传感器接口及接口标准
血氧饱和度传感器产品技术要求性能指标
2.性能指标2.1外观2.1.1传感器及接口表面应平整光滑，色彩柔和色泽均匀，不允许有气泡、剥落、开裂。
2.1.2电缆表面应平整光滑，色彩柔和色泽均匀，不允许有气泡、剥落、开裂，不得有明显的划痕与碰伤。
电缆与探头及接口的连接处应牢固，不得有明显裂缝和脱落。
2.1.3传感器与皮肤接触的部分以及与皮肤接触的一次性可粘贴传感器应柔软有弹性，不得僵硬或有划痕以及明显的开裂。
2.2血氧饱和度2.2.1测量范围应为35%～100%。
2.2.2准确度a)血氧饱和度在70%～100% 范围内，误差应不大于±3%；b)70%以下，无准确度要求。
2.3脉率2.3.1测量范围应为25bpm～250bpm。
2.3.2准确度脉率测量误差应为±3bpm。
2.4抗拉强度传感器的各连接部位应牢固。
当沿电缆抽线方向施加50N的拉力，传感器的各个连接部位不得有脱落和开裂现象；并且导线内部导体不得断裂。
2.5电缆柔软性连接传感器的电缆应柔软耐弯折。
弯曲成90°应无死褶，导线内部导体不得有折断现象。
2.6环境试验要求环境试验应符合GB/T14710-2009中气候环境试验Ⅱ组、机械环境试验Ⅱ组及表2的规定。
2.7安全要求安全要求应符合GB 9706.1-2007《医用电气设备第1部分：安全通用要求》和YY 0784-2010《医用电气设备-医用脉搏血氧仪设备基本安全和主要性能专用要求》的要求。
2.8电磁兼容要求电磁兼容要求应符合YY 0505-2012《医用电气设备第1-2部分：安全通用要求并列标准：电磁兼容要求和试验》、YY 0784-2010《医用电气设备-医用脉搏血氧仪设备基本安全和主要性能专用要求》第36条标准和GB 4824-2013《工业、科学和医疗(ISM)射频设备骚扰特性限值和测量方法》中1组B类的要求。
（以下内容无）。
LC10A 超低功耗，I2C 接口 高精度心率检测传感器 使用说明书
焊接注意事项：由于 LC10A 为透明封装，高温状态持续请勿超过 10S，以免损坏外 观或直接导致芯片失效；
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[3]
7 结构设计推荐
LC10A 说明书
为了更好地发挥出芯片性能，我们推荐了芯片硬件结构方案，包括 LED 的布局、玻璃丝 印尺寸、挡板尺寸以及 IC 与玻璃间隙，具体结构如下所示。
发生壳料内部窜光。 *注：以上结构、硬件、光路若不使用推荐方案，维客不保证性能；不支持使用双色模和 IML 工艺。
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[6]
LC10A 说明书
8 LED 性能参数及辅料说明
LC10A 心率芯片对 Green、IR 的光效及压降要求如下表所示，可根据下表 LED 参数 自行选择 LED 供应商；
VDDIO 2
3
4
5
PD
LC10A
10
9
8
C1 C2
7 VCP 10u 10u
6 VDD C3100n
INT SCL SDA VDD VDDIO
主板
图 2 LC10A 推荐应用电路
推荐应用电路设计注意事项： a、建议心率模块使用单独 LDO 供电； b、如 MCU 通信、中断、复位 IO 采用 1.8V 电压，则 VDDIO 需要单独接 1.8V 电源；如
传感器接口
1-wire温度传感器LTM8877接口1-wire的原理及工作过程：1-wire总线仅用一根数据线与外围设备进行信息的交互，工作电源完全从总线上获取，不需要单独的电源支持，允许直接插入热/有源设备；宽广的工作范围（2.8V~5.25V，-40~+85）；每个器件都有通过工厂光刻的64位ROM ID，是唯一的识别，它存储在只读的ROM中。
通过唯一的64位器件序列号和网络操作协议，1-wire存储器允许挂接在同一条1-wire总线上，并可独立工作，主控制器通过每个器件的唯一的ROM ID来识别与之通信的从设备。
ROM ID由8位校验码，48位序列号和8位家族码组成，家族码标示了此1-wire设备的类型，序列号标示此设备的ID，校验码用于保证通信的可靠性。
1-wire设备在工作时不能主动发送数据，只有在主控器对其进行命令指示时才会响应。
通常的1-wire设备都有两套命令，一套命令操作设备内部的ROM，包括读，匹配，搜索等命令，但不包括写命令。
ROM中的内容由厂家写入，用户不得更改，通信时，总线控制器先发出一个“复位”信号以使总线同步，然后选择受控制器件进行随后的通信。
既可以通过选择一个特定的受控器件（利用该设备的ROM ID进行选择）或者通过半搜索法找到总线上的下一个受控件来实现，也可以选择所有的受控器件，一旦一个特定的器件被选中，那么在总线控制器发出下一次“复位”信号之前，所有的其他器件都被挂起而忽略随后的通信。
如果1-wire从设备与主控制器尚未建立连接，则不能进行数据的传输；一旦成功建立，1-wire从设备将数据线置为低电平，以此通知主控制器已经建立了连接，等待接收命令，这个脉冲称为在线脉冲。
主控制器也可以通过发送“复位”信号使数据线变为低电平。
当从设备接收到“复位”信号时，通过检测数据线的电平状态，可在数据线变为高电平后立即发出一个在线脉冲。
主设备和从设备之间的通信是半双工的双向通信。
小结一下，所有的1-wire通信器件所使用的不同的API有着共同的特性，这反映出源于协议的信息交换的原理，下面通过不同API功能进行分类：大多数的1-wire器件具有存储器，尽管存储器的输入输出功能并不适用于所有器件，但我们还是把它们分为一个通用的API集。
温度传感器DS18B20与MCS-51单片机的接口
1.1 温度传感器DS18B20与MCS-51单片机的接口数字温度传感器问世于20世纪90年代中期。
它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。
数字温度传感器具有价格低、精度高、封装小、温度范围宽、使用方便等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中。
数字温度传感器一般内部包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器和相应的接口电路，有的还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。
数字温度传感器的种类繁多，一般按总线形式可分为单总线(1-wire)接口、双总线(I2C)接口和三总线(SPI)接口。
下面主要以单总线接口数字温度传感器芯片DS18B20为例来介绍数字温度传感器的使用。
1.1.1 DS18B20简介DS18B20是DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器芯片，具有3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围为-55℃～+125℃；可编程为9～12位A/D转换精度；用户可自设定非易失性的报警上下限值；被测温度用16位补码方式串行输出；测温分辨率可达0.0625℃；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或两根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少。
可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。
1.1.2 DS18B20的外部结构DS18B20可采用3脚TO-92小体积封装和8脚SOIC封装。
其外形和引脚图如图7.17所示。
GND DQ V DDNCNCNC VGND(a) TO-92封装(b) SOIC封装图1.1 DS18B20的外形及引脚图图中引脚定义如下。
(1) DQ：数字信号输入/输出端。
(2) GND：电源地。
(3) V DD：外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。
1.1.3 DS18B20的内部结构DS18B20内部主要由4部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH 和TL 、配置寄存器等。
常见的PLC传感器接口及其应用
02
常见PLC传感器接口类型
模拟量输入接口
电压输入接口
热电偶/热电阻输入接口
接收0-10V或-10V-+10V的电压信号 ，用于采集模拟量传感器的输出。
用于连接温度传感器，将温度信号转 换为PLC可处理的模拟量信号。
电流输入接口
接收4-20mA或0-20mA的电流信号 ，常用于远距离传输模拟量信号。
06
PLC传感器接口未来发展 趋势预测
技术创新方向探讨
智能化发展
随着人工智能和机器学习技术的 不断进步，PLC传感器接口将实 现更高程度的智能化，包括自适 应调节、智能诊断和远程监控等
功能。
高速通信技术应用
为满足实时控制和监测的需求， PLC传感器接口将采用更高速的 通信技术，如5G、以太网等，实 现更快的数据传输和处理速度。
根据传感器类型和数量选择适当的PLC接口 模块，如模拟量输入/输出模块、数字量输 入/输出模块等。
连接传感器和接口模块
配置PLC软件
按照接口模块的接线要求，将传感器与接 口模块正确连接，包括信号线、电源线等 。
在PLC编程软件中配置相应的传感器接口参 数，如输入/输出地址、数据格式、通信协 议等。
常见问题解决方案
功能பைடு நூலகம்
将传感器的模拟或数字信号转换 为PLC可识别的标准信号，同时 将PLC的控制指令传输给传感器 ，实现对工业过程的监测与控制 。
发展历程及现状
发展历程
随着工业自动化技术的不断发展，PLC传感器接口经历了从模拟接口到数字接 口，从单一功能到多功能集成的发展历程。
现状
目前，PLC传感器接口已经实现了标准化、模块化和智能化，可以方便地连接各 种类型和规格的传感器，满足工业自动化领域对高精度、高可靠性和高效率的 需求。
基于单片机的智能传感器CAN总线接口硬件设计
基于单片机的智能传感器CAN总线接口硬件设计随着智能化技术的不断发展，人们越来越关注智能系统的搭建，传感器技术的应用也越来越广泛，单片机技术更是在这个背景下广受关注。
在实现智能传感器的联网和信息处理方面，CAN总线作为一种主要网络协议，已经被广泛应用。
在这种情况下，智能传感器必须具有相应的CAN总线接口设计。
本文将介绍基于单片机的智能传感器CAN总线接口硬件设计。
1、 CAN总线介绍CAN（Controller Area Network）总线是一种串行通信协议，主要用于多个控制节点之间的实时数据传输。
CAN总线的通讯速度高，误码率低，具有自适应性等特点。
CAN总线的应用包括工业控制系统、汽车电子控制系统等。
2、硬件设计原理基于单片机的智能传感器CAN总线接口硬件设计需要根据自己的实际需求进行选择。
以STM32单片机为例，STM32单片机的CAN总线接口包括CAN1和CAN2，这两个接口在硬件电路上都有Rx和Tx引脚和节点电阻。
3、硬件设计流程（1）选择STM32单片机在选取单片机的时候，需要根据实际应用场景来选择。
STM32单片机有许多系列，每个系列又有不同的型号，不同型号的单片机内置了不同的外设，需要根据实际需求进行选择。
同时，要根据芯片性价比、性能、功耗等因素进行考虑。
（2）CAN总线选择在硬件设计中，需要选择CAN总线芯片，这个芯片需要支持CAN2.0A和CAN2.0B协议，并且需要支持高速通讯。
同时，要注意芯片的封装和额定工作温度等特性。
（3） CAN总线硬件连接在硬件连接中，需要将CAN总线芯片的Rx和Tx引脚和单片机的CAN1或CAN2接口相连，同时还需添加适当的电流限制电阻和终端电阻。
（4） CAN总线软件调试最后，需要对硬件电路进行软件调试，包括使用标准的CAN总线协议进行通信、CAN总线的数据传输、接收和发送数据、调试CAN中断等。
4、总结基于单片机的智能传感器CAN总线接口硬件设计需要根据实际需求进行选择，在硬件设计中需要选择合适的单片机、CAN总线芯片，并进行正确的硬件连接。
IEEE1451.4
传感器接口标准最新进展2005-3-15来源：Control Engineering China 作者：CONTROL ENGINEERING新闻编辑Jim Montague近来被获准通过的IEEE1451.4标准，以其更简单、实用的应用使智能变送器接口标准得到了重生，同时它用于模数信息转换的变送器电子数据表格(TEDs)具有即插即用能力，这引发了开发全新解决方案的热潮。
/传感器接口标准最新进展/一些历史背景/1451.4的开展/近来被获准通过的IEEE 1451.4标准，以其更简单、实用的应用使智能变送器接口标准得到了重生，同时它用于模数信息转换的变送器电子数据表格(TEDs)具有即插即用能力，这引发了开发全新解决方案的热潮。
事实上，业界的某些评论已经过分夸大了IEEE 1451智能变送器接口标准的消亡。
该标准被束之高阁，直到开发者开始使用最近批准通过的IEEE 1451.4部分。
这一部分标准中增加了存储元件以使传感器更加智能化，还通过变送器电子数据表格(Transducer Electronic Data Sheets, TEDS)增加了自识别功能。
这种简便的方法使变送器电子数据表格可用于大量现存的模拟传感器接口，且添加了即插即用功能，并确保了精确和经济的解决方案和应用。
简言之，P1451不再是“一个寻找问题的解决方案”(P代表整个标准目前处于提交状态)。
这一标准满足了中小型传感器和变送器制造商长久以来的期望——寻求一个通用的传感器接口，但却长期承担着不同网络、现场总线、协议和需求造成的历史负担。
1451标准最初的概念是为了让变送器外壳有空间安装驱动器，允许变送器可插入P1451类的驱动器，减少了专门驱动的需要，据说能节省90%~95%以前用于软件开发的时间。
一些历史背景1451是1994年由电气与电子工程师学会(IEEE)仪器与测量分会和美国国家标准与技术协会(NIST)发起，目的是希望用标准通信接口解决传统传感器集成的问题。
中鸣机器人控制器及传感器接口定义(E2,E3)
转换线信号示意如下图：
二、E3RCU 复用传感器接口(P8),复用 I2C，串口，ADC，数字。
面向接口，传感器端口顺序如下：
模拟端口/ 串口接收 RXD
串口发送 TXD
SDA/数字
SCL/数字
5V
GND
模拟端口：输入模拟值。可以做输出，但是需要三极管驱动。（三色灯）
数字端口：普通输入输出。
SDA 和 SCL：设计 I2C 传感器需要按此标准设计
2.面向接口，马达端口顺序如下(M1-M4)：
驱动 A
驱动 B
编码 A
A 和驱动 B 为驱动板输出的两个端口，可以接马达和风扇等模块。
编码 A 和编码 B 为编码盘输出的两个引脚，
3.面向接口，舵机端口顺序如下(P1 P2 )：
S
5V
GND
数字端口：普通输出。需配合通用三芯转换线使用
中鸣机器人控制器及配套传感器端口说明
一、E2RCU 、E3RCU 及配套传感器接口定义
1.面向接口，传感器端口顺序如下(P1-P8)：
模拟端口
空
SDA/数字 SCL/数字
5V
GND
模拟端口：输入模拟值。可以做输出，但是需要三极管驱动。（三色灯）
数字端口：普通输入输出。
SDA 和 SCL：设计 I2C 传感器需要按此标准设计
串口：串口接收(RXD)接传感器的 RXD,串口的发送(TXD)接传感器的 TXD。
注：这里所标注的串口已经是对应的传感器端的端口定义,不需要再进行交叉
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传感器接口
一简介
接口是对象之间交互作用的通道，协议是双方通信方式的约定，也属于接口定义的范畴。
从功能层次上看，在传感器网络中主要存在两大类接口，这两类接口分别承担着不同的任务。
一类接口是将物理层次的传感器执行器连接到网络层，定义为传感器接口标
准，主要代表是IEEE 1451 协议族。
另一类接口是工作在网络层次上，甚至在全网范围内(如在Internet 上)处理传感器信息，为特定的应用所服务，定义为传感器WEE网络框架协议，主要代表如OGC SWE
二：目前面临的问题
接口种类繁多，给传感器网络化规模应用带来不便。
三：已有的一些标准
1：IEEE 制定的1451 协议簇
国际电子电气工程师协会(IEEE )面对目前传感器市场上总线接口互不兼容，互操作性差难以统一的难题，专门建立专家组制定IEEE1451协议族，
以此来解决传感器接口的标准化问题。
IEEE1451协议族共分六个协议标准，
这个标准提供了将变送器(传感器和执行器)连接到一个数字系统, 尤其是
到网络的方式，简化了现场变送器到微处理器以及网络的连接, 提供一个适
合各种网络的工业标准接口, 有效的实现现场各种不同的智能变送器的网络互连、即插即用，最终实现各个传感器或执行器厂家的产品相互兼容，降低了构建网络化测控系统的总成本。
传感网底层接口标准要能够实现以下功能：
1. 即插即用( Plug and play capability )
2. 可寻址( Addressable )
3. 同步( Synchronization )
4. 通讯接口( Communication interface)
5. 传感器接口通道( Communications Channels )
6. 控制接口通道( Status identification )
IEEE1451 协议族具体定义如下：
——通用功能、通信协议和变送器电子数据表(Transducer Electronic DataSheets , TEDS) 格式。
――网络应用处理器(NCAP信息模型。
――变送器-微处理器通信协议和TEDS格式。
――分布式多点系统数字通信和TEDS格式。
――混合模式通信协议和TEDS格式。
定义采用反转极性的混合模式通
信在相同的两条线路上以数字方式传送TEDS数据，发送模拟变送器信号。
――无线传感器通信与TEDS格式。
-- 用于本质安全和非本质安全应用的高速、基于CANopen协议的变送器
网络接口。
1451. ——TBD
2: OGC制定的SWE
开放的地理空间联盟(OpenGeospatial Consortium,OGC)正式提出了传感器
WE聊络框架协议(Sensor Web Enablement, SWE,为以上问题提供了一种可行的解决方案。
传感器Web网络是一个革命性的概念。
它区别于传感器网络( sensor network)，传感器网络一般就是指能与计算机通信的网络，由空间分布大量的传
感器设备完成对空间环境中各种物质信号的检测(如压力，温度，湿度，速度，光线等)。
而传感器WE聊络实现的是在一个公共的WEB网络平台发现、访问和应用这些独立的传感器网络基于标准的WEB服务协议和应用程序接口。
实现协同，连贯，一致，综合的传感器数据采集，融合和分布式的系统。
可以被看做新一类的互联网，能够实时的监测现实物理世界中出现的现象。
任何种类的传感器，从一个简单固定位置的温度计到复杂的地球轨道卫星的超光谱检测传感器，将在不久的将来能够在全球统一的平台实现。
监测获取得到的信息既可以储存到传感器以待后续的访问，也可以直接发送到集中的系统。
SW框架协议的体系结构
为实现以上功能目的，OG(逐布建立和完善SWE匡架协议标准，这个标准包括了开放的地理数据互操作规范(OpenGIS，它具体是由7个组件构成，其中有3个组件是以编码形式描述传感器及传感器的观测，其余4个组件是为WE曲艮务提供了标准的接口定义:
1. 传感器建模语言( Sensor Model Language ，SensorML ) - 标准的模块和XML方案来描述传感器处理及观测处理系统。
使用通用的数据描述模型实现SWE 的编码及接口标准服务。
为传感器的发现、传感观测的定位、传感观测的处理等
提供必要的信息。
2. 观测和测量( Observations & Measurement ，O&M) - 一般的模型，描述观测和测量的数据，采用XML编码。
3. 传感器标记语言( Transducer MarkupLanguage，TML)- 这是一个概念模型，采用XML方案，其作用是描述传感器系统内部以及传感器系统之间实时交互的信息。
为Web信息交互提供了统一的标准格式
TML的目的是为了帮助一个“共同”传感器处理/控制机器的发展目标，同时也促进表达互操作的机器对机器通信。
对于数据融合的目的和岗位分析，这是最重要的原始传感器数据保存在尽可能接近原始形式。
虽然数据理想将在保存在它的原始格式，但是在某些情况下是不可能这样做，TML提供了条件，以捕捉在
任何阶段的数据，从原始数据产生到部分处理，再到最终的数据的形成。
TML的更大的好处是实现了获得的数据更接近原始数据源。
传感器标记语言(TML定义：*描述了一个传感器硬件响应特性模型集。
*一种有效的方式来传送传感器及为数据融合做准备通过空间和时间的联系。
4. 传感器观测服务( Sensor Observations Service ，SOS)- 作用是为了响应用户的需求，为请求，过滤，获取观测的数据及传感器的系统信息提供标准的Web 服务接口。
该组件是客户端与传感观测数据库或者近端的实时的传感器通道之间的中介。
5. 传感器规划服务(Sensor Planning Service , SPS)-标准的Web服务接口响
应用户的观测及采集数据的请求，校准传感器及分配传感器网络的任务。
主要实现的就是对传感器的互操作。
6. 传感器告警服务(Sensor Alert Service , SAS)-提供标准的Web服务接口，能够根据用户的需求判定观测的传感数据时候构成告警，如构成，就将告警发出。
通知服务(Web Notification Services , WNS)-标准的Web服务接口，
功能是异步的发送通知信息，包括分配任务的处理结果通知 (告警通知等) 及观测数据通知等信息。
5:IETF 6overLoWPAN
6:ANT
四：最新进展
“传感器网络信息处理服务和接口规范” 的国际标准提案已通过新工作项目(NP)投票。
该提案由国家传感器网络标准工作组成员单位无锡物联网产业研究院提出，由工业和信息化部电子工业标准化研究所和中国科学院上海微系统与信息技术研究所的专家共同完成。