CN102281052B - 智能化传感器通用接口及带通用接口的智能化传感器 - Google Patents
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Abstract
一种智能化传感器通用接口，所述通用接口包括电源线、地线和串行通讯线，电源线用于接入设定范围内的输入电压并通过与其连接的内部电源模块输出稳定的工作电压，还包括内部电源输出线以及复位测试线和编程测试线；与上述通用接口集成为一体的智能化传感器，包括敏感元件、模拟信号调理板、含软件的芯片和受控电源模块，通用接口的电源线在连接内部电源模块的同时还连接受控电源模块。本发明提供的通用接口及带通用接口的智能化传感器，将敏感元件、模拟信号调理板、含软件的芯片(微处理器)、通用接口集成为一体，极大的提高了传感器的准确度、稳定性和可靠性，并具有很强的互换性和兼容性。
Description
技术领域
本发明属于智能化传感器技术领域，特别是一种智能化传感器通用接口及带通用接口的智能化传感器，适用于智能化传感器、网络和通用物联网感知系统。
背景技术
自2000年以后，随着微处理器在可靠性和超小体积化等方面有了长足的进步以及微电子技术的成熟使得在传统传感器中嵌入智能控制单元成为现实，也给传感器的微型化提供了基础。目前传统的传感器技术发展主要集中在解决准确度、稳定性和可靠性等方面，所进行的研发工作主要为开发新敏感材料，改进生产工艺，线性、温度、稳定性补偿电路等，这些工作的收效不大，即使能够达到更高的要求，其成本的压力很大。另外随着现代自动化系统发展，对传感器的精度、智能水平、远程可维护性、准确度、稳定性、可靠性和互换性等要求更高。鉴于以上的因素，催生了智能传感器的出现。智能传感器不仅是简单的改变了加工制造的方法,同时对传统的基于传感器测量的控制系统的设计也带来了深刻的影响。采用智能传感器设计的测量控制系统将变得简单容易，更加可靠、成本更低，并且兼容性及扩展性更好。与传统的传感器输出模拟原始信号并将信号通过变换器进行传送的方式不同，智能传感器可以在其内部完成对原始数据的加工处理，并通过标准的接口与外界设备实现数据交换。智能化传感器是通过接口与外部设备连接，一个标准的规范化的接口对于智能化传感器的应用至关重要。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷,提供一种智能传感器通用接口，所述通用接口从用户的使用角度来看是一个具有标准数字接口的模块单元，用户可以按照面向对象的方法来设计自己的产品或应用系统；本发明还提供一种带通用接口的智能化传感器，采用了所述标准的通用接口，具有很强的互换性和兼容性。
本发明的技术方案是：
一种智能化传感器通用接口，其特征在于，所述通用接口包括电源线、地线、内部电源输出线和串行通讯线，所述电源线用于接入设定范围内的输入电压并通过与其连接的内部电源模块连接内部电源输出线，所述串行通讯线连接进行数据传输的信号接收线和/或进行数据传输的信号发送线；所述内部电源输出线通过对外提供稳定的工作电压实现在接口上的级联供电和/或硬件热插拔。
所述通用接口包括编程/测试线，所述编程/测试线为面向接口进行编程和测试的输入/输出线。
所述编程/测试线包括两针引线，其一为复位测试线，其二为编程测试线；所述复位测试线连接复位测试电路，所述编程测试线连接编程测试电路。
所述内部电源模块为低压差线性稳压电源模块LDO。
一种带通用接口的智能化传感器，其特征在于，包括敏感元件、模拟信号调理板、含软件的芯片和受控电源模块，所述通用接口的电源线在连接内部电源模块的同时还连接受控电源模块，内部电源模块的输出端连接含软件的芯片以及内部电源输出线，为含软件的芯片供电同时通过内部电源输出线对外提供稳定的工作电压，受控电源模块的输出端连接模拟信号调理板，为模拟信号调理板供电；受控电源还同时与含软件的芯片连接，受控于含软件的芯片；所述敏感元件通过模拟信号调理板连接含软件的芯片；所述通用接口的复位测试线通过复位测试电路与含软件的芯片连接，所述通用接口的编程测试线通过编程测试电路与含软件的芯片连接，所述通用接口的串行通讯线通过信号接收电路和/或信号发送电路与含软件的芯片连接。
所述含软件的芯片是指含代码的MCU或含代码的DSP或含代码的SOC或含代码的ASIC。
所述复位测试电路的等效电路包括一个接地电容C1，所述电容的另一端与复位测试线连接，同时这一端还通过电阻R1与内部电源模块的输出端相连。
所述编程测试电路的等效电路为半双工的双向输入/输出电路，包括一个发射极接地的三极管Q1，三极管的基极连接含软件的芯片，三级管的集电极为编程测试线的输出，同时三级管的集电极通过电阻R2与内部电源模块的输出端相连；还包括一个比较器，所述比较器的输出端与含软件的芯片连接，比较器的反相输入端接地，比较器的同相输入端为编程测试线的输入。
所述信号接收电路为二极管电阻等效电路，包括二极管D1、D2和电阻R1,二极管D2的正极接地，二极管D2的负极串接电阻R3后连接信号接收线，同时还和含软件的芯片连接，并与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极连接内部电源模块的输出端。
所述信号发送电路为三极管电阻等效电路，包括1个发射极接地的三极管Q2，三级管Q2的集电极连接信号发送线，同时三级管Q2的集电极通过电阻R4与内部电源模块的输出端相连，三极管Q2的基极与含软件的芯片连接。
本发明的技术效果在于，
本发明提供的智能化传感器通用接口从用户的使用角度来看是一个具有标准数字接口的模块单元，用户可以按照面向对象的方法来设计自己的产品或应用系统，由于其标准的数据接口满足IEEE1451协议，使得任何符合该协议的硬件设备均可与其连接和互换。
本发明的通用接口具有电源线，所述电源线通过内部电源模块输出稳定的工作电压，支持宽电压范围的输入，使接口对电源电压不敏感，提高了接口的稳定性；本发明的通用接口具有内部电源输出线，解决了传感器系统和客户应用系统同时上电的问题，同时支持热插拔和级联供电；本发明的通用接口具有编程/测试线，具有面向接口编程和测试的功能，解决了现有的传感器系统无法从接口进行编程和测试的问题。
本发明提供的带通用接口的智能化传感器，将敏感元件、模拟信号调理板、含软件的芯片（微处理器）、通用接口集成为一体，极大的提高了传感器的准确度、稳定性和可靠性；由于采用了标准的通用接口，具有很强的互换性和兼容性。
附图说明
图1为本发明的智能传感器通用接口及带通用接口的智能传感器实施例示意图。
图2为智能化传感器通用接口与用户的控制电路或部件连接方式实施例一示意图。
图3为智能化传感器通用接口与用户的控制电路或部件连接方式实施例二示意图。
图4为智能化传感器通用接口与用户的控制电路或部件连接方式实施例三示意图。
图5为智能化传感器通用接口与用户的控制电路或部件连接方式实施例四示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，为本发明的智能传感器通用接口及带通用接口的智能传感器实施例示意图。本实施例中，智能化传感器通用接口，包括电源线1、地线5和串行通讯线6和7，6为数据接收线，7为数据发送线，还包括内部电源输出线4以及复位测试线2和编程测试线3；电源线1用于接入设定范围内的输入电压并通过与其连接的内部电源模块输出稳定的工作电压，其输入电压为3.3-6.5V，通过内部电源模块输出稳定的工作电压为3.3V；内部电源输出线4连接内部电源模块的输出端3.3V，支持热插拔和/或级联供电。本实施例中，所述内部电源模块为低压差线性稳压电源模块LDO。数据接收线6连接信号接收电路，数据发送线7连接信号发送电路，本实施例中，信号接收电路为二极管电阻等效电路，信号发送电路为三极管电阻等效电路；编程测试线和复位测试线为面向接口进行编程和测试的输入/输出线，复位测试线连接复位测试电路，编程测试线连接编程测试电路。
与上述通用接口集成为一体的智能化传感器，包括敏感元件、模拟信号调理板、含软件的芯片和受控电源模块，通用接口的电源线1在连接内部电源模块的同时还连接受控电源模块，内部电源模块的输出端连接含软件的芯片以及内部电源输出线，为含软件的芯片供电同时通过内部电源输出线对外提供稳定的工作电压，受控电源模块的输出端连接模拟信号调理板，为模拟信号调理板供电；受控电源还同时与含软件的芯片连接，受控于含软件的芯片；敏感元件通过模拟信号调理板连接含软件的芯片，通用接口的复位测试线2通过复位测试电路与含软件的芯片连接，通用接口的编程测试线3通过编程测试电路与含软件的芯片连接，通用接口的数据接收线6通过信号接收电路与含软件的芯片连接；通用接口的数据发送线7通过信号发送电路与含软件的芯片连接。所述含软件的芯片是指含代码的MCU或含代码的DSP或含代码的SOC或含代码的ASIC；所述复位测试电路的等效电路包括一个接地电容C1，电容C1的另一端与复位测试线2连接，同时这一端还通过电阻R1与内部电源模块的输出端3.3V相连；所述编程测试电路的等效电路为半双工的双向输入/输出电路，包括一个发射极接地的三极管Q1，三极管的基极连接含软件的芯片，三级管的集电极为编程测试线3的输出，同时三级管的集电极通过电阻R2与内部电源模块的输出端相连；还包括一个比较器，所述比较器的输出端与含软件的芯片连接，比较器的反相输入端接地，比较器的同相输入端为编程测试线3的输入；所述信号接收电路为二极管电阻等效电路，包括二极管D1、D2和电阻R1,二极管D2的正极接地，二极管D2的负极串接电阻R3后连接信号接收线，同时还和含软件的芯片连接，并与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极连接内部电源模块的输出端；所述信号发送电路为三极管电阻等效电路，包括1个发射极接地的三极管Q2，三级管Q2的集电极连接信号发送线，同时三级管Q2的集电极通过电阻R4与内部电源模块的输出端相连，三极管Q2的基极与含软件的芯片连接。
图2至图5是本发明的智能化传感器通用接口的典型连接方式。
如图2所示，接口的7针引线全部使用，由传感器提供的电源为用户系统供电。与用户的控制电路或部件的连接方式为，内部电源输出线4与用户的客户端应用连接，（例如可以是PC机），为用户系统提供电源，电源线1连接外接电源正极，地线5连接外接电源负极，测试线2、编程线3、数据接收线6和数据发送线7均与客户端应用连接。
如图3所示，接口的7针引线全部使用，传感器不对用户系统供电，用户系统单独供电。与用户的控制电路或部件的连接方式为，内部电源输出线4与用户的客户端应用连接，支持传感器系统的热插拔，电源线1连接外接电源正极，地线5连接外接电源负极，测试线2、编程线3、数据接收线6和数据发送线7均与客户端应用连接。
如图4所示，接口的7针引线使用5线，由传感器提供的电源为用户系统供电。与用户的控制电路或部件的连接方式为，内部电源输出线4与用户的客户端应用连接，为用户系统提供电源，电源线1连接外接电源正极，地线5连接外接电源负极，数据接收线6和数据发送线7与客户端应用连接，测试线2和编程线3空闲。
如图5所示，接口的7针引线使用5针，传感器不对用户系统供电。与用户的控制电路或部件的连接方式为，内部电源输出线4与用户的客户端应用连接，电源线1连接外接电源正极，地线5连接外接电源负极，数据接收线6和数据发送线7与客户端应用连接，测试线2和编程线3空闲。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
Claims (8)
1.一种智能化传感器通用接口，其特征在于，所述通用接口包括电源线、地线、内部电源输出线和串行通讯线，所述电源线用于接入设定范围内的输入电压并通过与其连接的内部电源模块连接内部电源输出线，所述串行通讯线包括进行数据传输的信号接收线和/或进行数据传输的信号发送线；所述内部电源输出线通过对外提供稳定的工作电压实现在接口上的级联供电和/或硬件热插拔。
2.根据权利要求1所述的智能化传感器通用接口，其特征在于，所述通用接口包括编程/测试线，所述编程/测试线为面向接口进行编程和测试的输入/输出线。
3.根据权利要求2所述的智能化传感器通用接口，其特征在于，所述编程/测试线包括两针引线，其一为复位测试线，其二为编程测试线；所述复位测试线连接复位测试电路，所述编程测试线连接编程测试电路。
4.根据权利要求1至3之一所述的智能化传感器通用接口，其特征在于，所述内部电源模块为低压差线性稳压电源模块LDO。
5.一种带通用接口的智能化传感器，其特征在于，包括敏感元件、模拟信号调理板、含软件的芯片和受控电源模块，所述通用接口的电源线在连接内部电源模块的同时还连接受控电源模块，内部电源模块的输出端连接含软件的芯片以及内部电源输出线，为含软件的芯片供电同时通过内部电源输出线对外提供稳定的工作电压，受控电源模块的输出端连接模拟信号调理板，为模拟信号调理板供电；受控电源还同时与含软件的芯片连接，受控于含软件的芯片；所述敏感元件通过模拟信号调理板连接含软件的芯片；所述通用接口的复位测试线通过复位测试电路与含软件的芯片连接，所述通用接口的编程测试线通过编程测试电路与含软件的芯片连接，所述通用接口的串行通讯线通过信号接收电路和/或信号发送电路与含软件的芯片连接。
6.根据权利要求5所述的智能化传感器，其特征在于，所述含软件的芯片是指含代码的MCU或含代码的DSP或含代码的SOC或含代码的ASIC。
7.根据权利要求5所述的智能化传感器，其特征在于，所述复位测试电路的等效电路包括一个接地电容C1，所述电容的另一端与复位测试线连接，同时这一端还通过电阻R1与内部电源模块的输出端相连；所述编程测试电路的等效电路为半双工的双向输入/输出电路，包括一个发射极接地的三极管Q1，三极管的基极连接含软件的芯片，三级管的集电极为编程测试线的输出，同时三级管的集电极通过电阻R2与内部电源模块的输出端相连；还包括一个比较器，所述比较器的输出端与含软件的芯片连接，比较器的反相输入端接地，比较器的同相输入端为编程测试线的输入。
8.根据权利要求5所述的智能化传感器，其特征在于，所述信号接收电路为二极管电阻等效电路，包括二极管D1、D2和电阻R1,二极管D2的正极接地，二极管D2的负极串接电阻R3后连接信号接收线，同时还和含软件的芯片连接，并与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极连接内部电源模块的输出端；所述信号发送电路为三极管电阻等效电路，包括1个发射极接地的三极管Q2，三级管Q2的集电极连接信号发送线，同时三级管Q2的集电极通过电阻R4与内部电源模块的输出端相连，三极管Q2的基极与含软件的芯片连接。
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