[实用新型]一种传感器与微控制器通信的万能接口

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种万能接口，尤其涉及一种传感器与微控制器通信的万能接口。

背景技术

万能接口技术是一种接口适应于多类设备的接口技术。目前，对于模拟型传感器都是定点接线，定点测量，接口模式属于一对一模式。当加入多个传感器时会因系统接线比较复杂而导致测量参数不准。同时，传感器接入比较固定，不易安装和卸载。

现有万能接口存在的问题是：

1、数据线过长，导致数据传输不稳定；

2、采样芯片，采样电压范围有限，需要人为对输入电压进行适当降压。

经综合分析所检文献，未见设计具有如下特点的一种连接传感器与微处理器的万能接口：

①将模拟型传感器与数字型传感器在硬件接口上进行统一，在软件上加以区别；

②传感器与微控制器万能接口可以实现传感器的即插即用(plug & play)功能；

③传感器与微控制器万能接口在单总线模式下，利用时分复用（TDM，Time Division Multiplexing）方案，来对多类数据进行依次传输。

④微控制器采用轮询扫描方式检测接入设备，把采集的信号参数与传感器地址绑定，在上位机或数据库上进行识别，解决了增加传感器后必须升级微控制器程序的繁琐过程。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对模拟型传感器和数字型传感器分别与微控制器连接时接口不统一和接线复杂而导致的一系列问题，提供一种传感器与微控制器通信的万能接口，从而实现：

①各类传感器在接口上的统一；

②使微控制器在硬件设计方面得以简化；

③实现传感器的即插即用(plug & play)功能；

④将微控制器对传感器的识别从“硬件固定模式”到“软件自识别模式”，灵活性大，可扩展性大。

本实用新型设计思路是：

根据传感器输出信号性质可分为模拟型传感器和数字型传感器。为了实现万能接口的方案，在接口技术上，将两种类型的传感器进行接口上的统一。由于数字型传感器可以跟几乎所有的微控制器进行通信，所以我们就将模拟型信号进行（AD）转换。利用I2C总线接线少，可挂多个从机的特点，将模拟信号转换成数字信号后，与数字传感器进行统一。

针对万能接口的需要，首先，本实用新型配置了适应I2C（Inter－Integrated Circuit）协议的，超低功耗的ADC（Analog-to-Digital Converter）采样芯片，对模拟型传感器输出的模拟变量进行测量；其次，通过在芯片的数字输出端添加上拉电阻，来稳定数字信号，并以4线模式（VCC，SCL，SDA，GND）接入微控制器；最后由微处理器对总线轮询扫描，将可采集的信号参数与传感器地址绑定，传输至上位机，由上位机对数据进行分类。因此，本实用新型不需要占用微控制器更多的I/O口，减少了系统外接线路的复杂度，解决了微控制器程序因加入新传感器必须升级的问题，提高系统数据传输的稳定度。

具体地说，本实用新型的工作环境包括微控制器、模拟型传感器和数字型传感器；

设置有USB数据线、主机接口、模拟型传感器接口和数字型传感器接口；

USB数据线由第1 USB接口和第2 USB接口组成；

主机接口由第3 USB接口、第4 USB接口和信号稳定电路组成；

模拟型传感器接口由模拟传感器接口、第5 USB接口和采样装置组成；

数字型传感器接口由数字传感器接口和第6 USB接口组成；

其连接关系是：

模拟型传感器、模拟传感器接口、采样装置、第5 USB接口、第1 USB接口、第2 USB接口、第3 USB接口、信号稳定电路和微控制器依次连接，实现外部环境参数信息的采集和处理；

数字型传感器、数字传感器接口、第6 USB接口、第1 USB接口、第2 USB接口、第4 USB接口、信号稳定电路和微控制器依次连接，实现外部环境参数信息的采集和处理。

其工作原理是：

利用现有的模数转换技术，将模拟信号转换成数字信号；再利用现有的I2C总线协议，与各种传感器进行互信，达到信息传输过程中的物理接口的统一；主机通过识别不同传感器的设备地址，来区分不同的传感器，最终达到万能接口的效果。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

1、提供了一种任意传感器与主机任意传感器接口、任意时刻连接的方案；