专利名称：智能传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种智能传感器，属于传感器技术领域。
背景技术：
目前传感器的种类繁多，不同传感器的检测原理各不相同，因此不同传感器的驱动电路和接口电路也有很大不同，导致现有传感器的通用性较差。

发明内容本实用新型提供了一种智能传感器，用于解决现有的传感器通用性较差的问题，为此本实用新型提出了如下的技术方案一种智能传感器，包括传感器、接口电路、主控模块和CAN接口，所述传感器的信号输出端与所述接口电路的信号输入端连接，所述接口电路的信号输出端与所述主控模块的信号输入端连接，所述主控模块的信号输出端与所述CAN接口的信号输入端连接。本实用新型根据目前在工业现场使用的传感器大都具有输出4_20mA信号功能的特性，在传感器中设置独立的接口电路，使本实用新型提供的智能传感器能够适用于目前工业现场的各种设备。

图I为本实用新型的具体实施方式
提供的智能传感器的结构示意图；图2为本实用新型的具体实施方式
提供的主控模块的电路结构示意图；图3为本实用新型的具体实施方式
提供的CAN接口的结构示意图；图4为本实用新型的具体实施方式
提供的CAN接口的电路结构示意图；图5为本实用新型的具体实施方式
提供的接口电路的结构示意图；图6为本实用新型的具体实施方式
提供的参考电压电路的结构示意图；图7为本实用新型的具体实施方式
提供的+5V电源电路的结构示意图；图8为本实用新型的具体实施方式
提供的-5V电源电路的结构示意图；图9为本实用新型的具体实施方式
提供的ICL7660工作原理示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型做进一步的详细说明本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。本具体实施方式
提供了一种智能传感器，如图I所示，包括传感器I、接口电路2、主控模块3和CAN接口 4，传感器I的信号输出端与接口电路2的信号输入端连接，接口电路2的信号输出端与主控模块3的信号输入端连接，主控模块3的信号输出端与CAN接口4的信号输入端连接。具体的,主控模块3可米用C8051F500微控制器,该微控制器系列首度集成一个超高效能的内部精密振荡器，以支持CAN通信网络，无需配备外部晶振。其主要特点如下高速的同8051内核相兼容的微控制器内核(可达50MIPS);精确的可编程24MHz内部振荡器，在工作温度范围内精度可达O. 5% ；32通道12位200kspsADC ;带有32个报文对象的CAN控制器；集成有SMBus/IC，UART, SPI接口 ；带有看门狗和六个捕捉/比较功能的可编程计数器阵列PCA ;64KB片内Flash存储器；4K字节片内数据存储器；4个16位定时器。C8051F500微控制器是整个智能传感器的核心，其电路的可靠性直接决定了智能传感器模块的性能。本具体实施方式
中的主控模块3的电路结构如图2所示。C8051F500微控制器内部集成了一个输入范围为1.8V飞.25V的具有掉电保护功能的电压调节器(REG0)，其输出可以通过软件设置为2. IV或2. 6V。如果REGO被使能，其输出电压会出现在Vdd引脚上来为CPU供电。当REGO的输入低于门槛电压时会触发中断来通知CPU进行掉电处理。在V·引脚上连接的4. 7uF和O. IuF电容可以在掉电时为CPU提供短暂的供电以及消除电源浪涌。
在工业现场，本具体实施方式
提供的智能传感器是作为CAN总线上的一个CAN节点存在的，相应的CAN接口 4由微控制器41、总线协议控制器42和总线收发器43构成，其结构如图3所示，微控制器41的数据输入输出端与总线协议控制器42的数据输入输出端连接，总线协议控制器42的数据输入输出端与总线收发器43的数据输入输出端连接。由微控制器41用来进行数据的组织和管理，总线协议控制器42用来将微控制器41传送来的数据按照总线协议规定的格式转换成数据流，总线收发器43用来将总线协议控制器42传送来的数据流转换为总线上的物理电平。由于在C8051F500微控制器内部集成了 CAN协议控制器，C8051F500微控制器的CAN协议控制器主要是由CAN核、消息RAM、寄存器、消息处理器和模块接口构成。CAN核用于协议控制和消息串并转换；消息RAM用于存储消息对象和标志符；寄存器用来控制与配置整个CAN控制器；消息处理器用于控制CAN核和消息RAM之间的数据传输；模块接口用于CPU与整个控制器交换数据。CAN协议控制器内部的32个消息对象可以被独立配置为发送或接收数据。所有数据发送和接收的协议处理由控制器独立完成，，不用CPU干预，因此通信占用的带宽很小。由于C8051F500内部仅仅集成了 CAN协议控制器，它并不能提供物理层驱动，因此需在CAN协议控制器和CAN总线之间接上CAN收发器TJA1050，进行电气转换，将逻辑信号转换为平衡差分码，CAN接口 4的电路结构如图4所示。CAN总线收发器采用TJA1050，它是PCA82C250高速收发器的后继产品，提供了与PCA82C250基本相同的功能，此外还采用了最新的EMC技术，抗电磁干扰性能有了很大提升。为了提高模块的抗干扰能力，在CANH和CANL与地之间并联两个O. 047uF的小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的作用。另外，在两根CAN总线接入端与地之间分别反接一个保护二极管，可起到一定的过压保护作用。由于目前传感器的种类繁多，不同传感器的检测原理各不相同，因此不同传感器的驱动电路和接口电路也有很大不同。另外，目前在工业现场使用的传感器大都具有输出4-20mA信号的功能。因此，为了保证传感器接口的通用性，在接口电路2中，使用一个高精度的100欧姆电阻对传感器(或变送器)输出的代表被测量数值的4-20mA信号进行采样，采样后的信号经过仪表放大器AD620放大,送入C8051F500微控制器的模数转换器中进行米样。从而将被测量转换为可以在现场总线上传播的数字量。接口电路2的电路结构如图5所不。电路中使用的放大器AD620是一款低成本、高精度仪表放大器,仅需要一个外部电阻R12来设置增益，增益范围为I至10000。此外，AD620采用8引脚SOIC和DIP封装，尺寸小于分立式设计，并且功耗较低(最大电源电流仅I. 3 mA), AD620具有高精度(最大非线性度40 ppm)、低失调电压(最大50 μν)和低失调漂移(最大O. 6 μν/° C)特性，非常适合传感器接口等精密数据采集系统的使用。图中，R13和C38构成了一个低通滤波器，用来滤除闻频干扰。本具体实施方式
提供的智能传感器需要对从仪表放大器AD620输出的信号电压进行AD转换，而AD转换的精确度同AD转换器所采用的参考电压的精确度有很大的关系。为了保证传感器的精度，本具体实施方式
采用美信公司的ΜΑΧ6126集成电路来作为AD的参考电压，其电路如图6所示。ΜΑΧ6126是一款超低噪声、高精度、低压差的电压基准。这一系列电压基准具有曲率校正电路和高稳定度 、光刻薄膜电阻，具有3ppm/° C (最大值)的温度系数和±0. 02% (最大值)出色的初始精度。专有的低噪声基准结构具有I. 3μνρ_ρ的低噪声摆幅和低至每平方根Hz 60nV的宽带噪声(2. 048V输出)，并且无需像其他低噪声基准源一样增大电源电流。在噪声抑制引脚外加一个O. WF电容可以使宽带噪声进一步降至每平方根Hz 35nV，并可提高交流电源抑制能力。MAX6126串联模式基准源工作于2. 7V至12.6V电源电压范围，灌入或输出电流高达IOmA时输出电阻保证低于O. 025 Ω。MAX6126消耗电源电流380μΑ (典型值)，并具有2. 048V、2. 500V、3. 000V、4. 096V和5. 000V输出电压选项。具有200mV低压差。传统的并联模式(2端)基准源消耗较大的电源电流、且需要外部电阻，MAX6126则不同，电源电流与电源电压基本无关，而且无需外部电阻。MAX6126可稳定地工作于O. WF至IOPF容性负载下。由于接口电路2采用100欧姆电阻对信号进行采样，可以确定AD的输入电压的范围为O. €2N,因此，电路中选择MAX6126的输出电压为2. 5V。本具体实施方式
提供的智能传感器所需器件分别为C8051F500、AD620、TJA1050、MAX6126。其中除了 AD620需要-5V电源之外，其余器件都需要+5V电源进行供电。本具体实施方式
采用LMl 117-5. O来产生系统所需的+5V电源，其电路如图7所示。由于C8051F500需要数值均为+5V的模拟电源和数字电源，因此集成稳压块LD1117的输出被分为两支，分别为作为C8051F500的模拟电源和数字电源，C12和C39是数字电源的稳压电容；C40和C41是模拟电源的稳压电容。模拟电源和数字电源同稳压块输出之间用两个I欧姆的电阻进行分离。电阻RlO和发光二极管D2构成电源工作指示电路用来指示系统供电是否正常。流过D2的电流为5. 6mA。本具体实施方式
采用直流电源变换器ICL7660作为-5V电源，由于系统中只有AD620需要负电源，而AD620正常工作时消耗的电流较小(I. 3mA),因此采用ICL7660进行供电完全可以满足要求。-5V电源电路如图8所示。ICL7660是哈里斯公司采用CMOS工艺制成的高效率、小功率、低压直流电源变换器，亦称DC/DC电压转换器，国产型号为5G7660，它不仅能将单电源转换成对称输出的双电源，还能通过几片串联方式获得多倍压输出，其空载时转换效率高达99. 7%，带负载后转换效率仍可达95%，ICL7660本身耗电小于O. 5mA，可以向负载提供l(T20mA的电流，其外围电路十分简单，只需接两只电容即可工作。ICL7660采用8脚双列直插式封装，VDD、GND分别接电源的正、负端，VO为负输出端，芯片内部主要包括稳压器、RC振荡器、二分频器、逻辑控制器、电平转换器、四只模拟开关SW1-SW4，ICL7660的等效电路如图9所示。Cl、C2为外接电容，在正半周时，SI、S3闭合，S2、S4断开，V+沿着SI — Cl — S3 — GND的途径对Cl充电，Cl被充到V+，在负半周时，S2、S4闭合，S1、S3断开，使Cl的正端接地，负端接Vout端，Cl的放电回路为，Cl正极一S2 — GND — C2负极一S4 — Cl负极，因此Cl上的一部分电荷就转移到C2上，并在C2两端形成负压输出，由于模拟关动作频率很高(约10kHz)，Cl被不断充电，使其两端压降维持在V+值，显然，Cl的作用就相当于一个“充电泵”，故称之为充电泵电容。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，这些具体实施方式
都是基于本实用新型整体构思下的不同实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实 用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求1.一种智能传感器，包括传感器、接口电路、主控模块和CAN接口，其特征在于，所述传感器的信号输出端与所述接口电路的信号输入端连接，所述接口电路的信号输出端与所述主控模块的信号输入端连接，所述主控模块的信号输出端与所述CAN接口的信号输入端连接。
2.根据权利要求I所述的智能传感器，其特征在于，所述CAN接口包括微控制器、总线协议控制器和总线收发器，所述微控制器的数据输入输出端与所述总线协议控制器的数据输入输出端连接，所述总线协议控制器的数据输入输出端与所述总线收发器的数据输入输出端连接。
专利摘要本实用新型提供了一种智能传感器，包括传感器、接口电路、主控模块和CAN接口，所述传感器的信号输出端与所述接口电路的信号输入端连接，所述接口电路的信号输出端与所述主控模块的信号输入端连接，所述主控模块的信号输出端与所述CAN接口的信号输入端连接。本实用新型根据目前在工业现场使用的传感器大都具有输出4-20mA信号功能的特性，在传感器中设置独立的接口电路，使本实用新型提供的智能传感器能够适用于目前工业现场的各种设备。
文档编号G01D5/12GK202582577SQ20122023021
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者张鹏 申请人:张鹏