基于ieee1451.4标准接口的数字传感器设计

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1、原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：—刍曩墨一一日期：—立鲤k生斗———一关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学

2、位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：疑支墨日期：导师签名：二壶4_量茸L日期：中北大学学位论文1．1课题研究背景和意义1．绪论由于飞行器的发射环境比较复杂，而且飞行器的发射技术在国内起步较晚，而且每发射一次的成本都相当的昂贵，所以必须进行大量的实验以深入的了解飞行器各个部件在发射时工作的特性及参数，以便可以及早的发现飞行器在发射时的问题，从而避免重大损失。空间运动目标状态

3、的测量在工程应用中非常普遍，而加速度、速度和距离是描述运动目标状态的重要参数。本课题意航天部项目为背景，用于检测某型号飞行器的工作状态和参数。当微型计算机以高速度向着高性能、低成本发展的同时，单片机也向着集成化、智能化方向发展，这两者的结合必将导致数字化、智能化传感器的诞生【1】。所谓数字传感器就是能输出便于单片机或计算机处理的数字信号的传感器。目前，绝大多数自动化系统都带有电子计算机或数字显示器，因此，对具有数字输出的数字传感器有着迫切的需求。它的应用，既可提高测量的稳定性、保证测量的精度，也可使系统的

4、结构得到简化。数字系统可以给出高精度的检测和计量结果。在自动检测和计量系统中，系统的测量精度很大程度上取决于传感器本身的精确度，数字传感器本身J下好具备高稳定性和高精度的性能。此外，为简化系统和提高系统的工作可靠性，迫切需要数字传感器，于是数字传感器便应运而生。与模拟传感器相比，数字传感器具有以下优点(1)可靠性高，抗干扰能力强表1．1为模拟和数字信号处理方式的比较。中北大学学位论文表1．1模拟和数字信号处理方式的比较信号处理方式的比较比较类别模拟信号数字信号修改设计的灵活性修改硬件i殳计或调整硬件参数改

5、变软件设置精度取决丁元器件精度取决于A／D位数和计算机字长、算法受环境温度、湿度、噪声、电磁场等的可靠性和可重复性不受这些因素影响干扰和影响大尽管已有一些模拟集成电路，但品种较DSP器件体积小、功能强、功耗小、人规模集成少、集成度不高、价格较高一致性好、使用方便、性价比高实时性除开电路引入的延时外，处理是实时的由计算机的处理速度决定高频信号的处理可以处理包括微波、毫米波、光波信号受S／H、A／D和处理速度的限制从表1．1中可以得出结论，输出为数字信号的设备修改设计灵活方便，不受环境温度、湿度、噪声、电磁场

6、等的干扰和影响。在工业现场，仪表与传感器之间易受强电干扰和其他因素影响，会造成数据不稳，甚至瞬时烧毁传感器。数字传感器处理和输出的为数字信号，抗干扰能力强，大大提高了系统运行的稳定性。而模拟传感器采用模拟信号处理方式，信号容易受温度、噪声、电磁等影响【2，3】。(2)传输距离远通信速度快模拟式传感器mv级信号太小，易受射频干扰和电磁干扰。而且在传输中由于电缆电阻的影响会有所损失，所以信号传输距离较短。数字传感器输出数字信号，不易受到干扰，而且按照总线通信协议传输，通信速度高，传输距离远，且具有通信纠错能力

7、，保证了数据高速、可靠地传输。(3)安装、调试、检定、维护方便模拟传感器在生产时是连电缆线一起进行温度补偿的，这样才能消除电缆线电阻的温度影响。如果模拟传感器电缆线损坏后随意连接，就会造成测量误差。所以在距离较长时，传感器都需要专门定制。在更换传感器时需重新穿线，在实际使用时很不方便。数字传感器传输的是数字信号，电缆线的长度可根据需要改变，不会影响测量精度。2中北大学学位论文数字传感器更换时只需将相关参数输入新传感器，无需进行系统的重新标定。(4)系统整体成本低从系统成本的角度来看，虽然数字传感器增加了电

8、路板，但由于数字传感器在应用中减少了调试及应用成本，更换传感器不需重新标定等，而且数字传感器的自诊断、不间断工作等功能提高了系统可靠性，降低了停机时间。因此，系统总体成本比模拟传感器系低。此外，数字信号可根据要求以各种标准的接口形式(女N232、422、485、CAN等)与控制器相连，这就是数字传感器的巨大优势。但是，接口形式的多样性也带来了不便之处。继模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、分布式控制系统之后，基于各种现场总线