C8051F060单片机的数字传感器系统硬件设计

1、【Word版本下载可任意编辑】 C8051F060单片机的数字传感器系统硬件设计 图4 压力采集模块跟随滤波原理图 温湿度采集模块设计 温湿度采集模块构造组成如图5所示，在该模块的电路中，C8051F060单片机I/O口与温湿度传感器SHT15直接连接，C8051F060单片机引脚P2.1端口与SHT15的时钟管脚SCK相连以作为时钟线，C8051F060单片机引脚P2.0端口与SHT15的数据管脚DATA相连以作为数据线，这种连接方式具有接口方便、控制简单、通信速率高等优点。温湿度采集模块工作原理是：C8051F060单片机通过数据线和时钟线向SHT15发送控制命令，并且接收SHT15采集、

2、转换的温湿度数据，C8051F060单片机接收到温湿度数据后，对数据开展简单编帧等快速处理，通过CAN总线接口传输给数据记录器（上位机）开展数据处理与实时监测。 图5 温湿度采集模块构造组成图 本设计选用温湿度传感器SHT15采集温湿度数据。SHT15是瑞士Sensirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片，其主要特点是：将温湿度感测、信号变换、A/D转换和I2C总线接口等功能集成到一个芯片上；提供两线数字串行接口SCK和DATA,并支持CRC传输校验；提供温度补偿和湿度测量值以及高质量的露点计算功能；测量精度可编程调节，内置A/D转换器；由于采用了CMOSensTM技术，SHT15可浸入水

3、中开展测量。SHT15的性能参数如下：温度测量范围是-40+123.8；湿度测量范围是0100%RH;温度测量精度是0.3；湿度测量精度是2.0%RH;响应时间是8s.数字式温湿度传感器SHT15是8引脚SMD表面贴片封装形式，其引脚1接地，引脚4接电源，工作电压为2.45.5VDC,为了到达SHT15的度，供电电压为3.3V适宜；引脚2为数据线，引脚3为时钟线，引脚58为空管脚。SHT15包含1个用能隙材料制成的温度敏感元件和1个电容性聚合体湿度敏感元件，这两个敏感元件分别将温度和湿度转换成电信号，电信号首先由微弱信号放大器开展放大，然后进入1个14位的A/D转换器，经由二线串行数字接口输出

4、数字信号。 CAN总线模块设计 CAN总线模块是数字传感器系统中用来实现CAN总线协议、完成报文收发等功能的元器件的集合，该模块由C8051F060单片机、高速光耦HCPL0600以及CAN总线驱动TJA1050等组成。为了保护CAN控制器，提高抗干扰能力，总线驱动与CAN总线的接口部分采用一定的安全和抗干扰措施：TJA1050的CANL和CANH引脚各自通过一个5 的电阻与CAN总线相连，电阻可以使TJA1050免受过流的冲击；CANL和CANH与地之间各自都并联了一个30pF的小电容，能够尽量滤除掉总线上的高频干扰，以及提高总线的防电磁辐射的能力。 为了保证通信网络的可靠性，CAN总线模块

5、采用网络冗余方法对总线及其驱动开展可控的总线冗余设计，CAN总线模块冗余设计原理如图6所示。该模块CAN通信接口由一个CAN控制器、两个CAN总线驱动和两对差分线组成。我们可以通过控制模拟多路开关CD4052在两个总线之间开展切换，A1、A0为CD4052的控制信号，由节点的主控制器控制。当A1A0=01时，X通道选通X3、Y通道选通Y3,此时总线驱动U4工作，数据通过总线1传输；当A1A0=10时，X通道选通X2、Y通道选通Y2,此时总线驱动U3工作，数据通过总线2传输。CAN网络正常工作时，两条总线互为备用（一条总线工作，另外一条处于备用状态）。为了检测各个节点的工作状态，CAN网络会以固

6、定的频率发送检测命令，该检测命令通常由CAN网络上的一个固定的主节点来发送的，主节点发送检测命令后，根据预定的应答情况判断是否有节点损坏以及是哪个节点损坏；其他节点称为副节点，副节点接收主节点发送的检测命令，若接收到检测命令，则及时返回应答信息给主节点，若超过了预定时间主节点还未接收到检测信息，则由控制器控制切换总线并报警。 图6 CAN总线模块冗余设计原理图 电源模块设计 根据现场情况，CAN网络提供24V电压给传感器，而传感器需要5V或3.3V的电源供电，因此，需要电源模块将24V电压转换为5V和3.3V.本设计选用TPS5410将24V电压转换为5V,选用MAX1658将5V电压转换为3

7、.3V;另外，为了给光耦和CAN驱动供电，CAN通信电路需要一个与前面电源不共地的5V电源，在此选用DCR010505来实现，定义该隔离出来的5V为W5V,它的地为W5VGND. TPS5410电压转换电路如图7所示。TPS5410是TI公司SWIFT系列的一款开关电源芯片，具有5.5V36V的输入电压范围；开关转换频率为500KHz;转换效率高达95%;具有过流、过压和热过载保护功能；能够提供为1A的电流；外围电路简单。 图7 TPS5410电压转换电路图 MAX1658电压转换电路如图8所示。MAX1658是MAXIM公司的一款5V转3.3V的开关电源芯片，转换效率高达95%;具有2.7V

8、16.5V的输入电压范围；具有过流、热过载保护和电源反接保护功能；能够提供为350mA的电流；外围电路简单。 图8 MAX1658电压转换电路图 DCR010505隔离5V电路如图9所示。DCR010505是TI公司的一款隔离型开关电源芯片，能够将5V电压隔离为另外一个不共地的5V;开关转换频率为400KHz;转换效率为80%;具有1000Vrms的隔离能力和过热保护能力；提供200mA的电流；输入电压为7V. 图9 DCR010505隔离5V电路图 结束语 随着电子技术、传感器技术及现场网络技术的飞速发展，带有CAN通信接口的数字化传感器也得到了迅速的发展。本文基于C8051F060单片机设计了一款带有CAN通信接口的温湿压数字传感器系统。