[發明專利]一種數字傳感器陣列的連接和數據讀出方法

有效

• 申請號: 201810636399.0
• 申請日: 2018-06-20
• 公開（公告）號: CN109099959B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 徐建省;許銘
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種數字傳感器陣列的連接方法，多個所述的數字傳感器采用陣列分布，陣列的行和列為時鐘線或數據線，陣列中每個傳感器的時鐘線SCL均連接到陣列時鐘線SCLi，i＝1～M；陣列中每個傳感器的數據輸入/輸出線SDA均連接到陣列數據線SDAj，j＝1～N；微控制器的IO引腳連接到傳感器陣列的時鐘線和數據線；微控制器驅動數字傳感器陣列的時鐘線，并通過陣列的數據線，讀入陣列中所有傳感器的數據。

技術領域

本發明涉及一類數字傳感器。

背景技術

傳感器是現代社會人們獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，需要用各種傳感器來獲取生產過程中的各個參數信息；在物聯網中，要用到各種傳感器來測量或者感知周圍環境中的各種信息。傳感器一般分為模擬傳感器和數字傳感器。數字傳感器是將傳統的模擬傳感器經過A/D轉換模塊，使之輸出信號為數字量的傳感器，數字式傳感器的優點是應用電路結構簡單、直接以數字量輸出便于直接輸入計算機?，F在較多的數字傳感器是以時鐘線加數據線的方式跟外界進行通信，比如常見的數字傳感器具有I²C接口、SPI接口等，然而在一些需要大量使用此類數字傳感器的場合，若采用輪詢方式獲取此類傳感器的數據，難以滿足測量系統的實時性指標，若采用并行方式獲取此類傳感器的數據，就會占用計算機或者微控制較多的管腳資源。這類數字傳感器不利于傳感器的大規模陣列式使用。

發明內容

本發明的目的是克服現有時鐘線加數據線方式輸出數據的數字傳感器難以用于大規模陣列使用的缺點，提出一種此類數字傳感器陣列的連接方法和數據讀出方法。本發明可以使微控制器能夠以較少的引腳讀取到陣列中所有的傳感器數據，不但加快了數字傳感器的數據讀出速度，而且為微控制器節省了引腳資源，對傳感器大規模陣列方式適用具有重要的應用價值。

應用本發明的數字傳感器具時鐘線和數據輸入/輸出線，數據輸入/輸出線可以是一根數據線，也可以是多根數據線組成的總線。多個數字傳感器可以設置為在相同的時鐘時序下有相同的數據輸入/輸出格式和數據輸入/輸出時序，包括但不僅限于具有I²C接口、SPI接口的數字傳感器。應用本發明的微控制器包括但并不僅限于單片機、ARM、FPGA、CPLD、計算機等，凡是能夠具有讀寫IO引腳的芯片、模塊或者部件都包含在此類微控制器中。應用本發明的數字傳感器和微控制器不限于個體尺寸大小，傳感器陣列連接也可以集成在一個芯片中，或者傳感器陣列和微控制器都集成在一個芯片中。

本發明傳感器陣列的布置和連接方法如下：

多個傳感器根據實際需要采用陣列分布，比如多個傳感器布置為矩形陣列、環形陣列等。陣列的行數和列數可以不相等，陣列中每一行或者每一列布置的傳感器的數量也可以不相等。傳感器陣列有M條時鐘線SCLi，i＝1～M，有N組數據線SDAj，j＝1～N，M和N為任意自然數。陣列的第j組的數據線SDAj可以是一根數據線，也可以是多根數據線組成的總線，SDAj數據線的根數與所連接的傳感器的輸入/輸出線的根數相同。陣列中所有數字傳感器的時鐘線SCL均與陣列的時鐘線SCLi相連，陣列中每個傳感器的時鐘線SCL都連接且僅在一處連接到陣列的時鐘線SCLi上；陣列中所有數字傳感器的數據輸入/輸出線SDA均與陣列的數據線SDAj相連，陣列中每一個傳感器的數據輸入/輸出線SDA都連接且僅在一處連接到陣列的數據線SDAj上。

微控制器分配M根IO口線直接連接到傳感器陣列的時鐘線SCLi，i＝1～M，或者經過譯碼器或驅動器連接到傳感器陣列的時鐘線SCLi；微控制器分配N條或者N的整數倍條IO口線直接連接到傳感陣列的數據線SDAj，j＝1～N，或者經過編/譯碼器或驅動器連接到傳感陣列的數據線SDAj。

本發明所述的數字傳感器陣列中的所有傳感器可以設置為同一工作方式。在該工作方式下，數字傳感器陣列中所有數字傳感器在相同的時鐘時序下數據輸入/輸出格式和數據輸入/輸出順序相同。所述的陣列的時鐘線給出規定的時序信號，必要時驅動陣列數據線給出規定的數據，就可以在陣列的數據線上得到傳感器陣列中傳感器的輸出數據。