關(guān)于VM系列振弦傳感器讀數(shù)模塊的硬件接口說明

關(guān)于VM系列振弦傳感器讀數(shù)模塊的硬件接口說明

VM 系列模塊是單振弦式傳感器激勵(lì)、頻率讀取、溫度轉(zhuǎn)換的專業(yè)化讀數(shù)模塊，

具有集成度高、體積小、精度高、適應(yīng)能力強(qiáng)、極少的外圍電路設(shè)計(jì)等突出特性，

具有多種激勵(lì)方法、傳感器接入檢測(cè)、可編程激勵(lì)電壓、信號(hào)幅值檢測(cè)和信號(hào)質(zhì)量

評(píng)定等先進(jìn)功能，能夠測(cè)量傳感器信號(hào)質(zhì)量、幅值、頻率、頻模、溫度并轉(zhuǎn)換為數(shù)

字量和模擬量輸出。VM 系列模塊可應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外大部分單振弦式傳感器的數(shù)據(jù)讀取，

目前在土木工程、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害等領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用

一、電源接口

VMXXX 模塊有多個(gè)電源接口，分別為：寬電壓電源輸入（VIN）、內(nèi)核電源（VDD）、參考電壓

源（VREF）、振弦傳感器激勵(lì)電源（VSEN），各電源共用 GND。

電源輸入（VIN）： 寬電壓VIN 管腳為模塊供電（DC515V），推薦電壓為 6.0V10.0V，VIN 可

產(chǎn)生內(nèi)核電源VDD，當(dāng)使用 VIN 管腳為模塊供電時(shí)，VDD 管腳為輸出,輸出能力為 200mA，盡量不

要使用VDD 輸出過大電流，以免影響模塊內(nèi)核的正常工作。

內(nèi)核電源（VDD）： 可由VIN 產(chǎn)生，當(dāng)不使用 VIN 時(shí)，此管腳作為電源輸入，需要外接 DC3.3V

電源。模塊工作時(shí)峰值電流約為100mA，建議使用輸出能力 200mA 或以上的電壓源。VMXXX 模塊

內(nèi)部有電壓校準(zhǔn)機(jī)制，對(duì)VDD 電壓值無(wú)嚴(yán)格要求。

參考電壓（VREF）： 此管腳為輸入，應(yīng)直接連接到VDD（無(wú)需精準(zhǔn)的參考電壓源）。

激勵(lì)電源（VSEN）： VSEN 為傳感器激勵(lì)過程提供電能，當(dāng)采用高壓激勵(lì)方法時(shí)，VSEN 作為

泵壓源，一般情況下VSEN 電壓越高則可獲取的激勵(lì)電壓也越高；當(dāng)采用低壓掃頻激勵(lì)方法時(shí)，

VSEN電壓即是掃頻電壓。建議采用200mA或以上的電壓源為VSEN供電，供電電壓推薦為DC8V~12V。

注意**：VMx1x 模塊時(shí)，VSEN 可選擇是否在內(nèi)部連接于 VIN，請(qǐng)?jiān)诖_認(rèn)后再使用 VSEN。 **

請(qǐng)?zhí)貏e注意電源的設(shè)計(jì)。振弦傳感器返回信號(hào)為微弱的正弦波，為減少電源紋波對(duì)傳感器

信號(hào)的影響，建議所有電源均使用紋波較小的LDO 穩(wěn)壓器。當(dāng)使用交流電轉(zhuǎn)直流的供電方式時(shí)，

模塊地線（GND）一定要可靠接地（大地） ，某些低端的交流轉(zhuǎn)直流適配器會(huì)將交流干擾引入，嚴(yán)

重影響模塊信號(hào)處理質(zhì)量，甚至完全無(wú)法使用。

建議靠近電源管腳（VDD 尤其重要）使用一個(gè) 10μF 鉭電容（低 ESR)和一個(gè) 0.1μF 的陶瓷電

容并聯(lián)。增加并聯(lián)的電容可以有效去除高頻干擾。同時(shí)為防止浪涌對(duì)芯片的損壞，建議在模塊

電源輸入管腳使用一個(gè)適合電壓的500mW 的齊納二極管防止模塊的超壓損壞。PCB 布局時(shí)，電容

和二極管應(yīng)盡可能靠近模塊的電源輸入管腳。

注：嚴(yán)禁同時(shí)使用 ***VIN 和VDD ***為模塊供電。

注：模塊沒有反接電源及超壓保護(hù)措施，反接電源及超壓使用會(huì)導(dǎo)致永久性損壞

參數(shù)復(fù)位管腳

RST 管腳為雙向管腳，在不同運(yùn)行階段具有不同功能：

上電啟動(dòng)時(shí)

上電啟動(dòng)時(shí)RST 管腳為輸入，當(dāng)檢測(cè)到管腳為低電平時(shí)復(fù)位參數(shù)為出廠值。詳見“3.3 恢復(fù)出廠

參數(shù)”。在啟動(dòng)完成后此管腳為 IIC-SDA 功能。

VMx0x 模塊的RST 管腳未連接上拉電阻，為了防止上電時(shí)參數(shù)復(fù)位，外部必須連接

2k~4.7k 上拉電阻，其它型號(hào)模塊此管腳已內(nèi)置了4.7k 上拉電阻。

運(yùn)行狀態(tài)指示器

運(yùn)行狀態(tài)指示

在模塊正常運(yùn)行時(shí)RTS 管腳輸出邏輯 1 表示模塊“正忙”，輸出邏輯 0 表示模塊“空閑”，

詳見“3.10 振弦傳感器測(cè)量流程”。

模塊“正忙”是指模塊正在對(duì)振弦傳感器進(jìn)行讀數(shù)操作，特別的，本模塊具有傳感器是否

連接的檢測(cè)功能，默認(rèn)情況下僅當(dāng)檢測(cè)到有效的傳感器接入時(shí)才會(huì)發(fā)起一次讀數(shù)過程，而未檢

測(cè)到傳感器連接時(shí)，模塊會(huì)繼續(xù)不斷檢測(cè)，此時(shí)RTS 管腳持續(xù)輸出 10Hz 的脈沖方波，這種快速

的“忙”與“不忙”兩個(gè)狀態(tài)間切換可以理解為“正在搜索傳感器”。

RTS 管腳為強(qiáng)推挽輸出，可直接驅(qū)動(dòng) LED 指示燈（串聯(lián) 1k 的限流電阻），直觀的表現(xiàn)模塊的

工作狀態(tài)。

硬件握手信號(hào)

基于RTS 輸出信號(hào)的時(shí)域特點(diǎn)，此管腳還可作為數(shù)字接口的硬件握手信號(hào)使用。當(dāng)模塊的

UART 接口為 RS232 時(shí)，RTS 管腳已經(jīng)轉(zhuǎn)換為 RS232 電平信號(hào)，直接連接上位機(jī) RS232 接口的 CTS

即可。

信號(hào)質(zhì)量指示

SIG 管腳用于輸出振弦傳感器的返回信號(hào)質(zhì)量，當(dāng)信號(hào)質(zhì)量達(dá)到或超過預(yù)期值時(shí)輸出高電

平，否則輸出低電平。信號(hào)質(zhì)量預(yù)期值由寄存器EXS_TH 定義，詳見“3.12.4 中預(yù)定信號(hào)質(zhì)量寄

存器說明”。

信號(hào)質(zhì)量與多種因素有關(guān)，使用多種表征值來描述（幅值、采樣值數(shù)量、標(biāo)準(zhǔn)差等），SIG 管

腳的高、低電平兩種輸出狀態(tài)不足以完全表示信號(hào)質(zhì)量，也不能反映出信號(hào)質(zhì)量的具體數(shù)值大

小，在模塊使用過程中，應(yīng)盡量使用軟件方法讀取與信號(hào)質(zhì)量有關(guān)的多個(gè)寄存器值（詳見

“3.13.4 頻率計(jì)算與質(zhì)量評(píng)定”），進(jìn)行綜合判斷。

2.5 數(shù)字接口 1（UART/RS232/RS485）

VM 系列模塊提供全雙工串行 TTL 電平的 UART 接口以及基于 TTL 擴(kuò)展的 RS232 或 RS485 接

口（詳見前述“訂購(gòu)信息”中的選型表），默認(rèn)端口設(shè)置為“9600,N,8,1”，并支持由軟件修改

為9600~460800bps 通訊速率。

UART 的 TTL 電平邏輯高為 VDD，邏輯低為 GND，與非 3.3V 單片機(jī)進(jìn)行連接時(shí)，要注意邏輯

電平的轉(zhuǎn)換。

TXD 為強(qiáng)推挽輸出管腳，RXD 為輸入管腳。

管腳485CR 為數(shù)據(jù)收發(fā)指示管腳，模塊向外發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)管腳 485CR 輸出高電平（強(qiáng)推挽），

非發(fā)送時(shí)輸出低電平。利用這一邏輯特性，當(dāng)在UART 外部連接 RS485 電平轉(zhuǎn)換芯片時(shí)，發(fā)送指

示管腳可作為半雙工485 芯片的收發(fā)控制管腳使用。

注：當(dāng)模塊為RS485 接口版本時(shí)，485CR 管腳已在模塊內(nèi)部連接到了 485 芯片（VM511、

VM614、VM618、VM704S）。

數(shù)字接口2（IIC）

VM5XX 支持雙向 IIC 總線和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，支持最高 500kHz 的通訊速率。

在總線中，VM5XX 為從設(shè)備，與之通訊的上位機(jī)為主設(shè)備，主設(shè)備控制整個(gè)通訊過程。向總

線發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備定義為發(fā)送器，接收數(shù)據(jù)的設(shè)備定義為接收器?？偩€必須由主設(shè)備來控制，

由主設(shè)備產(chǎn)生串行時(shí)鐘（SCL）、控制總線訪問以及產(chǎn)生開始和停止信號(hào)（條件）。

VM5XX 設(shè)備通過 SCL 和 SDA 線與總線連接，兩根數(shù)據(jù)線均為漏極開路，與非 3.3V 單片機(jī)進(jìn)行連接時(shí)，要注意邏輯電平的轉(zhuǎn)換。

設(shè)備地址

使用IIC 總線時(shí)，VM5XX 使用 IIC 專用的設(shè)備地址，設(shè)備的 IIC 地址默認(rèn)為 0xA0(160)，可

通過特殊的UART 接口指令來完成 IIC 地址的修改，修改后的地址永久保存。

IIC 地址修改指令為：$IICA=xxx

需要注意的是，IIC 地址必須為偶數(shù)，否則修改不能成功。

2IIC 協(xié)議硬件層信號(hào)類別及說明

為了降低使用難度，VM 系列模塊的 I2C 接口采用了與 AT24C02 完全相同的讀寫時(shí)序，在此

不再描述更多細(xì)節(jié)。

傳感器線圈接口

傳感器線圈接口由SEN+和 SEN-管腳組成，分別連接到振弦傳感器線圈兩端。

通常情況下，傳感器線圈不區(qū)分正負(fù)極，直接連接即可。

***注：當(dāng)傳感器激勵(lì)方式設(shè)置為高壓激勵(lì)時(shí)，SEN+管腳會(huì)周期性（幾百毫秒~幾秒）輸出高電 ***

壓，在使用過程中應(yīng)注意人員及外圍電路的保護(hù)。

溫度傳感器接口

溫度傳感器接口由TMP 和 GND 兩個(gè)管腳組成，內(nèi)部已連接有上拉電阻。溫度傳感器接口是

復(fù)用接口，可連接數(shù)字式溫度傳感器18B20 或熱敏電阻溫度傳感器，任意時(shí)刻，只允許連接某

一種溫度傳感器（可通過對(duì)應(yīng)的寄存器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，詳見“3.18 溫度傳感器使用”）。

數(shù)字式溫度傳感器18B20 的連接

VM 模塊支持 18B20 的兩線制和三線制兩種連接方法，如下圖示。

注：僅VM501_HW120/VM704 支持 18B20 兩線制連接

注：目前生產(chǎn)18B20 的廠商有很多，不同品牌的 18B20 通訊參數(shù)會(huì)有一些差異，基本上可

以保證500 米以內(nèi)正常通訊，有些品牌可以達(dá)到 1000 米。

2.8.2 熱敏電阻式溫度傳感器連接

熱敏電阻與模塊溫度測(cè)量接口管腳連接，如下圖所示。

審核編輯：湯梓紅