智能传感器设计

第1章智能传感器概述

1.1常规传感器并非完美

1.2第一步传感器信号数字化

1.3第二步增加一些智能

1.4第三步实现快速而可靠的通信

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

1.6智能传感器局限

1.6.1开发和生产成本超过从用户处可获得的利润

1.6.2缺少必需的基础条件

1.6.3环境条件不允许增加电路

1.7智能传感器实例

1.7.1多通道数字温度传感器

1.7.2流量传感器

1.7.3线控驾驶转向位置传感器

1.8本书后续内容概述

第2章直观数字信号处理

2.1信号处理的基本概念

2.1.1信号和噪声的明确定义

2.1.2在频域内观察信号

2.1.3用滤波器净化信号

2.2与信号采样相关的话题

2.2.1数字化对采样信号的影响

2.2.2有限寄存器长度的影响

2.2.3过采样

2.3如何分析传感器信号的应用

2.4一个通用的传感器信号处理架构

2.4.1信号调理与获取

2.4.2预分析滤波

2.4.3信号线性化

2.4.4参数分析

2.4.5后分析滤波

2.4.6故障检测与处理

2.4.7通信

2.5小结

第3章dsPIC系列DSC揭密

3.1dsPIC系列DSC的数据处理架构

3.1.1dsPIC系列DSC的存储器

3.1.2DSP引擎

3.1.3寻址方式和地址发生单元

3.2中断的结构

3.3片上外围设备

3.3.1数据采集外围设备

3.3.2定时，计数器模块

3.4小结

第4章智能传感器通信的实现

4.1通信的类型

4.1.1通信信道的重要特性

4.1.2信道的数据吞吐量

4.1.3点对点和多节点网络

4.1.4数据链路的物理属性

4.1.5异步和同步数据传输

4.1.6硬件错误监测

4.2dsPIC30F系列器件具备的通信接口

4.2.1串行通信接口

4.2.2通用异步收发器

4.2.3控制器局域网络

4.3高级协议

4.3.1通用消息协议

4.3.2特殊命令协议

4.4小结

第5章dsPIC系列DSC的基本开发工具

5.1应用测试平台

5.2固件框架概览

5.2.1应用程序的数据流

5.2.2系统任务流

5.3框架模块的实现

5.4小结

第6章传感器应用温度传感器

6.1温度传感器分类

6.1.1热电偶

6.1.2阻性温度检测器

6.1.3热敏电阻

6.1.4硅温度传感器

6.1.5红外温度传感器

6.2温度测量的要点

6.2.1测量范围

6.2.2测量分辨率

6.2.3测量精度

6.2.4挑战

6.3应用设计

6.3.1系统指标

6.3.2传感器信号调理

6.4硬件实现

6.4.1模拟放大器和抗混叠滤波器

6.4.2冷结补偿

6.4.3信号隔离

6.5固件实现

6.5.1信号采样

6.5.2数字滤波器实现

6.5.3数据分析实现

6.5.4错误处理实现

6.5.5通信协议实现

6.6小结

第7章传感器应用压力和称重传感器

7.1称重和压力传感器的类型

7.1.1应变计

7.1.2压电传感器

7.2称重测量的要点

7.2.1测量范围

7.2.2测量分辨率

7.2.3测量精度

7.2.4挑战

7.3应用设计

7.3.1系统指标

7.3.2传感器信号调理

7.3.3数字滤波器分析

7.3.4数据分析算法

7.4固件实现

7.4.1信号采样

7.4.2数字滤波器实现

7.4.3数据分析算法实现

7.4.4错误处理的实现

7.5小结

第8章流量传感器

8.1流量传感器的类型

8.1.1涡轮传感器

8.1.2重力传感器

8.2流量测量的要点

8.2.1测量范围

8.2.2测量分辨率

8.2.3测量精度

8.2.4测量的挑战

8.3应用设计

8.3.1系统指标

8.3.2传感器信号调理

8.3.3数字滤波分析

8.3.4数据分析算法

8.3.5通信协议

8.4硬件实现

8.5固件实现

8.5.1数据采样模块

8.5.2数据滤波模块

8.5.3数据分析模块

8.5.4通信协议模块

8.6小结

第9章智能传感器发展趋势

9.1技术发展趋势

9.1.1敏感元件的发展趋势

9.1.2运算元件的发展趋势

9.1.3通信技术的发展趋势

9.2经济方面的发展趋势

9.2.1人口老龄化

9.2.2生产的日益全球化

9.3小结

附录A本书附带资源

附录BdsPIC系列DSC的初始化以及系统启动代码

附录C带缓冲和中断驱动的串行I/O

索引

致谢

　　智能传感器是一种新兴的、正在蓬勃发展的电子设备。它可以实现高精度的信息采集，具有一定的编程自动化能力，功能多样并且成本低，已经广泛应用于医疗和工业生产等领域。　　本书正是开发智能传感器系统的实战指南，以最流行的芯片dsPIC为示例，但主要内容适合各种开发平台。书中力求通过实践指导，引领读者迅速掌握智能传感器的基础知识和设计方法，轻松开展应用设计。内容紧紧围绕智能传感器系统设计的特点展开，避免讲述深奥的理论，更多从物理意义出发，深入浅出地为读者展示各种概念的直观含义，并用三个完整的设计实例帮助读者解决设计与实现中的诸多实际问题，具有很高的实战参考价值。　　本书介绍智能传感器应用系统设计技术，力求理论与实践相结合，引导读者迅速掌握智能传感器的基础知识和设计方法，构建通用的软硬件开发平台，并轻松地开展应用设计与实验。主要内容包括智能传感器的基本概念，基于dsPIC系列数字信号控制器设计智能传感器的方法，以及温度检测、压力和称重检测、流量检测三种典型应用的设计实例。这些实例包含丰富的硬件电路图、软件流程图以及很多设计技巧，具有很强的参考性。　　本书既可作为经验丰富的嵌入式系统设计师从事智能传感器系统设计的参考书，也可作为刚刚接触嵌入式系统设计的高年级本科生、研究生的学习参考书。任何有编程经验或者工程经验、又对智能传感器领域感兴趣的读者都会从中受益。【作者简介】　　CreedHuddleston，资深传感器设计专家。现任0mnisys公司副总裁。在嵌入式系统设计行业工作长达20余年，具有丰富的实践经验。