智能传感器设计

第1章　智能传感器概述 1

1.1　常规传感器并非完美 2

1.2　第一步——传感器信号数字化 5

1.3　第二步——增加一些智能 5

1.4　第三步——实现快速而可靠的通信 5

1.5　第四步——将所有的东西连在一起，就得到一个智能传感器 6

1.6　智能传感器局限 7

1.6.1　开发和生产成本超过从用户处可获得的利润 7

1.6.2　缺少必需的基础条件 8

1.6.3　环境条件不允许增加电路 8

1.7　智能传感器实例 8

1.7.1　多通道数字温度传感器 8

1.7.2　流量传感器 9

1.7.3　线控驾驶转向位置传感器 10

1.8　本书后续内容概述 10

第2章　直观数字信号处理 13

2.1　信号处理的基本概念 13

2.1.1　信号和噪声的明确定义 13

2.1.2　在频域内观察信号 16

2.1.3　用滤波器净化信号 20

2.2　与信号采样相关的话题 30

2.2.1　数字化对采样信号的影响 31

2.2.2　有限寄存器长度的影响 32

2.2.3　过采样 32

2.3　如何分析传感器信号的应用 33

2.4　一个通用的传感器信号处理架构 33

2.4.1　信号调理与获取 35

2.4.2　预分析滤波 35

2.4.3　信号线性化 35

2.4.4　参数分析 35

2.4.5　后分析滤波 35

2.4.6　故障检测与处理 35

2.4.7　通信 35

2.5　小结 36

第3章　dsPIC系列DSC揭密 37

3.1　dsPIC系列DSC的数据处理架构 38

3.1.1　dsPIC系列DSC的存储器 38

3.1.2　DSP引擎 42

3.1.3　寻址方式和地址发生单元 46

3.2　中断的结构 47

3.3　片上外围设备 48

3.3.1　数据采集外围设备 49

3.3.2　定时／计数器模块 60

3.4　小结 66

第4章　智能传感器通信的实现 67

4.1　通信的类型 67

4.1.1　通信信道的重要特性 67

4.1.2　信道的数据吞吐量 68

4.1.3　点对点和多节点网络 68

4.1.4　数据链路的物理属性 69

4.1.5　异步和同步数据传输 69

4.1.6　硬件错误监测 71

4.2　dsPIC30F系列器件具备的通信接口 72

4.2.1　串行通信接口 72

4.2.2　通用异步收发器 73

4.2.3　控制器局域网络 81

4.3　高级协议 87

4.3.1　通用消息协议 88

4.3.2　特殊命令协议 90

4.4　小结 92

第5章　dsPIC系列DSC的基本开发工具 93

5.1　应用测试平台 93

5.2　固件框架概览 94

5.2.1　应用程序的数据流 95

5.2.2　系统任务流 96

5.3　框架模块的实现 100

5.4　小结 108

第6章　传感器应用——温度传感器 109

6.1　温度传感器分类 109

6.1.1　热电偶 110

6.1.2　阻性温度检测器 110

6.1.3　热敏电阻 111

6.1.4　硅温度传感器 111

6.1.5　红外温度传感器 112

6.2　温度测量的要点 113

6.2.1　测量范围 113

6.2.2　测量分辨率 114

6.2.3　测量精度 116

6.2.4　挑战 117

6.3　应用设计 124

6.3.1　系统指标 124

6.3.2　传感器信号调理 125

6.4　硬件实现 133

6.4.1　模拟放大器和抗混叠滤波器 134

6.4.2　冷结补偿 134

6.4.3　信号隔离 135

6.5　固件实现 135

6.5.1　信号采样 136

6.5.2　数字滤波器实现 136

6.5.3　数据分析实现 137

6.5.4　错误处理实现 137

6.5.5　通信协议实现 138

6.6　小结 138

第7章　传感器应用——压力和称重传感器 141

7.1　称重和压力传感器的类型 141

7.1.1　应变计 141

7.1.2　压电传感器 142

7.2　称重测量的要点 143

7.2.1　测量范围 143

7.2.2　测量分辨率 143

7.2.3　测量精度 143

7.2.4　挑战 143

7.3　应用设计 145

7.3.1　系统指标 145

7.3.2　传感器信号调理 146

7.3.3　数字滤波器分析 147

7.3.4　数据分析算法 147

7.4　固件实现 147

7.4.1　信号采样 147

7.4.2　数字滤波器实现 152

7.4.3　数据分析算法实现 152

7.4.4　错误处理的实现 153

7.5　小结 154

第8章　流量传感器 155

8.1　流量传感器的类型 155

8.1.1　涡轮传感器 155

8.1.2　重力传感器 157

8.2　流量测量的要点 157

8.2.1　测量范围 157

8.2.2　测量分辨率 157

8.2.3　测量精度 158

8.2.4　测量的挑战 158

8.3　应用设计 159

8.3.1　系统指标 159

8.3.2　传感器信号调理 160

8.3.3　数字滤波分析 160

8.3.4　数据分析算法 162

8.3.5　通信协议 164

8.4　硬件实现 164

8.5　固件实现 166

8.5.1　数据采样模块 166

8.5.2　数据滤波模块 167

8.5.3　数据分析模块 168

8.5.4　通信协议模块 168

8.6　小结 169

第9章　智能传感器发展趋势 171

9.1　技术发展趋势 171

9.1.1　敏感元件的发展趋势 171

9.1.2　运算元件的发展趋势 172

9.1.3　通信技术的发展趋势 173

9.2　经济方面的发展趋势 175

9.2.1　人口老龄化 175

9.2.2　生产的日益全球化 175

9.3　小结 176

附录A　本书附带资源 177

附录B　dsPIC系列DSC的初始化以及系统启动代码 179

附录C　带缓冲和中断驱动的串行I/O 181

索引 185

致谢 192