近年來隨著傳感器技術(shù)和信息處理技術(shù)的快速發(fā)展，工程應(yīng)用中對傳感器的測量精度、數(shù)據(jù)傳輸距離和信息處理能力都提出了更高的要求。為了克服普通力敏、光敏傳感器抗干擾能力差、傳輸距離短、調(diào)零難、測量節(jié)點(diǎn)無法直接與上位機(jī)通信等缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種以 Freescale MC9S08SH4 單片機(jī)和 AD7705 為核心構(gòu)成的智能傳感器系統(tǒng)，在普通傳感器上增加了軟件調(diào)零、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)補(bǔ)償、與上位機(jī)雙向通訊、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出等功能，可以很方便地實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理，并具有測量精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

　　1、系統(tǒng)組成

　　智能傳感器系統(tǒng)由信號調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、主控電路、調(diào)零電路、RS-485 通信電路和電源電路等模塊組成。其中信號調(diào)理模塊負(fù)責(zé)對傳感器輸出的 mV 級差分信號進(jìn)行調(diào)理和放大；A/D 轉(zhuǎn)換模塊將信號調(diào)理模塊輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供 MCU 處理；調(diào)零模塊可以在任意時(shí)刻將當(dāng)前的輸入值設(shè)置為參考零點(diǎn)；RS-485 通信模塊實(shí)現(xiàn)主控電路與上位機(jī)之間的通信；電源模塊為主控電路、傳感器、信號調(diào)理模塊和 RS-485 通信模塊提供電源。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

　　2、功能模塊設(shè)計(jì)

　　2.1 信號調(diào)理和 A/D 轉(zhuǎn)換模塊

　　傳感器的輸出信號一般為 mV 級的差分信號，傳統(tǒng)的信號調(diào)理電路是在 A/D 轉(zhuǎn)換前加一級或多級高精度的放大電路，這樣不但增加了成本，電路也較為復(fù)雜。而 AD7705 具有完整的模擬前端，內(nèi)置增益可編程放大器（PGA）和可編程數(shù)字濾波器，能直接對傳感器輸出的 mV 級信號進(jìn)行調(diào)理、濾波、放大和 A/D 轉(zhuǎn)換，然后串行輸出，無需使用外部儀表放大器，極大地簡化了電路設(shè)計(jì)。 AD7705 的 A/D 轉(zhuǎn)換功能也很強(qiáng)，其采用的Σ-Δ轉(zhuǎn)換技術(shù)最高可實(shí)現(xiàn) 16 位無誤碼傳輸。在本次設(shè)計(jì)中，AD7705 的兩個(gè)全差分模擬輸入通道可以同時(shí)滿足兩路傳感器輸出信號的輸入，通過軟件編程可以方便地對信號增益、極性、輸入通道、數(shù)據(jù)輸出更新率和數(shù)字濾波器進(jìn)行設(shè)置。AD7705 電路模塊如圖 2 所示。其中，傳感器輸出信號直接接入 AD7705 的差分模擬輸入通道 AIN1 端。