基于C8051F060单片机温湿压数字传感器系统设计

随着科学技术的发展，智能控制技术开始在电子测试领域广泛地应用。在现代工业测控系统中，人们往往将各种传感器挂接在现场总线上，组成传感器网络系统，各种传感器设备分别作为其中的一个网络节点，通过现场总线实现节点与控制中心之间以及节点与节点之间的信息传输。通常，人们选用CAN总线将大部分传感器连接起来，因此，传感器也需相应地智能化并统一数据接口。本文基于C8051F060单片机设计一款带有CAN通信接口的温湿压数字传感器系统，该系统能对压力传感器输出的压力模拟信号进行信号调理和模数转换；能处理并传输温度、湿度和压力数据，搭建CAN总线传感器网络以实现数据的采集和通信。

数字传感器系统总体方案设计

根据数字传感器系统的任务和功能，系统工作原理如图1所示。首先传感器采集压力信号，并对压力信号进行跟随滤波处理，然后采集温湿度数据，并进行数据的编帧处理及数据的通信。经过传感器采集和预处理之后的数据按照指定的CAN应用协议，通过CAN数据通信接口传输到CAN总线，数据由相应的节点采集并存储，或者直接传送给上位机，通过上位机软件实时监测各个节点的数据。

图1 数字传感器系统工作原理图

数字传感器系统主要由控制中心模块、压力采集模块、温湿度采集模块、CAN总线模块及电源模块等部分组成。控制中心模块选用C8051F060单片机；为了实现温湿压数据的采集，数据采集模块选用SHT15、MPX4200A、TLV2402和MAX291等器件；为了完成组建通信网络、传输数据和实现总线冗余，CAN总线模块选用高速光耦、CD4052、TJA1050等器件。

数字传感器系统硬件设计

控制中心模块设计

控制中心模块选用C8051F060单片机，它是美国Cygnal公司推出的完全集成混合信号片上系统型MCU。C8051F060单片机采用与8051兼容的专利内核CIP-51，速度高达25MIPS，并具有59个数字I/O引脚、5个16位通用定时器、6个带有捕捉/比较模块的可编程定时器/计数器阵列。同时，片内还集成了两个16位、1Msps的ADC和2个12位DAC、3个电压比较器、看门狗定时器，VDD监视器和温度传感器。该芯片上集成有64KB的FLASH和4352B内部RAM，以及硬件实现的SPI、SMBus/I2C和2个UART串行接口。最重要是，C8051F060单片机还集成了CAN总线控制器，这使得采用CAN总线开发C8051F060单片机具有抗干扰性强、开发费用低廉、可适用于工业现场应用等特点。

控制中心模块的工作原理如图2所示，C8051F060单片机作为控制中心模块的核心器件，主要负责控制SHT15采集温湿度数据以及采集和转换经过跟随滤波之后的压力数据，然后对这些信号进行数据处理（滤波处理、数据编帧、数据缓存等）；同时，由于C8051F060单片机自身具有CAN通信接口，因此它还可以实现数据传输。

依据图2设计的控制中心模块具体电路如图3所示。C8051F060单片机正常运行之前，必须初始化应用端口和时钟，C8051F060单片机的端口引脚都能承受3V~5V电压值，而且P0~P3管脚的模式状态都是可以根据需求配置的；为了实现系统时钟，本设计采用外部晶体振荡驱动电路驱动外部晶振。

图2 控制中心模块工作原理图

图3 控制中心模块电路图