如何使用單片機實現(xiàn)智能傳感器系統(tǒng)的設計

　　近年來隨著傳感器技術和信息處理技術的快速發(fā)展，工程應用中對傳感器的測量精度、數(shù)據傳輸距離和信息處理能力都提出了更高的要求。為了克服普通力敏、光敏傳感器抗干擾能力差、傳輸距離短、調零難、測量節(jié)點無法直接與上位機通信等缺點，本文設計了一種以 Freescale MC9S08SH4 單片機和 AD7705 為核心構成的智能傳感器系統(tǒng)，在普通傳感器上增加了軟件調零、浮點數(shù)據處理、自動補償、與上位機雙向通訊、標準化數(shù)字輸出等功能，可以很方便地實現(xiàn)上位機對數(shù)據的實時采集和處理，并具有測量精度高、結構緊湊、抗干擾能力強等特點。

　　1、系統(tǒng)組成

　　智能傳感器系統(tǒng)由信號調理電路、A/D 轉換電路、主控電路、調零電路、RS-485 通信電路和電源電路等模塊組成。其中信號調理模塊負責對傳感器輸出的 mV 級差分信號進行調理和放大；A/D 轉換模塊將信號調理模塊輸出的模擬信號轉換為數(shù)字信號供 MCU 處理；調零模塊可以在任意時刻將當前的輸入值設置為參考零點；RS-485 通信模塊實現(xiàn)主控電路與上位機之間的通信；電源模塊為主控電路、傳感器、信號調理模塊和 RS-485 通信模塊提供電源。系統(tǒng)結構如圖 1 所示。

　　2、功能模塊設計

　　2.1 信號調理和 A/D 轉換模塊

　　傳感器的輸出信號一般為 mV 級的差分信號，傳統(tǒng)的信號調理電路是在 A/D 轉換前加一級或多級高精度的放大電路，這樣不但增加了成本，電路也較為復雜。而 AD7705 具有完整的模擬前端，內置增益可編程放大器（PGA）和可編程數(shù)字濾波器，能直接對傳感器輸出的 mV 級信號進行調理、濾波、放大和 A/D 轉換，然后串行輸出，無需使用外部儀表放大器，極大地簡化了電路設計。 AD7705 的 A/D 轉換功能也很強，其采用的Σ-Δ轉換技術最高可實現(xiàn) 16 位無誤碼傳輸。在本次設計中，AD7705 的兩個全差分模擬輸入通道可以同時滿足兩路傳感器輸出信號的輸入，通過軟件編程可以方便地對信號增益、極性、輸入通道、數(shù)據輸出更新率和數(shù)字濾波器進行設置。AD7705 電路模塊如圖 2 所示。其中，傳感器輸出信號直接接入 AD7705 的差分模擬輸入通道 AIN1 端。