磁致伸缩传感器SSI接口低成本实现方案

　　Synchronous Serial Interface（SSI）是一种可应用于数据发送和接收的全双工串行接口，广泛应用于各种串行设备的通信。自SSI接口标准诞生以来，即在传感测量、工业控制等领域取得迅速广泛的应用。单片机、DSP、PC104、工控机等工控领域常用的控制器一般不提供SSI接口，市场上常见的SSI转换器多是将SSI信号转换成通用异步串行信号，通信速率低、价格高、不易安装，此外SSI磁致伸缩位移传感器供应商一般也不提供接口转换器，这些因素在一定程度上限制了SSI磁致伸缩位移传感器的应用。并且由于此接口为近几年新推出的接口，介绍资料较少，大的工控厂家推出的相关SSI接口产品，也只公布了接口的外特性，因此如果要在自己的产品中添加SSI接口就变得较困难，即使有可靠的SSI接口转换或实现芯片，其价格也较高。

　　笔者在为某单位的磁致伸缩位移传感器产品中添加SSI接口的过程中，遍查资料，并实验了三种不同的实现方案，最后确定了一种简单可靠，且成本较低廉的实现方案。产品化及近一年的应用考验表明，此方案通信可靠，实现方便、成本低廉，具有很高的推广价值。

　　1、SSI接口规范

　　1.1简要介绍

　　SSI接口综合概括起来，具有两方面的特点：

　　1）电气接口方面，采用RS422的电气接口；

　　2）通信控制方面，不是用RS485/422那样的用硬件控制发送及接收采样过程（固定波特率）的方式，而是用一根CLOCK端口线来由上位机控制发送及采样的过程，类似于芯片间I2C总线的时序。

　　也就是说，SSI接口在电气上可直接采用RS422/485的电气接口。但控制逻辑上，却需要软件实现遵从相应时序的控制逻辑。

　　具体来说，SSI接口磁致伸缩位移传感器采用主机主动读取方式，SSI接口有四根信号线，二根为CLOCK，二根为DATA，均采用差分方式，如下表：

　　1.2典型电路介绍

　　通过上面的分析，可以得出SSI的接收电路，即CLOCK，可以使用如图1典型电路。

　　CLOCK上的信号差分电压驱动光隔的通断，进而在左方的输出接口中送出适应单片机或其它类MCU读写的信号。

　　如不使用光隔，也可采用图2电路。

　　即直接采用RS422的接收器来进行接收。但笔者的试验表明，使用光隔要比直接采用RS422接收器可靠的多。

　　对于发送电路，则无需加光隔，可直接采用RS422的发送驱动器，如图3.

　　1.3时序介绍

　　SSI通信的时序见图4.

　　说明如下：

　　1）没有数据传送时，CLOCK及DATA线上为高电平；

　　2）当前传送的值将在CLOCK线的下降沿时加载到缓冲区，并在接下来的上升沿时送到DATA线上；

　　3）发送完一个完整的数据后，DATA线需要保持一段时间的低电平（t3），直到接口准备好查询下一个新数据。如果在t3期间收到了CLOCK的下降沿，则会使缓冲器中的数据再一次输出DATA上；

　　4）CLOCK高电平且持续时间比t3长时，会中断当前数据的发送。在这种情况下，下一个CLOCK下降沿会将新数据位送入缓冲区。

　　1.4通讯速率与通讯线长的关系

　　要计算理论的最高通讯速率和对应的通讯线缆长度，需要计算整个系统的传输延时，并确认接收的数据是否在CLOCK的下降沿（见时序图中的A）或CLOCK的上升沿（见时序图中的B）时能正常地接收到接收器中。

　　整个系统的最大传输延时是：数据在下降沿采集时=T/2；数据在上升沿采集时=T。

　　系统传输延时的参考算法是：T总=T发送端+T接收端+T线缆。

　　T发送端：为发送端的器件延时，参考具体发送器件详细技术规范；

　　T接收端：为接收端的器件延时，参考具体接收器件详细技术规范；

　　T线缆：为线缆的传输延时，可用公式T线缆=2×6.5ns/m×L线缆长度来估算。

　　举例说明，如果器件延时约为300ns的话，即T发送端+T接收端=300ns，则有：

　　本文所介绍的实现方案中采用MAX490E为驱动器，其发送或接收器件延时最大为40ns，则T发送端+T接收端=80.又软件中采用下降沿取数，最大系统延时为T/2计算，由上表可见，当通讯速率为300kHz时，近似为300KBps时，可传输的距离可达250m左右。这个结果在实验中也得到了证明。

　　2、SSI接口硬件设计

　　经过三种不同器件及实现，最始选定大众化的MAX490E作为RS422的发送器作为发送端，6N137高速光隔作为接收端来实现SSI接口，本实现方案价格低，可靠性也比较高。

　　硬件设计的电路图如图5.

　　图中，采用STC12C1052单片机，这款单片机支持ISP，因此，上图中通过P2插座连接MAX232之类的转RS232芯片，即可同计算机串口连接并进行在线编程。

　　6N137为高速光隔，为常用器件，其具体参数不再赘述。

　　MAX490E为带ESD保护的RS485/422发送器，具有如下特性：

　　1）±15kVESD保护；

　　2）最低至300μA的静态电流；

　　3）-7V至+12V的共态输入电压；

　　4）三态输出；

　　5）30ns的传播延时；

　　6）可选用全双工或半双工型号；

　　7）限流保护及器件负载超载关闭保护；

　　8）综合性价比好。

　　3、SSI接口软件设计

　　作为通信接口，软件实现中最重要的是时序控制，如果时序中的延时、等待等控制不好，都有可能导致通信中止，甚至使软件陷入死循环。

　　在编制SSI接口软件，充分考虑到了各种可能出现的故障，运行效果非常好。

　　4、结束语

　　将以上介绍实现的SSI接口板配套于磁致伸缩位移传感器中，经过一段时间的运行，工作正常。加上此方案实现成本很低，因此，笔者认为这是一个值得推广的SSI接口实现方案。