現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)1,2優(yōu)秀課件

第7章智能傳感器目前，智能傳感器的中、英文稱(chēng)謂尚未完全統(tǒng)一。英國(guó)人將智能傳感器稱(chēng)為“IntelligentSensor”；美國(guó)人則習(xí)慣于把智能傳感器稱(chēng)做“SmartSensor”，直譯就是“靈巧的、聰明的傳感器”。7.1智能傳感器的基本特點(diǎn)

1.智能傳感器的定義所謂智能傳感器，就是帶微處理器、兼有信息檢測(cè)和信息處理功能的傳感器。智能傳感器的最大特點(diǎn)就是，將傳感器檢測(cè)信息的功能與微處理器的信息處理功能有機(jī)地融合在一起。從一定意義上講，它具有類(lèi)似于人工智能的作用?！皫⑻幚砥鳌卑瑑煞N情況：1）將傳感器與微處理器集成在一個(gè)芯片上構(gòu)成所謂的“單片智能傳感器”；2）指?jìng)鞲衅髂軌蚺湮⑻幚砥?。顯然，后者的定義范圍更寬，但二者均屬于智能傳感器的范疇。(1)具有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)標(biāo)定功能。智能傳感器不僅能自動(dòng)檢測(cè)各種被測(cè)參數(shù)，還能進(jìn)行自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)調(diào)平衡、自動(dòng)校準(zhǔn)，某些智能傳感器還能自動(dòng)完成標(biāo)定工作。(2)具有邏輯判斷和信息處理功能，能對(duì)被測(cè)量進(jìn)行信號(hào)調(diào)理或信號(hào)處理(對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理、線性化，或?qū)囟?、靜壓力等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)?。例如，在帶有溫度補(bǔ)償和靜壓力補(bǔ)償?shù)闹悄懿顗簜鞲衅髦校?dāng)被測(cè)量的介質(zhì)溫度和靜壓力發(fā)生變化時(shí)，智能傳感器中的補(bǔ)償軟件能自動(dòng)依照一定的補(bǔ)償算法進(jìn)行補(bǔ)償，以提高測(cè)量精度。2.智能傳感器的功能(5)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和記憶功能，能隨時(shí)存取檢測(cè)數(shù)據(jù)。

(6)具有雙向通信功能，能通過(guò)RS－232、RS－485、USB、I2C等標(biāo)準(zhǔn)總線接口，直接與微型計(jì)算機(jī)通信。自動(dòng)化(控制)系統(tǒng)框圖7.2智能傳感器發(fā)展的歷史背景傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)已達(dá)到其技術(shù)極限。它的價(jià)格性能比不可能再有大的下降。它在以下幾方面存在嚴(yán)重不足：·因結(jié)構(gòu)尺寸大，而時(shí)間(頻率)響應(yīng)特性差；·輸入—輸出特性存在非線性，且隨時(shí)間而漂移；·參數(shù)易受環(huán)境條件變化的影響而漂移；·信噪比低，易受噪聲干擾；·存在交叉靈敏度，選擇性、分辨率不高?，F(xiàn)場(chǎng)總線是連接測(cè)控系統(tǒng)中各智能裝置(包括智能傳感器)的雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。其主要特點(diǎn)是：1.傳輸數(shù)字信號(hào)用數(shù)字信號(hào)取代原來(lái)的4～20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)，進(jìn)而提高可靠性和抗干擾能力。這就要求傳感器由可輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的變送器改變?yōu)閹?shù)字總線接口并輸出數(shù)字信號(hào)。所有現(xiàn)場(chǎng)傳感器，通過(guò)數(shù)字總線接口都方便地掛接在一條環(huán)形現(xiàn)場(chǎng)總線上。這樣可以大大削減現(xiàn)場(chǎng)與控制室(高/上位計(jì)算機(jī))之間一對(duì)一的連接導(dǎo)線，節(jié)約初期安裝費(fèi)用，大大簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的布線和設(shè)計(jì)。這種節(jié)約對(duì)一個(gè)大型、多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)是很有意義的，譬如：這種節(jié)約對(duì)一個(gè)大型、多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)是很有意義的，譬如：一個(gè)電站 需要5000臺(tái)傳感器及其儀表；一個(gè)鋼鐵廠 需要2萬(wàn)臺(tái)傳感器及其儀表；大型石油化工廠需要6000臺(tái)傳感器及其儀表；大型發(fā)電機(jī)組 需要3000臺(tái)傳感器及其儀表；一部汽車(chē) 需要30至100臺(tái)傳感器；一架飛機(jī) 需要3600臺(tái)傳感器；…3.智能化采用智能與控制職能分散下放到現(xiàn)場(chǎng)裝置的原則，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的每一節(jié)點(diǎn)處安裝的現(xiàn)場(chǎng)儀表應(yīng)是“智能”型的，即安裝的傳感器應(yīng)是“智能傳感器”。在這種控制系統(tǒng)中，智能型現(xiàn)場(chǎng)裝置是整個(gè)控制管理系統(tǒng)的主體。這種基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)，要求必須使用智能傳感器，而不是一般傳統(tǒng)的傳感器。智能傳感器代表了傳感器的發(fā)展方向，這種智能傳感器帶有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字總線接口，能夠自己管理自己。它將所檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)過(guò)變換處理后，以數(shù)字量形式通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與高/上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息通信與傳遞。由于智能傳感器采用了自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)校準(zhǔn)等多項(xiàng)新技術(shù)，因此其測(cè)量精度及分辨力都得到大幅度提高。例如，美國(guó)霍尼韋爾(Honeywell)公司推出的PPT系列智能精密壓力傳感器，測(cè)量液體或氣體的精度為±0.05％，比傳統(tǒng)壓力傳感器的精度大約提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。美國(guó)BB(BURRBROWN)公司生產(chǎn)的XTR系列精密電流變送器，轉(zhuǎn)換精度可達(dá)±0.05％，非線性誤差僅為±0.003％。7.3.智能傳感器的特點(diǎn)1)高精度智能傳感器的測(cè)量范圍很寬，并具有很強(qiáng)的過(guò)載能力。例如，美國(guó)ADI公司推出的ADXRS300型單片偏航角速度陀螺儀集成電路，能精確測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)物體的偏航角速度，測(cè)量范圍是(-300～300)°/s。用戶(hù)只需并聯(lián)一只合適的設(shè)定電阻，即可將測(cè)量范圍擴(kuò)展到1200°/s。該傳感器還能承受1000g的運(yùn)動(dòng)加速度或2000g的靜力加速度。Honeywell公司的智能精密壓力傳感器，量程從6.8946kPa～3.4473MPa，總共有10種規(guī)格。2)寬量程某些智能傳感器還具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力。例如，US0012是一種基于數(shù)字信號(hào)處理器和模糊邏輯技術(shù)的高性能智能化超聲波干擾探測(cè)器集成電路，它對(duì)溫度環(huán)境等自然條件具有自適應(yīng)(Selfadaptive)能力。美國(guó)Mierosemi公司、Agilent公司最近相繼推出了能實(shí)現(xiàn)人眼仿真的集成化可見(jiàn)光亮度傳感器，其光譜特性及靈敏度都與人眼相似，能代替人眼去感受環(huán)境亮度的明暗程度，自動(dòng)控制LCD顯示器背光源的亮度，以充分滿(mǎn)足用戶(hù)在不同時(shí)間、不同環(huán)境中對(duì)顯示器亮度的需要。4)自適應(yīng)能力強(qiáng)性?xún)r(jià)比的全稱(chēng)為性能價(jià)格比，它表示某種商品的性能價(jià)值與實(shí)際價(jià)格之比。因此，高性?xún)r(jià)比就意味著品質(zhì)優(yōu)良而價(jià)格適宜，真正“物超所值”。智能傳感器通常都具有較高的性?xún)r(jià)比，例如，美國(guó)Veridicom公司推出的第三代CMOS固態(tài)指紋傳感器，增加了圖像搜索、高速圖像傳輸?shù)榷喾N新功能，其成本卻低于第二代CMOS固態(tài)指紋傳感器，因此具有更高的性?xún)r(jià)比。5)高可靠性美國(guó)Atmel公司最近推出的FCD4B14、AT77C101B型單片硅晶體指紋傳感器集成電路，抗磨損性強(qiáng)，在指紋傳感器的表面有專(zhuān)門(mén)的保護(hù)層，手指接觸磨損的次數(shù)可超過(guò)百萬(wàn)次。6)高性?xún)r(jià)比隨著微電子技術(shù)的迅速推廣，智能傳感器正朝著短、小、輕、薄的方向發(fā)展，以滿(mǎn)足航空、航天及國(guó)防尖端技術(shù)領(lǐng)域的急需，并且為開(kāi)發(fā)便攜式、袖珍式檢測(cè)系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。例如，前面提到的SHT11/15智能傳感器，外形尺寸僅為7.62mm(長(zhǎng))×5.08mm(寬)×2.5mm(高)，質(zhì)量只有0.1g，其體積與一個(gè)大火柴頭相近。LX1970型集成可見(jiàn)光亮度傳感器的外形尺寸僅為2.95mm×3mm×1mm。7)超小型化、微型化智能傳感器具有信號(hào)放大及信號(hào)調(diào)理功能，可大大提高傳感器的信噪比。例如，ADXRS300型單片偏航角速度陀螺儀能在噪聲環(huán)境下保證測(cè)量精度不變，其角速度噪聲密度低至0.2°/(s)。9)高信噪比1.4.1非集成化實(shí)現(xiàn)非集成式智能傳感器框圖7.4智能傳感器實(shí)現(xiàn)的途徑1.4.2集成化實(shí)現(xiàn)集成智能傳感器外形示意圖現(xiàn)代傳感器技術(shù)，是指以硅材料為基礎(chǔ)(因?yàn)楣杓扔袃?yōu)良的電性能，又有極好的機(jī)械性能)，采用微米(1μm～1mm)級(jí)的微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)各種儀表傳感器系統(tǒng)的微米級(jí)尺寸化。國(guó)外也稱(chēng)它為專(zhuān)用集成微型傳感技術(shù)(ASIM)。由此制作的智能傳感器的特點(diǎn)是：

1.微型化微型壓力傳感器已經(jīng)可以小到放在注射針頭內(nèi)送進(jìn)血管測(cè)量血液流動(dòng)情況，裝在飛機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面用以測(cè)量氣體的流速和壓力。美國(guó)最近研究成功的微型加速度計(jì)可以使火箭或飛船的制導(dǎo)系統(tǒng)質(zhì)量從幾公斤下降至幾克。4.多功能微米級(jí)敏感元件結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)特別有利于在同一硅片上制作不同功能的多個(gè)傳感器，如，美國(guó)霍尼韋爾公司，80年代初期生產(chǎn)的ST-3000型智能壓力(差)和溫度變送器，就是在一塊硅片上制作了感受壓力、壓差及溫度三個(gè)參量的，具有三種功能(可測(cè)壓力、壓差、溫度)的敏感元件結(jié)構(gòu)的傳感器。不僅增加了傳感器的功能，而且可以通過(guò)采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)消除交叉靈敏度的影響，提高傳感器的穩(wěn)定性與精度(詳細(xì)討論見(jiàn)6.2.2節(jié))。

5.陣列式微米技術(shù)已經(jīng)可以在一平方厘米大小的硅芯片上制作含有幾千個(gè)壓力傳感器陣列，譬如，豐田中央研究所半導(dǎo)體研究室用微機(jī)械加工技術(shù)制作的集成化應(yīng)變計(jì)式面陣觸覺(jué)傳感器，在8mm×8mm的硅片上制作了1024個(gè)(32×32)敏感觸點(diǎn)(橋)，基片四周還制作了信號(hào)處理電路，其元件總數(shù)約16000個(gè)。敏感元件構(gòu)成陣列后，配合相應(yīng)圖像處理軟件，可以實(shí)現(xiàn)圖形成像且構(gòu)成多維圖像傳感器。這時(shí)的智能傳感器就達(dá)到了它的最高級(jí)形式。6.全數(shù)字化通過(guò)微機(jī)械加工技術(shù)可以制作各種形式的微結(jié)構(gòu)。其固有諧振頻率可以設(shè)計(jì)成某種物理參量(如溫度或壓力)的單值函數(shù)。因此可以通過(guò)檢測(cè)其諧振頻率來(lái)檢測(cè)被測(cè)物理量。這是一種諧振式傳感器，直接輸出數(shù)字量(頻率)。它的性能極為穩(wěn)定、精度高、不需A/D轉(zhuǎn)換器便能與微處理器方便地接口。免去A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)于節(jié)省芯片面積、簡(jiǎn)化集成化工藝，均十分有利。7.使用極其方便，操作極其簡(jiǎn)單

它沒(méi)有外部連接元件，外接連線數(shù)量極少，包括電源、通訊線可以少至四條，因此，接線極其簡(jiǎn)便。它還可以自動(dòng)進(jìn)行整體自校，無(wú)需用戶(hù)長(zhǎng)時(shí)間地反復(fù)多環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)與校驗(yàn)?！爸悄堋焙吭礁叩闹悄軅鞲衅?，它的操作使用越簡(jiǎn)便，用戶(hù)只需編制簡(jiǎn)單的使用主程序。這就如同“傻瓜”照相機(jī)的操作比不是“傻瓜”照相機(jī)的經(jīng)典式照相機(jī)要簡(jiǎn)便得多一樣的道理。根據(jù)以上特點(diǎn)可以看出：通過(guò)集成化實(shí)現(xiàn)的智能傳感器，為達(dá)到高自適應(yīng)性、高精度、高可靠性與高穩(wěn)定性，其發(fā)展主要有以下兩種趨勢(shì)：1)：多功能化與陣列化，加上強(qiáng)大的軟件信息處理功能；2)：發(fā)展諧振式傳感器，加軟件信息處理功能。例如，壓阻式壓差傳感器是采用微機(jī)械加工技術(shù)最先實(shí)用化的集成傳感器，但是它受溫度與靜壓影響，總精度只能達(dá)到0.1%。致力于改善它的溫度性能花費(fèi)了近20余年時(shí)間卻無(wú)重大進(jìn)展，因而有的廠家改為研制諧振式壓力傳感器，而美國(guó)霍尼韋爾公司則發(fā)展多功能敏感元件(如：ST-3000型智能變送器)，通過(guò)軟件進(jìn)行多信息數(shù)據(jù)融合處理改善了穩(wěn)定性，提高了精度。要在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)智能傳感器系統(tǒng)存在著許多困難的、棘手的難題。例如：·哪一種敏感元件比較容易采用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路工藝來(lái)制作?·選用何種信號(hào)調(diào)理電路，如精密電阻、電容、晶振等，不需要外接元件?·由于直接轉(zhuǎn)換型A/D變換器電路太復(fù)雜，制作了敏感元件后留下的芯片面積有限，需要尋求其它模—數(shù)轉(zhuǎn)換的型式。如：電壓/頻率變換器、占空比調(diào)制式、……?！び捎谛酒娣e有限制，以及制作敏感元件與數(shù)字電路的優(yōu)化工藝的不兼容性，微處理器系統(tǒng)及可編程只讀存儲(chǔ)器的規(guī)模、復(fù)雜性與完善性受到很大限制?！?duì)功耗與自熱、電磁耦合帶來(lái)的相互影響，在一塊芯片內(nèi)如何消除?9.4.3混合實(shí)現(xiàn)根據(jù)需要與可能，將系統(tǒng)各個(gè)集成化環(huán)節(jié)，如：敏感單元、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元、數(shù)字總線接口，以不同的組合方式集成在兩塊或三塊芯片上，并裝在一個(gè)外殼里。如圖1-6中所示的幾種方式。集成化敏感單元包括(對(duì)結(jié)構(gòu)型傳感器)彈性敏感元件及變換器。信號(hào)調(diào)理電路包括多路開(kāi)關(guān)、儀用放大器、基準(zhǔn)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等。微處理器單元包括數(shù)字存儲(chǔ)器(EPROM、ROM、RAM)、I/O接口、微處理器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)等)。在一個(gè)封裝中可能的混合集成實(shí)現(xiàn)方式1.4.4集成化智能傳感器的幾種形式1.初級(jí)形式初級(jí)形式就是組成環(huán)節(jié)中沒(méi)有微處理器單元，只有敏感單元與(智能)信號(hào)調(diào)理電路，二者被封裝在一個(gè)外殼里。這是智能傳感器系統(tǒng)最早出現(xiàn)的商品化形式，也是最廣泛使用的形式，也被稱(chēng)為“初級(jí)智能傳感器”(SmartSensor)。從功能來(lái)講，它只具有比較簡(jiǎn)單的自動(dòng)校零、非線性的自動(dòng)校正、溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能。這些簡(jiǎn)單的智能化功能是由硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。故通常稱(chēng)該種硬件電路為智能調(diào)理電路。2.中級(jí)形式/自立形式中級(jí)形式是在組成環(huán)節(jié)中除敏感單元與信號(hào)調(diào)理電路外，必須含有微處理器單元，即一個(gè)完整的傳感器系統(tǒng)全部封裝在一個(gè)外殼里的形式。它具有9.2.1節(jié)所列完善的智能化功能，這些智能化功能主要是由強(qiáng)大的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3.高級(jí)形式

高級(jí)形式是集成度進(jìn)一步提高，敏感單元實(shí)現(xiàn)多維陣列化時(shí)，同時(shí)配備了更強(qiáng)大的信息處理軟件，從而具有更高級(jí)的智能化功能的形式。這時(shí)的傳感器系統(tǒng)不僅具有9.2.1節(jié)所述的完善的智能化功能，而且還具有更高級(jí)的傳感器陣列信息融合功能，或具有成像與圖像處理等功能。對(duì)于集成化智能傳感器系統(tǒng)而言，集成化程度越高，其智能化程度也就越可能達(dá)到更高的水平。

(1)能同時(shí)對(duì)4路遠(yuǎn)程溫度和1路本地溫度進(jìn)行精確地測(cè)量及控制。片內(nèi)有本地溫度轉(zhuǎn)換器、多路轉(zhuǎn)換器(MUX)和10位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。7.5多通道智能溫度傳感器1.AD7417的性能特點(diǎn)內(nèi)置傳感器就作為多路轉(zhuǎn)換器的0通道，1～4通道需接外部傳感器。AD7417的轉(zhuǎn)換速率極快，對(duì)本地傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為30μs，對(duì)每路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為15μs。

(2)測(cè)溫范圍為-55～125℃，分辨力為0.25℃。在環(huán)境溫度為25℃時(shí)的精度可達(dá)±1℃，在-55～125℃范圍內(nèi)的精度為±2℃。(3)帶I2C總線接口，進(jìn)行讀、寫(xiě)操作非常簡(jiǎn)便，適配80C51、87C51、68HC11、68HC05、PIC16CXX等各種型號(hào)的單片機(jī)；其串行接口遵守Motorola公司的SPI、QSPI總線協(xié)議并與NSC公司的MicroWire總線兼容。(4)具有超溫指示器，當(dāng)被測(cè)溫度超過(guò)上限溫度時(shí)，OTI端就被激活。AD7417還具有內(nèi)部故障排隊(duì)計(jì)數(shù)器，能提高溫度控制系統(tǒng)的抗干擾能力。(5)電源電壓范圍為2.7～5.5V，典型值可取3.3V或5V。正常工作電流為600μA，在待機(jī)模式下電流降至1μA。16引腳的SOIC(SmallOutlineIntegratedCircuitPackage)。UIN1～UIN4為4個(gè)模擬通道輸入端。UREF為外部2.5V基準(zhǔn)電壓輸入端，使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓時(shí)須將UREF端與地短接；CONVST為轉(zhuǎn)換開(kāi)啟信號(hào)端。2.AD7417的工作原理A0～A2為地址碼輸入端。SDA、SCL分別為串行數(shù)據(jù)、串行時(shí)鐘端。OTI為超溫報(bào)警輸出端，漏極開(kāi)路輸出。UDD為2.7～5.5V電源端。GND為數(shù)字地，NC為空腳。AD7417內(nèi)部主要包括9部分：⑥溫度數(shù)據(jù)寄存器、配置寄存器1和2、超溫寄存器(包括超下限溫度tHYST和超上限溫度tOTI)、ADC寄存器和地址指針寄存器；⑦數(shù)字比較器；⑧數(shù)據(jù)輸出電路；⑨I2C接口。此外還有故障排隊(duì)計(jì)數(shù)器等①內(nèi)置溫度傳感器；②2.5V基準(zhǔn)電壓源UREF；③多路轉(zhuǎn)換器(MUX)；④逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器(含取樣電容、電荷平衡比較器、時(shí)鐘振蕩器、控制邏輯和電荷分配式DAC)；⑤內(nèi)基準(zhǔn)／外基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(SW1)：AD7417內(nèi)部包含一個(gè)單片溫度傳感器，將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)10位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。它采用基于電荷分配DAC的10位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。在對(duì)模擬信號(hào)取樣時(shí)，UIN經(jīng)過(guò)SW2對(duì)取樣電容C1進(jìn)行充電，使C1上儲(chǔ)存電荷。在對(duì)該電荷進(jìn)行取樣時(shí)，末位數(shù)值為1/2LSB。1LSB的大小等于UREF/1024=2.5V/1024=2.44mV。對(duì)AD7417而言，一次A/D轉(zhuǎn)換是以CONVST信號(hào)的上升沿作為開(kāi)啟信號(hào)，而以CONVST的下降沿作為結(jié)束信號(hào)的。在自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式下，每當(dāng)進(jìn)行讀、寫(xiě)操作時(shí)，就自行啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；操作結(jié)束時(shí)，跟蹤/保持電路經(jīng)過(guò)3μs后進(jìn)入保持模式，并開(kāi)始下次轉(zhuǎn)換。跟蹤/保持時(shí)間為400μs。A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)鐘由內(nèi)部提供，它不需要外部時(shí)鐘。工作原理AD7417配上微處理器(μP)或單片機(jī)(μC)，可構(gòu)成5通道溫度測(cè)控系統(tǒng)。模擬通道的輸入電壓分別取自外部PN結(jié)溫度傳感器的輸出信號(hào)。3.AD7417的典型應(yīng)用采用外基準(zhǔn)時(shí)可選擇AD780或MC1403型2.5V基準(zhǔn)電壓源，在UREF引腳與GND之間接一只10μF電容C3。C1和C2分別為電源退耦電容和高頻消噪電容。SDA和SCL就構(gòu)成了I2C串行接口。上電后AD7417的默認(rèn)值為tOTI=80℃，tHYST=75℃，OTI輸出低電平。MAX1668屬于多通道智能溫度傳感器，可同時(shí)對(duì)5路(或3路)溫度進(jìn)行測(cè)量及控制。內(nèi)部包含了本地溫度傳感器、多路轉(zhuǎn)換器、8位(含符號(hào)位)A／D轉(zhuǎn)換器、控制邏輯和21個(gè)寄存器，5個(gè)數(shù)字比較器，能以最簡(jiǎn)方式構(gòu)成多路溫度巡回檢測(cè)及控制系統(tǒng)，特別適合測(cè)量微處理器芯片的溫度。7.6MAX1668型5通道精密智能溫度傳感器1.MAX1668的性能特點(diǎn)圖3.3MAX1668的內(nèi)部電路框圖

表3.1MAX1668溫度—數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3.MAX1668的典型應(yīng)用

圖3.4多通道溫度巡回檢測(cè)系統(tǒng)的整機(jī)電路框圖多通道系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如下：(1)采用MAX1668型5通道智能溫度傳感器，可同時(shí)對(duì)4路遠(yuǎn)程溫度和一路本地溫度進(jìn)行巡回檢測(cè)及控制。該系統(tǒng)還允許在總線上再接上4片MAX1668，總共可以測(cè)量17路溫度(包括1路本地溫度，16路遠(yuǎn)程溫度)。系統(tǒng)采用5V穩(wěn)壓電源供電。(2)采用89C51型低功耗、高性能、帶4KE2PROM的8位CMOS單片機(jī)，作為測(cè)溫系統(tǒng)的中央控制器。89C51的P1.2、P1.3引腳輸出的高、低電平，作為地址選通信號(hào)。(3)為了簡(jiǎn)化電路，89C51的串行通信接口(TXD和RXD)通過(guò)6片CD4094型8級(jí)移位鎖存寄存器，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)6位LED顯示器(含符號(hào)位和極性位)，顯示溫度范圍為-55～125℃，分辨力為0.1℃，測(cè)量誤差不超過(guò)±3℃，測(cè)量速率為3次／s。專(zhuān)門(mén)用一只LED數(shù)碼管顯示被測(cè)通道。該系統(tǒng)使用3×4的薄膜鍵盤(pán)。(4)采取軟件抗干擾措施來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。(5)采用聲、光報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警功能。多通道系統(tǒng)的基本工作原理是，89C51首先將操作命令寫(xiě)入MAX1668的寄存器中，通知MAX1668要做什么工作(例如在使用多片MAX1668時(shí)，在某一時(shí)刻由哪個(gè)芯片中的哪個(gè)通道進(jìn)行測(cè)溫)，然后用讀命令來(lái)讀取測(cè)溫結(jié)果，并通過(guò)CD4094將測(cè)量結(jié)果顯示在LED顯示器上。顯示部分使用6只共陰極LED數(shù)碼管。其中，低4位用來(lái)顯示溫度數(shù)據(jù)，次高位顯示符號(hào)(正溫度或負(fù)溫度)，最高位顯示正在進(jìn)行測(cè)量的是第幾個(gè)通道。當(dāng)89C51檢測(cè)到MAX1668的ALERT輸出為低電平時(shí)，就使P1.5引腳以2kHz的頻率連續(xù)輸出高低電平，送至超溫聲、光報(bào)警電路，使蜂鳴器發(fā)出斷續(xù)的報(bào)警聲，發(fā)光二極管也閃爍發(fā)光，從而取得最佳報(bào)警效果。與此同時(shí)，P1.4引腳通過(guò)溫控電路分別去控制各遠(yuǎn)程通道的溫度。(1)PPT系列傳感器采用鋼膜片，帶RS－232接口，傳感器距離不超過(guò)18m，適合測(cè)量快速變化或緩慢變化的各種不易燃、無(wú)腐蝕性氣體或液體的壓力、壓差及絕對(duì)壓力，測(cè)量精度高達(dá)±0.05％(滿(mǎn)量程時(shí)的典型值)，相比之下，集成壓力變送器最高只能達(dá)到±0.1％的精度。PPTR系列產(chǎn)品帶RS－485接口，傳輸距離可達(dá)幾千米，它采用不銹鋼膜片，能測(cè)量具有腐蝕性的液體或氣體，測(cè)量精度為±0.1％。7.7網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器的原理與應(yīng)用1.網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器的性能特點(diǎn)(2)它屬于網(wǎng)絡(luò)傳感器。構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)時(shí)能確定每個(gè)傳感器的全局地址、組地址和設(shè)備識(shí)別號(hào)ID地址，能實(shí)現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和資源共享，用戶(hù)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取任何一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)并對(duì)該傳感器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，所設(shè)定的參數(shù)就保存在E2PROM中。(3)能輸出經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后的壓力數(shù)字量和模擬量，它既是一個(gè)精密數(shù)字壓力傳感器，又是一個(gè)模擬式標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器。模擬輸出電壓在0～5V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，可作為標(biāo)準(zhǔn)壓力信號(hào)源來(lái)使用。用戶(hù)不用主機(jī)即可獲得模擬輸出。(4)可通過(guò)接口電路與PC機(jī)進(jìn)行串行通信，一臺(tái)PC機(jī)最多可掛接89個(gè)傳感器。串行通信時(shí)有7種波特率可供選擇，最高達(dá)28800b／s。上電后默認(rèn)的波特率為9600b／s。數(shù)字格式為1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位。(5)有12種壓力單位可供選擇，包括國(guó)際單位制Pa(帕)，非國(guó)際單位制P0(大氣壓)、bar(巴)、mmHg(毫米汞柱)等，基本壓力單位是lb/in2(磅／平方英寸，也用psi表示)。量程范圍為1~500psi(即6.8946kPa～3.4473MPa)，總共有10種規(guī)格。(6)利用內(nèi)部的集成溫度傳感器來(lái)檢測(cè)傳感器溫度對(duì)壓力進(jìn)行補(bǔ)償。測(cè)溫誤差小于0.5℃。(7)電源電壓的范圍為5.5～30V，工作電流為15～30mA，工作溫度范圍為-40～85℃。PPT、PPTR系列智能壓力傳感器的外形尺寸為24.8mm×62.2mm。它有兩個(gè)壓力口P1和P2，P1口適合接不易燃、無(wú)腐蝕性的液體或氣體，P2口只能接氣體。為了降低噪聲，做模擬輸出時(shí)需要單點(diǎn)接地，應(yīng)將電源地、測(cè)量?jī)x表(如數(shù)字電壓表)的參考地直接連傳感器的信號(hào)地。2.網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器的工作原理PPT單元的核心部件是一個(gè)硅壓阻式傳感器，內(nèi)含對(duì)壓力和溫度敏感的元件。代表溫度和壓力的數(shù)字信號(hào)送至μP中進(jìn)行處理，可在-40～85℃范圍內(nèi)獲得經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和壓力校準(zhǔn)后的輸出。在測(cè)量快速變化的壓力時(shí)，可選擇跟蹤輸入模式，預(yù)先設(shè)定好采樣速率的閾值，當(dāng)被測(cè)壓力在閾值范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，采樣速率就自動(dòng)提高一倍。一旦壓力趨于穩(wěn)定，便又恢復(fù)正常采樣速率。PPT還具有空閑計(jì)數(shù)功能，在測(cè)量穩(wěn)定或緩慢變