關(guān)于VM系列振弦傳感器讀數(shù)模塊的硬件接口說明

VM 系列模塊是單振弦式傳感器激勵、頻率讀取、溫度轉(zhuǎn)換的專業(yè)化讀數(shù)模塊，

具有集成度高、體積小、精度高、適應(yīng)能力強、極少的外圍電路設(shè)計等突出特性，

具有多種激勵方法、傳感器接入檢測、可編程激勵電壓、信號幅值檢測和信號質(zhì)量

評定等先進(jìn)功能，能夠測量傳感器信號質(zhì)量、幅值、頻率、頻模、溫度并轉(zhuǎn)換為數(shù)

字量和模擬量輸出。VM 系列模塊可應(yīng)用于國內(nèi)外大部分單振弦式傳感器的數(shù)據(jù)讀取，

目前在土木工程、自動化監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害等領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用

一、電源接口

VMXXX 模塊有多個電源接口，分別為：寬電壓電源輸入（VIN）、內(nèi)核電源（VDD）、參考電壓

源（VREF）、振弦傳感器激勵電源（VSEN），各電源共用 GND。

電源輸入（VIN）：寬電壓 VIN 管腳為模塊供電（DC5~15V），推薦電壓為 6.0V~10.0V，VIN 可

產(chǎn)生內(nèi)核電源 VDD，當(dāng)使用 VIN 管腳為模塊供電時，VDD 管腳為輸出,輸出能力為 200mA，盡量不

要使用 VDD 輸出過大電流，以免影響模塊內(nèi)核的正常工作。

內(nèi)核電源（VDD）：可由 VIN 產(chǎn)生，當(dāng)不使用 VIN 時，此管腳作為電源輸入，需要外接 DC3.3V

電源。模塊工作時峰值電流約為 100mA，建議使用輸出能力 200mA 或以上的電壓源。VMXXX 模塊

內(nèi)部有電壓校準(zhǔn)機制，對 VDD 電壓值無嚴(yán)格要求。

參考電壓（VREF）：此管腳為輸入，應(yīng)直接連接到 VDD（無需精準(zhǔn)的參考電壓源）。

激勵電源（VSEN）：VSEN 為傳感器激勵過程提供電能，當(dāng)采用高壓激勵方法時，VSEN 作為

泵壓源，一般情況下 VSEN 電壓越高則可獲取的激勵電壓也越高；當(dāng)采用低壓掃頻激勵方法時，

VSEN電壓即是掃頻電壓。建議采用200mA或以上的電壓源為VSEN供電，供電電壓推薦為DC8V~12V。

注意：VMx1x 模塊時，VSEN 可選擇是否在內(nèi)部連接于 VIN，請在確認(rèn)后再使用 VSEN。

請?zhí)貏e注意電源的設(shè)計。振弦傳感器返回信號為微弱的正弦波，為減少電源紋波對傳感器

信號的影響，建議所有電源均使用紋波較小的 LDO 穩(wěn)壓器。當(dāng)使用交流電轉(zhuǎn)直流的供電方式時，

模塊地線（GND）一定要可靠接地（大地），某些低端的交流轉(zhuǎn)直流適配器會將交流干擾引入，嚴(yán)

重影響模塊信號處理質(zhì)量，甚至完全無法使用。

建議靠近電源管腳（VDD 尤其重要）使用一個 10μF 鉭電容（低 ESR)和一個 0.1μF 的陶瓷電

容并聯(lián)。增加并聯(lián)的電容可以有效去除高頻干擾。同時為防止浪涌對芯片的損壞，建議在模塊

電源輸入管腳使用一個適合電壓的 500mW 的齊納二極管防止模塊的超壓損壞。PCB 布局時，電容

和二極管應(yīng)盡可能靠近模塊的電源輸入管腳。

注：嚴(yán)禁同時使用 VIN 和 VDD 為模塊供電。

注：模塊沒有反接電源及超壓保護(hù)措施，反接電源及超壓使用會導(dǎo)致永久性損壞

參數(shù)復(fù)位管腳

RST 管腳為雙向管腳，在不同運行階段具有不同功能：

上電啟動時

上電啟動時 RST 管腳為輸入，當(dāng)檢測到管腳為低電平時復(fù)位參數(shù)為出廠值。詳見“3.3 恢復(fù)出廠

參數(shù)”。在啟動完成后此管腳為 IIC-SDA 功能。

VMx0x 模塊的 RST 管腳未連接上拉電阻，為了防止上電時參數(shù)復(fù)位，外部必須連接

2k~4.7k 上拉電阻，其它型號模塊此管腳已內(nèi)置了 4.7k 上拉電阻。

運行狀態(tài)指示器

運行狀態(tài)指示

在模塊正常運行時 RTS 管腳輸出邏輯 1 表示模塊“正忙”，輸出邏輯 0 表示模塊“空閑”，

詳見“3.10 振弦傳感器測量流程”。

模塊“正忙”是指模塊正在對振弦傳感器進(jìn)行讀數(shù)操作，特別的，本模塊具有傳感器是否

連接的檢測功能，默認(rèn)情況下僅當(dāng)檢測到有效的傳感器接入時才會發(fā)起一次讀數(shù)過程，而未檢

測到傳感器連接時，模塊會繼續(xù)不斷檢測，此時 RTS 管腳持續(xù)輸出 10Hz 的脈沖方波，這種快速

的“忙”與“不忙”兩個狀態(tài)間切換可以理解為“正在搜索傳感器”。

RTS 管腳為強推挽輸出，可直接驅(qū)動 LED 指示燈（串聯(lián) 1k 的限流電阻），直觀的表現(xiàn)模塊的

工作狀態(tài)。

硬件握手信號

基于 RTS 輸出信號的時域特點，此管腳還可作為數(shù)字接口的硬件握手信號使用。當(dāng)模塊的

UART 接口為 RS232 時，RTS 管腳已經(jīng)轉(zhuǎn)換為 RS232 電平信號，直接連接上位機 RS232 接口的 CTS

即可。

信號質(zhì)量指示

SIG 管腳用于輸出振弦傳感器的返回信號質(zhì)量，當(dāng)信號質(zhì)量達(dá)到或超過預(yù)期值時輸出高電

平，否則輸出低電平。信號質(zhì)量預(yù)期值由寄存器 EXS_TH 定義，詳見“3.12.4 中預(yù)定信號質(zhì)量寄

存器說明”。

信號質(zhì)量與多種因素有關(guān)，使用多種表征值來描述（幅值、采樣值數(shù)量、標(biāo)準(zhǔn)差等），SIG 管

腳的高、低電平兩種輸出狀態(tài)不足以完全表示信號質(zhì)量，也不能反映出信號質(zhì)量的具體數(shù)值大

小，在模塊使用過程中，應(yīng)盡量使用軟件方法讀取與信號質(zhì)量有關(guān)的多個寄存器值（詳見

“3.13.4 頻率計算與質(zhì)量評定”），進(jìn)行綜合判斷。

2.5 數(shù)字接口 1（UART/RS232/RS485）

VM 系列模塊提供全雙工串行 TTL 電平的 UART 接口以及基于 TTL 擴展的 RS232 或 RS485 接

口（詳見前述“訂購信息”中的選型表），默認(rèn)端口設(shè)置為“9600,N,8,1”，并支持由軟件修改

為 9600~460800bps 通訊速率。

UART 的 TTL 電平邏輯高為 VDD，邏輯低為 GND，與非 3.3V 單片機進(jìn)行連接時，要注意邏輯

電平的轉(zhuǎn)換。

TXD 為強推挽輸出管腳，RXD 為輸入管腳。

管腳 485CR 為數(shù)據(jù)收發(fā)指示管腳，模塊向外發(fā)送數(shù)據(jù)時管腳 485CR 輸出高電平（強推挽），

非發(fā)送時輸出低電平。利用這一邏輯特性，當(dāng)在 UART 外部連接 RS485 電平轉(zhuǎn)換芯片時，發(fā)送指

示管腳可作為半雙工 485 芯片的收發(fā)控制管腳使用。

注：當(dāng)模塊為 RS485 接口版本時，485CR 管腳已在模塊內(nèi)部連接到了 485 芯片（VM511、

VM614、VM618、VM704S）。

數(shù)字接口 2（IIC）

VM5XX 支持雙向 IIC 總線和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，支持最高 500kHz 的通訊速率。

在總線中，VM5XX 為從設(shè)備，與之通訊的上位機為主設(shè)備，主設(shè)備控制整個通訊過程。向總

線發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備定義為發(fā)送器，接收數(shù)據(jù)的設(shè)備定義為接收器?？偩€必須由主設(shè)備來控制，

由主設(shè)備產(chǎn)生串行時鐘（SCL）、控制總線訪問以及產(chǎn)生開始和停止信號（條件）。

VM5XX 設(shè)備通過 SCL 和 SDA 線與總線連接，兩根數(shù)據(jù)線均為漏極開路，與非 3.3V 單片機進(jìn)行連接時，要注意邏輯電平的轉(zhuǎn)換。

設(shè)備地址

使用 IIC 總線時，VM5XX 使用 IIC 專用的設(shè)備地址，設(shè)備的 IIC 地址默認(rèn)為 0xA0(160)，可

通過特殊的 UART 接口指令來完成 IIC 地址的修改，修改后的地址永久保存。

IIC 地址修改指令為：$IICA=xxx\r\n

需要注意的是，IIC 地址必須為偶數(shù)，否則修改不能成功。

2IIC 協(xié)議硬件層信號類別及說明

為了降低使用難度，VM 系列模塊的 I2C 接口采用了與 AT24C02 完全相同的讀寫時序，在此

不再描述更多細(xì)節(jié)。 

傳感器線圈接口

傳感器線圈接口由 SEN+和 SEN-管腳組成，分別連接到振弦傳感器線圈兩端。

通常情況下，傳感器線圈不區(qū)分正負(fù)極，直接連接即可。

注：當(dāng)傳感器激勵方式設(shè)置為高壓激勵時，SEN+管腳會周期性（幾百毫秒~幾秒）輸出高電

壓，在使用過程中應(yīng)注意人員及外圍電路的保護(hù)。

溫度傳感器接口

溫度傳感器接口由 TMP 和 GND 兩個管腳組成，內(nèi)部已連接有上拉電阻。溫度傳感器接口是

復(fù)用接口，可連接數(shù)字式溫度傳感器 18B20 或熱敏電阻溫度傳感器，任意時刻，只允許連接某

一種溫度傳感器（可通過對應(yīng)的寄存器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，詳見“3.18 溫度傳感器使用”）。

數(shù)字式溫度傳感器 18B20 的連接

VM 模塊支持 18B20 的兩線制和三線制兩種連接方法，如下圖示。

注：僅 VM501_HW120/VM704 支持 18B20 兩線制連接

注：目前生產(chǎn) 18B20 的廠商有很多，不同品牌的 18B20 通訊參數(shù)會有一些差異，基本上可

以保證 500 米以內(nèi)正常通訊，有些品牌可以達(dá)到 1000 米。

2.8.2 熱敏電阻式溫度傳感器連接

熱敏電阻與模塊溫度測量接口管腳連接，如下圖所示。