臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要的研究方向是對IEEE 1451的智慧型感測器介面模組(Smart Transducer Interface Module，STIM)的設計，為實現此一目的，我們使用8位元微電腦單晶片PIC16F877來現實智慧型感測器介面模組(STIM)，並利用RS-232將智慧型感測器介面模組(STIM)的信號與PC連接，再將感測器所偵測到的資料傳到電腦。
資料和指令的顯示是藉由LabVIEW，使用者可藉由LabVIEW圖型操作介面輸入指令。PIC16F877是由Microchip公司所生產的8-bit微處理器，且是一使用精簡指令的系統架構，易學易用且輸出、入界面功能強大的8位元微電腦單晶片。由於PIC16F877單晶片內建有A/D轉換器、數位輸出/輸入及EEPROM資料記憶體，使得智慧型感測器介面模組(STIM)可直接由一顆PIC16F877單晶片來實現。
由於感測器電子數據表單(TEDS)是由PIC16F877中EEPROM資料記憶體來實現的，因此，此一智慧型感測器介面模組(STIM)即使在沒有電源供應的情況下，感測器電子數據表單(TEDS)中的資料也不會流失，並且經由RS-232與電腦連接可輕易的修改智慧型感測器介面模組(STIM)中的感測器電子數據表單(TEDS)。

The main propose of this thesis is to develop an IEEE 1451 Smart Transducer Interface Module (STIM). To realize this propose, we use an 8-bit microprocessor, PIC 16F877, to implement the STIM, which is connected to the PC by the RS-232 bus, furthermore, to transport the detected data from input sensors to PC.
For the data and command display, we use the LabVIEW suit. The users can directly entry the commands via the user graphic interface (GUI) of the LabVIEW. The PIC 16F877 is an 8-bit microprocessor, which was produced by the microchip Company, and a RISC structure. It has the following characteristics: easy to operate, learn, powerful input/output user interface, embedded A/D converter and EEPROM data memory, and digital interface. Thus, we can implement the STIM exploiting only PIC 16F877.
Even, the power is turned off, the data of equipments, can be resided in the EEPROM, which is used to implement the Transducer Electronic Data Sheet (TEDS), and the TEDS is a sensor interface to connect the STIM and RS-232, too.

目錄
論文摘要 I
ABSTRACT Ⅲ
致謝 Ⅳ
目錄 Ⅴ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅸ
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的及本論文貢獻 2
1.3 預期成果 3
第二章 IEEE 1451與感測器的介紹 5
2.1感測器的介紹 5
2.2 IEEE 1451的分類 7
2.2.1 IEEE P1451.0 9
2.2.2 IEEE 1451.1 10
2.2.3 IEEE 1451.2 12
2.2.4 IEEE 1451.3 14
2.2.5 IEEE 1451.4 15
2.2.6 IEEE P1451.5 19
2.2.7 IEEE P1451.6 21
2.3 IEEE 1451.2之智慧型感測器介面模組(STIM)介紹 21
第三章 研究方法及工具 33
3.1 PIC單晶片介紹 33
3.2 LabVIEW的介紹 36
3.3 MPLAB-IDE及MPLAB-ICD的介紹 40
第四章 智慧型感測器介面模組(STIM)的設計 43
4.1 智慧型感測器介面模組(STIM)的設計架構 43
4.2 以PIC單晶片的設計架構 46
4.3 以LabVIEW使用者操作介面的設計架構 55
第五章 研究結果分析 60
5.1 智慧型感測器介面模組的應用及實驗結果 60
第六章 結論與未來發展 70
6.1 結論 70
6.2 未來發展 70
參考文獻 71


圖目錄
圖2-1. 閉迴路控制系統 5
圖2-2. 感測器應用系統 6
圖2-3. 一般智慧型感測器的模型 8
圖2-4. IEEE 1451家族的智慧型感測器標準 8
圖2-5. IEEE P1451.0結構 9
圖2-6. IEEE P1451.0方塊圖 10
圖2-7. 網路智慧型感測器模型 11
圖2-8. IEEE 1451.1實現結果 12
圖2-9. IEEE 1451.2感測器介面規格 13
圖2-10. IEEE 1451.2實現結果 13
圖2-11. IEEE 1451.3智慧型感測器介面的功能說明 14
圖2-12. IEEE 1451.3實現結果 15
圖2-13. IEEE 1451.4架構 15
圖2-14. IEEE 1451.4第一類MMI，共用信號線 16
圖2-15. IEEE 1451.4第一類MMI，共用電源線 16
圖2-16. IEEE 1451.4第一類MMI，共用返迴線 17
圖2-17. IEEE 1451.4第二類MMI，4-20mA制動器 17
圖2-18. IEEE 1451.4第二類MMI，橋式電阻感測器 18
圖2-19. IEEE P1451.5方塊圖 19
圖2-20. IEEE P1451.5架構圖 20
圖2-21. IEEE P1451.6架構圖 20
圖2-22. 位址的規劃圖 22
圖2-23. 對稱的讀/寫功能位址的表示圖 23
圖2-24. STIM觸發的響應圖 24
圖2-25. 感測器的觸發動作狀態 24
圖2-26. 制動器的觸發動作狀態 25
圖2-27. 整體的或通道中斷遮罩 26
圖2-28. 中斷產生 27
圖3-1. Harvard結構與Von Neumann結構的比較 33
圖3-2. PDIP封裝形式的PIC16F877 34
圖3-3. QFP封裝形式的PIC16F877 35
圖3-4. PLCC封裝形式的PIC16F877 35
圖3-5. PIC16F877系統方塊圖 36
圖3-6. LabVIEW在各種領域的應用 37
圖3-7. LabVIEW操作環境中的前置面版 37
圖3-8. LabVIEW操作環境中的程式方塊圖 38
圖3-9. LabVIEW程式的組成元件 38
圖3-10. LabVIEW程式除錯工具(一) 39
圖3-11. LabVIEW程式除錯工具(二) 39
圖3-12. MPLAB-IDE操作環境 40
圖3-13. MPLAB-IDE操作環境中各暫存器中的內容值 41
圖3-14. MPLAB-IDE操作環境中的模擬功能 41
圖3-15. MPLAB-IDE模擬器 42
圖4-1. IEEE 1451.2標準的架構圖 44
圖4-2. 本論文的設計架構圖 45
圖4-3. 由PIC16F877單晶片所實現的智慧型感測器介面模組(STIM)電路圖 47
圖4-4. RS-232傳輸介面邏輯準位 47
圖4-5. PIC16F877單晶片主程式流程圖 48
圖4-6. 寫入TEDS功能的流程圖 49
圖4-7. 讀取TEDS功能的流程圖 49
圖4-8. 寫入數據到轉換器功能的流程圖 50
圖4-9. 讀取感測器數據功能的流程圖 51
圖4-10. 寫入觸發通道位址功能的流程圖 52
圖4-11. 讀取觸發通道位址功能的流程圖 52
圖4-12. 寫入中斷遮罩狀態功能的流程圖 53
圖4-13. 讀取中斷遮罩狀態功能的流程圖 53
圖4-14. 寫入控制命令功能的流程圖 54
圖4-15. 讀取標準狀態功能的流程圖 54
圖4-16. 中斷服務流程圖 55
圖4-17. LabVIEW程式主要流程圖 56
圖4-18. 使用者操作介面 57
圖4-19. 顯示讀取TEDS 數據的使用者介面 57
圖4-20. 寫入TEDS流程圖 58
圖4-21. 讀取TEDS流程圖 59
圖5-1. AD590應用電路 60
圖5-2. AD590感測器溫度與Vo3的關係 61
圖5-3. 溫度感測器實驗電路 62
圖5-4. 通道一實驗電路 62
圖5-5. 模擬值與擷取值的比較 63
圖5-6. 脈波寬度調變輸出波形 64
圖5-7. 直流馬達控制電路 64
圖5-8. 通道二實驗電路 65
圖5-9. 數據131時輸出波形 65
圖5-10. 數據131時輸出電壓 66
圖5-11. 數據131時馬達波形 66
圖5-12. 數據203時輸出波形 67
圖5-13. 數據203時輸出電壓 67
圖5-14. 數據203時馬達波形 68
圖5-15. 數據252時輸出波形 68
圖5-16. 數據252時輸出電壓 69
圖5-17. 數據252時馬達波形 69


表目錄
表2-1. 感測器市場趨勢(一) 6
表2-2. 感測器市場趨勢(二) 7
表2-3. 第一類MMI的線定義 18
表2-4. 第二類MMI的線定義 18
表2-5. 感測器獨立介面與無線介面的比較 19
表2-6. 標準狀態位元 25
表2-7. 輔助狀態位元 26
表2-8. Meta-TEDS資料區塊的資料結構 27
表2-8. Meta-TEDS資料區塊的資料結構(延續) 28
表2-9. 通道TEDS資料區塊的資料結構 30
表2-10. TII實體線 31
表2-11. 感測器獨立介面(TII)信號線 32
表2-12. 邏輯準位專用語 32
表2-13. 信號準位專用語 32
表3-1. PIC16F87X系列的比較 34
表4-1. 感測器電子數據表單(TEDS)在PIC16F877中的規劃 45
表4-2. 智慧型感測器介面模組(STIM)的計設規劃 46
表5-1. AD590參數資料 61
表5-2. 感測器實驗數據表 63
表5-3. 直流馬達控制實驗數據 64

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