TWI404331B - 數位介面感測裝置 - Google Patents

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Description

數位介面感測裝置
本發明係關於一種數位介面感測裝置。
傳統被動感測元件的設計應用，如偵測環境溫度/溼度等的感測計，其架構是利用特殊被動感測元件，該特殊被動感測元件會隨著週遭環境溫度及溼度的變化，其阻抗或電容的特性也會隨之變動。當有一個輸入電壓到該特殊被動元件後，其輸出的類比電壓會隨著週遭環境的溫度及溼度不同，產生不同的電壓值，透過此變動的類比電壓值獲得實際溫度/溼度的值。一般會使用被動感測元件設計是因為被動元件具有成本低的優勢。然，其缺點就是輸出的變動類比電壓值是經由線纜傳送至後端的監視器監控端換算與監控，而線纜本身有電阻與電容性的問題，線纜內阻主要會隨線纜長度增加而增加，故當類比訊號經由線纜傳送後，訊號衰減的問題就會影響到偵測數據，應用上會受線纜的限制。此外不同廠商製作的線纜，其電氣特性會不同；當針對A廠商的線纜特性，來調整感測計的準確度後，將線纜換成B廠商時，往往會造成原本調整好的準確度會有失真的問題，因此需要再投入相當的人力及時間來調整感測計的準確度。
鑒於上述內容，有必要提供一種數位介面感測裝置，可透過數位訊號傳輸方式解決數據線纜對訊號的影響。
一種數位介面感測裝置，包括：一被動感測元件，用於感測外部類比訊號；一類比偵測電路，用於偵測由該被動感測元件感測到的類比訊號；一類比/數位轉換器，用於接收該類比訊號並將其轉換成數位訊號，還用於接收一時鐘訊號及一數據索取訊號，並在接收到該數據索取訊號後發送該數位訊號；一數據線纜，包括第一至第三導線；及一訊號調整電路，包括第一及第二電壓源、一穩壓二極體、第一及第二電開關，該第一電壓源連接至該第一電開關的第一端，該第一電開關的第二端接地，該第一電開關的控制端連接至該類比/數位轉換器的數據引腳，該類比/數位轉換器的數據引腳連接至該穩壓二極體的陰極，該穩壓二極體的陽極接地，該類比/數位轉換器的時鐘引腳連接至該第二電開關的第一端，該第二電壓源連接至該第二電開關的第一端，該第二電開關的第二端接地，該第二電開關的控制端連接至該數據線纜的第一導線，該第一電開關的第一端連接至該數據線纜的第二導線，該第一電開關的控制端連接至該數據線纜的第三導線，該第一電壓端的電壓符合RS-232通訊介面的 電壓準位，該第二電壓端的電壓及該穩壓二極體的穩定電壓值符合I2C通訊介面的電壓準位。
相較習知技術，該數位介面感測裝置是將類比訊號轉換成數位訊號後透過訊號調整電路與該監視器進行通訊的，且透過該訊號調整電路可實現兩者訊號傳輸匹配，又RS-233傳輸協議對數位訊號的抗干擾能力極強，故可保證訊號傳輸的品質。
100‧‧‧數位介面感測裝置
10‧‧‧被動感測元件
20‧‧‧類比偵測電路
30‧‧‧類比/數位轉換器
40‧‧‧訊號調整電路
50‧‧‧數據線纜
60‧‧‧監視器
V1‧‧‧第一電壓源
V2‧‧‧第二電壓源
D‧‧‧穩壓二極體
Q1、Q2‧‧‧場效應電晶體
R1、R2‧‧‧電阻
51‧‧‧第一導線
52‧‧‧第二導線
53‧‧‧第三導線
圖1係本發明數位介面感測裝置較佳實施方式與一監視器的電路示意圖。
請參考圖1，本發明數位介面感測裝置100的較佳實施方式包括至少一被動感測元件10、一類比偵測電路20、一類比/數位轉換器30、一訊號調整電路40及一數據線纜50。該被動感測元件10用於感測外部類比訊號，如應用兩被動感測元件10分別偵測外界環境的溫度及溼度類比訊號。該類比偵測電路20用於偵測由該被動感測元件10感測到的類比訊號，並將其傳輸給該類比/數位轉換器30，該類比/數位轉換器30將接收到的類比訊號轉換成數位訊號後傳輸給該訊號調整電路40。由於該類比偵測電路20及類比/數位轉換器30均為習知電路，故此處不再給出具體結構。
該訊號調整電路40用於調整該類比/數位轉換器30與該數據線纜50之間的數位訊號，以使兩者訊號傳輸實現匹配。該訊 號調整電路40包括一第一電壓源V1(如12V)、一第二電壓源V2(如3.3V)、一穩壓二極體D、兩作為電開關的場效應電晶體Q1及Q2、兩電阻R1及R2。
該第一電壓源V1透過該電阻R1連接至該場效應電晶體Q1的汲極，該場效應電晶體Q1的源極接地，該場效應電晶體Q1的閘極連接至該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA，該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA連接至該穩壓二極體D的陰極，該穩壓二極體D的陽極接地。該類比/數位轉換器30的時鐘引腳SCL連接至該場效應電晶體Q2的汲極，該第二電壓源V2透過該電阻R2連接至該場效應電晶體Q2的汲極，該場效應電晶體Q2的源極接地。該場效應電晶體Q2的閘極連接至該數據線纜50的第一導線51，該場效應電晶體Q1的汲極連接至該數據線纜50的第二導線52，該場效應電晶體Q1的閘極連接至該數據線纜50的第三導線53。
工作時，將該數據線纜50連接至一監視器60的通訊介面上，該監視器60的通訊介面為RS-232通訊介面，該數據線纜50的第一導線51作為時鐘訊號數據線，第二及第三導線52及53分別作為RS-232接收及發送數據訊號線。該第一電壓端V1的電壓符合RS-232通訊介面的電壓準位。該第二電壓端V2的電壓及該穩壓二極體D的穩定電壓值符合I2C通訊介面的電壓準位，即該類比/數位轉換器30的通訊介面的電壓準位。
偵測時，該監視器60將透過該數據線纜50的第一導線51持續發送時鐘訊號，該類比/數位轉換器30的時鐘引腳SCL將接收 到該監視器60發送的時鐘訊號。當監視器60向該類比/數位轉換器30索取數據時，監視器60透過該數據線纜50的第三導線53發送數據索取訊號給該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA，並且此時由於該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA透過穩壓訊號為3.3V的穩壓二極體D接地，故該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA的電壓準位始終保持3.3V，有效防止過電壓損壞該類比/數位轉換器30。待該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA接收到該索取訊號後，該類比/數位轉換器30的數據引腳SDA將轉換的數位訊號經該場效應電晶體Q1及該第二導線52回傳給該監視器60，從而實現該監視器60與該類比/數位轉換器30之間的RS-232介面通訊。
本發明數位介面感測裝置100是將類比訊號轉換成數位訊號後透過訊號調整電路40與該監視器60進行通訊的，且透過該訊號調整電路40可實現兩者訊號傳輸匹配，又RS-233傳輸協議對數位訊號的抗干擾能力極強，故可保證訊號傳輸的品質。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
100‧‧‧數位介面感測裝置
10‧‧‧被動感測元件
20‧‧‧類比偵測電路
30‧‧‧類比/數位轉換器
40‧‧‧訊號調整電路
50‧‧‧數據線纜
60‧‧‧監視器
V1‧‧‧第一電壓源
V2‧‧‧第二電壓源
D‧‧‧穩壓二極體
Q1、Q2‧‧‧場效應電晶體
R1、R2‧‧‧電阻

Claims (2)

  1. 一種數位介面感測裝置，包括：一被動感測元件，用於感測外部類比訊號；一類比偵測電路，用於偵測由該被動感測元件感測到的類比訊號；一類比/數位轉換器，用於接收該類比訊號並將其轉換成數位訊號，還用於接收一時鐘訊號及一數據索取訊號，並在接收到該數據索取訊號後發送該數位訊號；一數據線纜，包括第一至第三導線；及一訊號調整電路，包括第一及第二電壓源、一穩壓二極體、第一及第二電開關，該第一電壓源連接至該第一電開關的第一端，該第一電開關的第二端接地，該第一電開關的控制端連接至該類比/數位轉換器的數據引腳，該類比/數位轉換器的數據引腳連接至該穩壓二極體的陰極，該穩壓二極體的陽極接地，該類比/數位轉換器的時鐘引腳連接至該第二電開關的第一端，該第二電壓源連接至該第二電開關的第一端，該第二電開關的第二端接地，該第二電開關的控制端連接至該數據線纜的第一導線，該第一電開關的第一端連接至該數據線纜的第二導線，該第一電開關的控制端連接至該數據線纜的第三導線，該第一電壓端的電壓符合RS-232通訊介面的電壓準位，該第二電壓端的電壓及該穩壓二極體的穩定電壓值符合I2C通訊介面的電壓準位。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之數位介面感測裝置，其中該第一及該第二電開關均為場效應電晶體，該第一端、該第二端、該控制端分別對應汲極、源極、閘極。
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