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1、本科毕业设计（论文）题 目： 智能传感器接口模块 STIM设计 二O一一 年 六 月 一 日本科毕业设计（论文）智能传感器接口模块STIM设计摘要IEEE 1451标准开发了一种软硬件的连接方案，将智能传感器连接到网络或者用以支持现有的各种网络技术，包括各种现场总线及Internet/Intranet。通过定义一整套通用的通信接口，使传感器在现场级采用有线或无线的方式实现网络连接，大大简化由传感器构成的各种网络控制系统，解决不同网络之间的兼容性问题，并能够最终实现各个厂家产品的互换性和互操作性。本文依据IEEE1451.2标准设计了智能变送器接口模块STIM并实现了即插即用功能。在硬件方面，主
2、要围绕AT89C52展开，设计了传感器模块、信号调理模块、复位电路、存储器电路和电源电路。软件方面，介绍了STIM主体软件结构和实现的功能。在传感器RS232串口和电子数据表格TEDS设计上，首先对RS232串口和TEDS的协议做了一定的介绍和研究。通过硬件和软件两方面的设计，利用调试工具对STIM进行调试，实现了串口的接收发送数据和TEDS下载到片内FLASH的功能 。本次设计为智能变送器接口模块STIM的集成提供了功能验证，为符合IEEE1451标准的智能变送器的研究奠定了基础，为开发各种IEEE1451标准的智能传感器模块STIM提供了范例。关键词：IEEE 1415标准； 智能传感器接
3、口模块； 电子数据表格 Design of a Smart Transducer Interface Module STIMAbstractIEEE 1451 standard has developed a hardware and software connectivity solutions, the intelligent sensor is connected to a network or networks to support various existing technologies, including a variety of field bus and the Inter
4、net / Intranet. By defining a set of common communication interface, so that the sensor at the field level by wire or wireless means to achieve the network connection, greatly simplifying the sensor composed of a variety of network control system, to resolve compatibility issues between different ne
5、tworks, and can ultimately interchangeability of the various manufacturers of products and interoperability. This article is designed according to IEEE1451.2 standard smart transducer interface module and implements plug and play functionality STIM. On the hardware side, the main focus AT89C52 start
6、ed to design a sensor module, signal conditioning modules, reset circuits, memory circuits and power circuits. Software, describes the main software architecture and implementation STIM functions. RS232 serial port and the sensor TEDS spreadsheet design, the first TEDS RS232 serial port and protocol
7、 to do a certain presentation and research. Both the hardware and software design, use of debugging tools to debug STIM to achieve the serial receive and send data downloaded to the on-chip FLASH TEDS functionality. This article is designed according to IEEE1451.2 standard smart transducer interface
8、 module and implements plug and play functionality STIM, smart transducer interface module for the integration of STIM provides functional verification, in order to meet the IEEE1451 standard Smart Transducer laid the foundation for the development of a variety of smart sensor module IEEE1451 standa
9、rd provides examples of STIM. Keywords: IEEE 1415 standard ； Intelligent sensor interface module ； Transducer electronic data sheet(TEDS)II目 录1 绪论11.1选题的主要目的和意义11.2研究背景11.2.1国内研究状况11.2.2国外研究状况21.3本文的主要内容22 STIM模块总体设计32.1 IEEE1451系列标准概述32.2总体设计思路93 STIM硬件设计与实现123.1硬件设计原则123.2 STIM中芯片的选择123.2.1 CPU(AT
10、89C52)123.2.2锁存器（74HC573）133.2.3存储芯片143.2.4 热电偶数字转换芯片（MAX6675）153.3 ADC功能模块173.3.1 MAX 6675的工作原理与功能173.3.2 MAX6675与AT89C52的接口实现173.4存储模块183.5电源电路193.6串口电路203.7复位电路213.8 STIM硬件电路图224 STIM软件设计234.1 软件总体设计234.2 串口通讯264.3 TEDS下载程序275 程序调试305.1串口调试305.2 TEDS下载程序调试336总结与展望35致谢37参考文献38附录40附录一40附录二411 绪论1.1
11、选题的主要目的和意义智能传感网络技术的发展现状和国际电子电气工程师协会IEEE组织为解决网络化智能传感器接口标准化问题而提出的IEEE 1451系列标准。比较并分析了传统传感网络结构和基于IEEE 1451标准的智能传感网络结构的区别，提出了智能传感器接口模块（STIM）的设计方案。IEEE 1451标准定义了传感器或执行器的软硬件接口标准，为传感器或执行器提供了标准化的通讯接口和软硬件的定义，使不同的现场网络之间可以通过应用IEEE 1451定义的接口标准互连，可以互操作，解决了不同网络之间的兼容性问题，使传感器的厂家、系统集成商和最终用户有能力以低成本去支持多种网络和变送器家族，并且通过简
12、化连线，降低了系统总的消耗。本课题通过对基于智能传感网络结构STIM接口的研究和实现，完成了对传感器的自检测和自配置功能，很好的解决了不同厂商传感器之间的互换性和互操作性，最终实现了传感器网络的通用性和即插即用特性。1.2研究背景1.2.1国内研究状况国内对网络化智能传感器的研究起步比较晚，所掌握的技术也比较落后，但是经过多所科研机构和高校几年来的努力，也已经取得了较好的成绩。合肥工业大学和中科院合肥智能机械研究所利用基于IEEE 1451.1的网络化智能传感器联合研制了具有适当空间分布的10个力觉、6个接近觉、1个距离觉以及1个温度传感器构成的机器人手抓。广东省将设计的网络化智能传感器应用在
13、广东省农业现代化环境因子测控平台中，对影响农业生产和作物生长的主要参数进行监测，并以此为参考对以后的农田建设进行调整1。中国单片机公共实验室BOL的因特网传感器技术在这方面的研究取得了较大的进展。童利标等应用了 IEEE1451的一些突出特点，研制了网络化智能机器人手爪传感器系统，可以通过因特网对手爪的传感器信息和状态进行远程采集和监控 2。另外，国内很多厂家都相继推出了以网络化智能传感器系统为基础的分布式智能家居系统，它将房屋内主要的电器连接于控制总线，总线通过RS232再与微机相连，就可以实现应用程序的下载。这样，户主就可以通过手机或互联网在远程对家用电器进行控制。1.2.2国外研究状况网
14、络化智能传感器的标准最先是由IEEE和NIST提出并撰写的。在IEEE 1451系列标准中详细介绍了网络化智能传感技术的目标、意义、模型、各种标准化的硬件接口、网络适配器的软件服务模型、各种传感模块的TEDS、数据校正技术等等，这些都为网络化智能传感器打下了深厚的理论基础。根据IEEE 1451系列标准，美国NASA的ESE计划中设计了一种名为MODIS的传感器。它具有36个通道，空间分辨率为250-1000m。其数据在地球长期观测、地球环境监测、自然灾害监测方面具有广泛的应用前景和重大意义。目前已有44个MODIS数据产品可以用来进行全球变化研究，即MOD 01国防科学技术人学研究生院学位论
15、文MOD 44。这些产品可分为4部分:辐射率和定位产品(Radiometric and Geo-location Products)、大气产品(Atmosphere Products)、海洋产品(Ocean Products)以及陆地产品(Land Products)。瑞士于20世纪80年代建立了国家土壤环境监测网(NAB)，在全国设立了120个土壤监测点。监测点的选择原则是农用地占50%，森林土壤占30%，其它广泛使用的土壤占20%。从1985年开始监测，其中测定的项目包括 Pb Cu， Cd， Zn， Ni， Cr， Co， Hg和F。除此之外，还测定了土壤PH， CaC03、有机碳、粒度、铁和铝的氧化物、阳离子交换量(CEC)、有效 态 磷和土壤密度等指标。每年以上述指标数据对全国土壤的状况进行评估3。1.3本文的主要内容本文主要负责网络化智能传感器系统中的STIM模块的研究其中主要包括:传感器接口设计，电子数据表格(Transducer Electronic Data Sheet， TEDS )的建立，串行接口的设计。 第一章引言。主要是网络化智能传感器的发展背景、意义及应用，并介绍了国内外的发展现状。 第二章IEEE 1451网络化智能传感器
