CN109639379B - 传感器组件及传感器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感器组件及传感器系统，其中传感器组件包括传输端；以及多个传感器，其中，所述多个传感器经由公共的数据线连接至所述传输端，以及通过时分复用自所述传输端传输各自的数据，所述多个传感器分别包括片选端，并且将所述片选端连接至不同的片选电压以设置为预定地址。各传感器根据自身的预定地址在预定的时间段传输数据。当需要切换多个传感器各自传输数据的时间段时，仅需切换对应传感器片选端所接的片选电压，或者仅需对上位机进行设置，从而比现有技术中既需要改变多个传感器的接线又要重新设置上位机参数的切换更快捷方便，更容易满足灵活的系统应用要求。

Description

传感器组件及传感器系统

技术领域

本发明属于传感器技术领域，更具体地涉及一种传感器组件及传感器系统。

背景技术

时分复用(Time Division Multiplexing，TDM)是指将传感器与上位机之间的通信系统中传输信号的时间进行分割，整个传输时间分为多个时间间隔，每个时间间隔被一路信号占用，不同的信号在不同的时间间隔内完成传输，通过在时间上交叉发送每一路信号的一部分来实现一条电路传送多路信号。

图1示出现有技术的一种传感器系统，其中多个传感器111至113以TDM方式向上位机120发送数据DATA。上位机120包括用于提供时钟信号CLK的时钟输出端CLKo、用于提供帧信号WS0的帧输出端WS以及用于接收数据DATA的数据输入端DATAi。多个传感器111至113中的每个包括连接至上位机120的时钟输出端CLKo的时钟输入端CLKi、连接至与上位机120的数据输入端DATAi的数据输出端DATAo。多个传感器111至113中的每个还包括帧输入端WSi和帧输入端WSo，传感器111的帧输入端WSi连接至上位机120的帧输出端WS，其他传感器的帧输入端WSi对应连接至其前一位的传感器的帧输出端WSo，例如传感器112的帧输入端WSi连接至传感器111的帧输出端WSo，传感器113的帧输入端WSi连接至传感器112的帧输出端WSo。

在上述系统在每一帧的数据传输中，上位机120在其帧输出端WS提供帧信号WS0，传感器111在WS0的驱动下开始向上位机120传输数据D111，并且提供从其帧输入信号到帧输出信号的延迟帧信号，传输完成后，传感器111通过帧输出端WSo输出帧信号WS1驱动其下一位的传感器112开始传输。传感器112在WS1的驱动下开始向上位机120传输数据D112，并且提供从其帧输入信号到帧输出信号的延迟帧信号，传输完成后，传感器112通过帧输出端WSo输出帧信号WS2驱动其下一位的传感器113开始传输数据D113。以此类推，在每一帧中，多个传感器111至113轮流在各自对应的时间段使用同一总线传输数据，对数据线资源有效利用又避免了混乱。

然而，上述传感器系统中，一旦某个传感器不工作，其帧输出端WSo之后串接的传感器均无法工作，在需要切换多个传感器传输数据的时间段时，既需要改变多个传感器与上位机120的接线方式，又要重新设置上位机120内的参数，切换过程较复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种传感器组件及传感器系统，其中，多个传感器将各自的片选端连接至不同的片选电压以设置为预定地址，每个传感器可以根据该预定地址确定自身工作的时间，从而可以满足更灵活的系统应用要求。

根据本发明的一方面，提供一种传感器组件，包括：传输端；以及多个传感器，其中，所述多个传感器经由公共的数据线连接至所述传输端，以及通过时分复用自所述传输端传输各自的数据，所述多个传感器分别包括片选端，并且将所述片选端连接至不同的片选电压以设置为预定地址。

优选地，所述多个传感器还包括：分别连接至所述传输端的时钟信号输入端、帧信号输入端以及数据输出端，所述多个传感器分别通过所述时钟信号输入端和所述帧信号输入端接收时钟信号和帧信号，所述多个传感器中的每个分别通过所述数据输出端在各自对应的预定时钟周期内占用公共的数据线向所述传输端传输数据。

优选地，所述多个传感器各自对应的所述预定时钟周期通过各自的所述预定地址确定。

优选地，所述多个传感器包括麦克风、加速度计、陀螺仪、压力计、温度传感器、湿度传感器中的一种或多种。

优选地，所述片选电压为电源电压、地和预定电压之一。

优选地，所述预定电压由连接在所述片选端和地之间的分压电阻调节。

优选地，所述预定电压由连接在所述片选端和电源电压之间的分压电阻调节。

根据本发明的另一方面，提供一种传感器系统，包括：上位机；以及上述任一项的传感器组件，其中，所述传感器组件的传输端连接至所述上位机以传输数据。

优选地，所述上位机包括：用于提供时钟信号的时钟输出端、用于提供帧信号的帧信号输出端以及用于接收数据的数据输入端，所述多个传感器还包括：分别通过所述传输端连接至所述时钟输出端的时钟信号输入端、连接至所述帧信号输出端的帧信号输入端以及连接至所述数据输入端的数据输出端，所述多个传感器分别通过所述时钟信号输入端和所述帧信号输入端自所述上位机接收时钟信号和帧信号，所述多个传感器中的每个分别通过所述数据输出端在各自对应的预定时钟周期内占用公共的数据线向所述上位机传输数据。

优选地，所述多个传感器各自对应的所述预定时钟周期通过各自的所述预定地址确定。

优选地，所述片选电压为电源电压、地和预定电压之一。

优选地，所述预定电压由连接在所述片选端和地之间的分压电阻调节。

优选地，所述预定电压由连接在所述片选端和电源电压之间的分压电阻调节。

根据本发明的传感器组件及传感器系统，多个传感器分别包括片选端，并且将所述片选端连接至不同的片选电压以设置为预定地址，各传感器根据自身的预定地址在预定的时间段传输数据。当需要切换多个传感器各自传输数据的时间段时，仅需切换对应传感器片选端所接的片选电压，或者仅需对上位机进行设置，从而比现有技术中既需要改变多个传感器的接线又要重新设置上位机参数的切换更快捷方便，更容易满足灵活的系统应用要求。

根据本发明传感器组件及传感器系统，多个传感器分别包括片选端、时钟信号输入端、数据输出端以及帧信号输入端，因此在连接方式上，除了需要提供与现有技术一致的电源电压(VDD)线、接地(GND)线、时钟信号(CLK)线、数据传输(DATA)线外，本发明利用一种帧信号(WS)线代替了现有的分设帧信号输入(WSi)线和帧信号输出(WSo)线的连接形式来实现时分复用的数据传输，节约了线缆成本，降低了组件和系统连线的复杂度。

当传感器组件中某个传感器坏掉或者不需要该传感器传输数据时，本发明的传感器系统，可以通过对上位机进行设置，使得传输数据过程中将该传感器跳过，从而避免现有技术中一旦某个传感器不工作其帧输出端WSo之后串接的所有传感器都不工作的问题。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据现有技术的一种传感器系统的示意图；

图2示出根据本发明实施例的传感器系统的示意图；

图3示出根据本发明实施例的传感器组件的工作波形图；

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

图2示出根据本发明实施例的传感器系统的示意图。该系统包括：上位机220以及传感器组件210，其中传感器组件210包括多个传感器和传输端，传感器组件210的传输端连接至上位机220以传输数据。

为方便说明，本文以多个传感器包括三个微机电麦克风211、212、213为例进行说明，每个麦克风的物理位置不同，其在声场中收集信号的位置也不同。多个传感器不限于只包括麦克风，可以包括麦克风、加速度计、陀螺仪、压力计、温度传感器、湿度传感器等的一种或多种，可以是多个同种传感器，也可以是不同种传感器的组合。

上位机220可以包括分别与传感器组件210的传输端连接的用于提供时钟信号CLK的时钟输出端CLKo、用于提供帧信号WS的帧信号输出端WSo以及用于接收数据的数据输入端DATAi。

多个麦克风211至213经由公共的数据线连接至所述传输端进而连接至上位机220，并且多个麦克风211至213通过时分复用自所述传输端传输各自的数据。

具体地，多个麦克风211至213都包括：时钟信号输入端CLKi、帧信号输入端WSi以及数据输出端DATAo，并且分别通过所述传输端对应连接至上位机220的时钟输出端CLKo、帧信号输出端WSo以及数据输入端DATAi。多个麦克风211至213分别通过时钟信号输入端CLKi和帧信号输入端WSi自上位机220接收时钟信号CLK和帧信号WS。多个麦克风211至213中的每个分别通过数据输出端DATAo在各自对应的预定时钟周期内占用公共的数据线向上位机220传输数据。

多个麦克风211至213分别还包括片选端CS，并且将片选端CS连接至不同的片选电压以设置为预定地址，其中每个麦克风可以根据该预定地址确定自身进行数据传输的时间。

多个麦克风211至213各自的片选端CS所连接的片选电压不同，该片选电压可以是电源电压、地、预定电压之一。其中，预定电压可以由连接在片选端CS和地之间的分压电阻调节，或者由连接在片选端CS和电源电压之间的分压电阻调节。本实施例中，麦克风211的片选端CS接地，麦克风212的片选端CS连接至电源电压，麦克风213的片选端CS接地，并且在麦克风213的片选端CS和地之间设置一个分压电阻来调节片选端CS的电压，该分压电阻可以是1K欧、10K欧、50K欧等。在拥有更多麦克风或其他传感器的其他实施例中，各分压电阻的阻值可以是各种不同的数目，不同传感器的片选端CS的电压各不相同，使得各传感器的预定地址各不相同，各传感器在各不相同的时间段进行数据传输。

本实施例的传感器组件210以及传感器系统与现有技术相比，在连接方式上，除了需要提供与现有技术一致的电源电压(VDD)线、接地(GND)线、时钟信号(CLK)线、数据传输(DATA)线外，利用一种帧信号(WS)线代替了现有的分设帧信号输入(WSi)线和帧信号输出(WSo)线的连接形式来实现时分复用的数据传输，节约了线缆成本，降低了组件和系统连线的复杂度。

本实施例的传感器组件210以及传感器系统与现有技术相比，当传感器组件中某个传感器坏掉或者不需要该传感器传输数据时，可以通过对上位机220进行设置，使得传输数据过程中将该传感器跳过，从而避免现有技术中一旦某个传感器不工作其帧输出端WSo之后串接的所有传感器都不工作的问题。

本实施例的传感器组件210以及传感器系统与现有技术相比，当需要切换多个传感器各自传输数据的时间段时，仅需切换对应传感器片选端CS所接的片选电压，或者仅需对上位机220进行设置，从而比现有技术中既需要改变多个传感器的接线又要重新设置上位机参数的切换更快捷方便，更容易满足灵活的系统应用要求。

多个麦克风211至213的内部可以设置识别电路，用于根据片选端CS的电压设置为预定地址。该识别电路例如是将片选端CS连接至一固定电压，并在该固定电压与片选端CS之间设置分压电阻，再通过模数转换电路识别从而设置地址。由于模数转换的位数通常在8位或16位以上，从而在待识别的麦克风的数量上可以满足实际应用的要求。因此可以理解的是，多个麦克风也可以是四个、五个等其他数量。此外在帧信号WS的每帧中，最多允许的麦克风的、每个麦克风所传数据的首尾是否加入校验码以及校验码的形式，可以由上位机以及多个麦克风的参数决定。

图3示出根据本发明实施例的传感器组件210的工作波形图。其中，所述时钟信号CLK在所述帧信号WS的每帧(1F)中分为多个分别与多个麦克风211至213对应的时钟信号段：第一时钟信号段TS1、第二时钟信号段TS2以及第三时钟信号段TS3，多个麦克风211至213中的每个在每帧中对应的时钟信号段内占用公共的总线向上位机220发送数据DATA。具体地，在每帧的第一时钟信号段TS1中，麦克风211占用总线向上位机220发送数据D211，在每帧的第二时钟信号段TS2中，麦克风212占用总线向上位机220发送数据D212，在每帧的第三时钟信号段TS3中，麦克风213占用总线向上位机220发送数据D213。在每一帧中，多个麦克风211至213轮流在各自对应的时间段使用同一总线传输数据，对数据线资源有效利用的同时又避免了混乱。

需要说明的是，多个麦克风211至213对应的时钟信号段TS1至TS3的时长可以相同，也可以设置其中的至少两个的时长不同。本实施例取其中一种情况示例，在帧信号WS的每帧1F中包括12个时钟信号CLK周期，其中对应麦克风211至213所分的时钟信号段：第一时钟信号段TS1、第二时钟信号段TS2以及第三时钟信号段TS3的时长均相同，各包括4个时钟信号CLK周期，则麦克风211在第1个至第4个时钟信号CLK周期开始传输数据D211，麦克风212在第5个至第8个时钟信号CLK周期开始传输数据D212，麦克风213在第9个至第12个时钟信号CLK周期开始传输数据D213。

多个麦克风211至213各自对应的预定时钟周期通过各自的预定地址确定。传感器组件210包括的麦克风为其他数量时，原理可以与上述示例类似，麦克风通过各自的预定地址判断自身在多个麦克风中的位置，确定自身为第N个时，可以设置每个麦克风对应的时钟信号段都包括M个时钟信号CLK周期，则该第N个麦克风会在每帧中的第(N-1)×M+1个至第N×M个时钟信号CLK周期占用公共的总线向外传输数据。

此外，本实施例中时钟信号CLK在帧信号WS的每帧(1F)中分为的多个时钟信号段的数量与多个麦克风的数量相同，在替代的实施例中，时钟信号CLK在帧信号WS的每帧(1F)中分为的多个时钟信号段的数量也可以大于多个麦克风的数量，多个麦克风对应在其中的若干个时钟信号段进行数据传输。并且本实施例中，多个麦克风211至213轮流在各自对应的时间段向上位机220发送数据，在替代的实施例中，也可以是多个传感器轮流在各自对应的时间段从上位机220接收数据。

需要说明的是，在上述实施例中，麦克风211的片选端CS直接接地，麦克风212的片选端CS直接连接至电源电压，麦克风213的片选端CS接地，并且在麦克风213的片选端CS和地之间设置一个分压电阻来调节片选端CS的电压。在其他实施例中，多个麦克风的片选端可以是连接至其他形式的片选电压。特别地，当某个麦克风的片选端CS连接至帧信号输入端WSi时，则可以设置其预定地址为首位地址，即该麦克风在多个麦克风的排列中位于首位。当某个麦克风的片选端CS悬空时，则可以设置其预定地址为末位地址，即该麦克风在多个麦克风的排列中位于末位。上述设置方式可以避免错误的接法损坏传感器组件，从而提高产品的可靠性。在另一个替代的实施例中，传感器组件包括的多个传感器的片选端可以接电源电压或接地，并且在片选端与电源电压或片选端与地之间设置分压电阻，其中分压为可变电阻。进一步地，可变电阻与上位机信号连接，该上位机可以控制各可变电阻的阻值。当需要改变传感器收集或发射的信号的位置时，仅需要通过上位机控制相应传感器对应的可变电阻的阻值即可实现片选端电压的变化，变化后的片选端的电压使得传感器的预定地址重新设置，各传感器传输数据的时间段发生变换，省去了现有技术切换时既要改变接线方式又要上位机内部算法的步骤，更容易满足灵活的系统应用要求。再进一步，多个传感器的片选端可以在数据传输完成后通过输出一个脉冲信号以完成地址的校验。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种传感器组件，其特征在于，包括：

传输端；以及

多个传感器，所述多个传感器与所述传输端连接，各自包括连接至所述传输端的时钟信号输入端、帧信号输入端以及数据输出端，从所述传输端接收时钟信号、帧信号和数据；

其中，所述多个传感器分别包括片选端，并且所述片选端的连接方式与预定地址相对应；

所述多个传感器的数据输出端经由公共的数据线和公共的帧信号线连接至所述传输端，所述多个传感器经由所述公共的帧信号线接收帧信号，根据各自对应的预定地址计算在所述帧信号的每帧中各自的时钟信号段，并且在各自的时钟信号段占用公共的数据线向所述传输端传输数据，从而经由所述公共的数据线实现时分复用的数据传输，

所述多个传感器包括麦克风、加速度计、陀螺仪、压力计、温度传感器、湿度传感器中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述多个传感器包括首位传感器，所述首位传感器的片选端连接至自身的帧信号输入端，所述多个传感器中的其余传感器的片选端连接至片选电压。

3.根据权利要求2所述的传感器组件，其特征在于，所述片选电压为电源电压、地、预定电压之一。

4.根据权利要求3所述的传感器组件，其特征在于，所述预定电压由连接在所述片选端和地之间的分压电阻调节。

5.根据权利要求4所述的传感器组件，其特征在于，所述预定电压由连接在所述片选端和电源电压之间的分压电阻调节。

6.一种传感器系统，包括：

上位机；以及

根据权利要求1至5中任一项所述的传感器组件，

所述传感器组件的传输端连接至所述上位机以传输数据。

7.根据权利要求6所述的传感器系统，其特征在于，所述上位机包括：用于提供时钟信号的时钟输出端、用于提供帧信号的帧信号输出端以及用于接收数据的数据输入端。

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