl的作用就相當(dāng)于一個“充電泵”，故稱之為充電泵電容。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，這些具體實施方式
都是基于本實用新型整體構(gòu)思下的不同實現(xiàn)方式，而且本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實 用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種智能傳感器，包括傳感器、接口電路、主控模塊和CAN接口，其特征在于，所述傳感器的信號輸出端與所述接口電路的信號輸入端連接，所述接口電路的信號輸出端與所述主控模塊的信號輸入端連接，所述主控模塊的信號輸出端與所述CAN接口的信號輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能傳感器，其特征在于，所述CAN接口包括微控制器、總線協(xié)議控制器和總線收發(fā)器，所述微控制器的數(shù)據(jù)輸入輸出端與所述總線協(xié)議控制器的數(shù)據(jù)輸入輸出端連接，所述總線協(xié)議控制器的數(shù)據(jù)輸入輸出端與所述總線收發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入輸出端連接。
專利摘要本實用新型提供了一種智能傳感器，包括傳感器、接口電路、主控模塊和CAN接口，所述傳感器的信號輸出端與所述接口電路的信號輸入端連接，所述接口電路的信號輸出端與所述主控模塊的信號輸入端連接，所述主控模塊的信號輸出端與所述CAN接口的信號輸入端連接。本實用新型根據(jù)目前在工業(yè)現(xiàn)場使用的傳感器大都具有輸出4-20mA信號功能的特性，在傳感器中設(shè)置獨立的接口電路，使本實用新型提供的智能傳感器能夠適用于目前工業(yè)現(xiàn)場的各種設(shè)備。
文檔編號G01D5/12GK202582577SQ20122023021
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者張鵬 申請人:張鵬