基于dsp的传感器智能化分析与系统设计

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1、东南人学硕}j学位论义向发展，并且除了在航空航天和军事领域中，在j：业白动化、医疗和生物等领域也有了J'．泛应川。l‘感嚣f囊ol诵』：Ilil也g磊馆‘j轮

2、i{图1．1传统传感器功能框图所谓智能化传感器就是将传感器获取信息的基本功能与专用的微处理器的信息分析、处理功能紧密结合在一起，并具有诊断、校止和数据通信等新功能的传感器。由f微处理器具有强大的计算与逻辑判断功能，故可以方便地对数据进行滤波、变换、校正补偿、存储记忆、输出标准化(甚至具有标准通信协议的总线式输出模式)等。近年来，伴随着微处理器技术的大力发展，DSP(DigitalSignalProcessor)技术、FPGA(

3、FiledProgrammableGateArray)技术、蓝牙(Bluetooth)技术等在测控技术领域都获得了成功的应用，从而为智能化传感器不断赋予新的内涵与功能。与传统传感器不同，智能化传感器不仅仅是一个简单的传感器，还具有一些附加的新功能，如图1-2所示。下面是智能化传感器的一些主要新功能。1)自补偿功能：如非线性、温度误差、响应时间、噪声、交义耦合干扰以及缓慢的时漂等的补偿。2)自诊断功能：如在接通电源时进行自检，在工作中实现运行检查、诊断测试，以确定哪一组件有故障等。3)双向通信功能：微处理器和基本传感器之间具有双向通信的功能，构成一个闭环工作模式，传感器可以在微处理器的

4、控制下工作。4)信息的存储和记忆功能。5)数字量输出或总线式输出功能。图1—2智能传感器功能框图智能传感器依其功能可划分为两个部分，即基本传感器部分和信号处理单元部分。这两部分可以集成在一起实现，形成一个整体，封装在一个表壳内；也可以远距离实现，特别在测量现场环境比较差的情况F，有利于电子元器件和微处理器的保护，也便于远程控制和操作。采用整体封装式还是远离封装式，应由使用场合和条件而定【1，21。1．1．3传感器的智能化方法智能单元(微处理器)在智能传感器中发挥了十分重要的作用，是智能传感器的核心。传感器所接受到的信号经过一定的硬件电路处理后，以数字信号形式进入微处理器，并应用驻留其

5、中的软件，实现对测晕过程中的各种控制、逻辑和数据处理以及信号输出等功能，从而实现传感器智能化。常用的传感器智能化方法主要有以下几种：1)实现数据处理功能●非线性校II：技术2第1章：绪论●自校零与自校准技术●噪声抑制(滤波、温度补偿等)2)实现自动控制功能●键盘控制功能●量程自动切换●多路或多路通道切换·数据极值判断与超限报警●自动诊断在本论文中，作者就采用了上述一些智能化方法对原有的基本传感器进行了改进，使其具备了智能传感器的一些特性。这些工作将在后续章节中详细讨论。。1．2DSP技术特点及其在智能传感器中的应用1．2．1数字信号处理器简介数字信号处理有两种解释：广义上讲是指数字信

6、号处理技术(DigitalSignalProcessing)，狭义的讲是指数字信号处理芯片(DigitalSignalProcessor)。前者是理论上的数学运算方法，自1965年由Cooley和Tukey提出DFT(离散傅里叶变换)的高效快速算法以来，已有近40年的历史；而后者是实现这些方法的一类专门芯片。随着数字信号处理芯片的快速发展，应用越来越广泛，DSP这一-英文缩写已被大家默认为数字信号处理器的代名词。1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作，运算速度比MPU快几十倍。DSP芯片的问世是个里程碑，它标志着DSP应用系统由大型系统向小型

7、化迈进了一大步。80年代中期，随着CMOS技术的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度都得到成倍提高。80年代后期，第三代DSP芯片问世，运算速度进一步提高，其应用于范围逐步扩大到通信、计算机领域。90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。现在的DSP系统集成度更高，将DSP内核及外用设备集成在单一芯片上。这种集成度极高的DSP器件也越来越多的应用到工业自动化、通信、便携式数码产品当中，其应用价值也日益显现出来，越来越引起国内外科研院所和企业的高度重视，已成为当代最有发展潜力的技术、产业和市场之一IjJ。图1．3TMS320C2

8、000数字控制系统平台3东南人学硕{：学位论文目前世界上有许多厂商致力rDSP芯片的研发和制造，包括TI、Motorola、ADI等。其中1rI公司拥有40％的市场份额，牢牢【‘i据了DSP行业的领导地何，其产品的性能、种类和所覆盖的领域也是其他同行企业难以望其项背的。针对不同的应用领域，TI公司推出了三大DSP平台，用户可根据需要米选择合适的器件。这二种平台分别是：最佳控制平台—州S320C2000ⅢDSP平台，最低功耗平台——_TMS320C5000T