關(guān)于VM系列振弦傳感器讀數模塊的硬件接口說(shuō)明

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

具有集成度高、體積小、精度高、適應能力強、極少的外圍電路設計等突出特性，

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、溫度并轉換為數

字量和模擬量輸出。VM 系列模塊可應用于國內外大部分單振弦式傳感器的數據讀取，

目前在土木工程、自動(dòng)化監測、地質(zhì)災害等領(lǐng)域均得到了廣泛應用

一、電源接口

VMXXX 模塊有多個(gè)電源接口，分別為：寬電壓電源輸入（VIN）、內核電源（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)生內核電源 VDD，當使用 VIN 管腳為模塊供電時(shí)，VDD 管腳為輸出,輸出能力為 200mA，盡量不

要使用 VDD 輸出過(guò)大電流，以免影響模塊內核的正常工作。

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

電源。模塊工作時(shí)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

內部有電壓校準機制，對 VDD 電壓值無(wú)嚴格要求。

參考電壓（VREF）：此管腳為輸入，應直接連接到 VDD（無(wú)需精準的參考電壓源）。

激勵電源（VSEN）：VSEN 為傳感器激勵過(guò)程提供電能，當采用高壓激勵方法時(shí)，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；當采用低壓掃頻激勵方法時(shí)，

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(shí)，VSEN 可選擇是否在內部連接于 VIN，請在確認后再使用 VSEN。

請特別注意電源的設計。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 穩壓器。當使用交流電轉直流的供電方式時(shí)，

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

重影響模塊信號處理質(zhì)量，甚至完全無(wú)法使用。

建議靠近電源管腳（VDD 尤其重要）使用一個(gè) 10μF 鉭電容（低 ESR)和一個(gè) 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(shí)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(gè)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(shí)，電容

和二極管應盡可能靠近模塊的電源輸入管腳。

注：嚴禁同時(shí)使用 VIN 和 VDD 為模塊供電。

注：模塊沒(méi)有反接電源及超壓保護措施，反接電源及超壓使用會(huì )導致永久性損壞

參數復位管腳

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(dòng)時(shí)

上電啟動(dòng)時(shí) RST 管腳為輸入，當檢測到管腳為低電平時(shí)復位參數為出廠(chǎng)值。詳見(jiàn)“3.3 恢復出廠(chǎng)

參數”。在啟動(dòng)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(shí)參數復位，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(shí) 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(jiàn)“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)行讀數操作，特別的，本模塊具有傳感器是否

連接的檢測功能，默認情況下僅當檢測到有效的傳感器接入時(shí)才會(huì )發(fā)起一次讀數過(guò)程，而未檢

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

的“忙”與“不忙”兩個(gè)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，可直接驅動(dòng) LED 指示燈（串聯(lián) 1k 的限流電阻），直觀(guān)的表現模塊的

工作狀態(tài)。

硬件握手信號

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

UART 接口為 RS232 時(shí)，RTS 管腳已經(jīng)轉換為 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，當信號質(zhì)量達到或超過(guò)預期值時(shí)輸出高電

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

存器說(shuō)明”。

信號質(zhì)量與多種因素有關(guān)，使用多種表征值來(lái)描述（幅值、采樣值數量、標準差等），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)量的具體數值大

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

“3.13.4 頻率計算與質(zhì)量評定”），進(jìn)行綜合判斷。

2.5 數字接口 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(jiàn)前述“訂購信息”中的選型表），默認端口設置為“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(shí)，要注意邏輯

電平的轉換。

TXD 為強推挽輸出管腳，RXD 為輸入管腳。

管腳 485CR 為數據收發(fā)指示管腳，模塊向外發(fā)送數據時(shí)管腳 485CR 輸出高電平（強推挽），

非發(fā)送時(shí)輸出低電平。利用這一邏輯特性，當在 UART 外部連接 RS485 電平轉換芯片時(shí)，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：當模塊為 RS485 接口版本時(shí)，485CR 管腳已在模塊內部連接到了 485 芯片（VM511、

VM614、VM618、VM704S）。

數字接口 2（IIC）

VM5XX 支持雙向 IIC 總線(xiàn)和數據傳輸協(xié)議，支持最高 500kHz 的通訊速率。

在總線(xiàn)中，VM5XX 為從設備，與之通訊的上位機為主設備，主設備控制整個(gè)通訊過(guò)程。向總

線(xiàn)發(fā)送數據的設備定義為發(fā)送器，接收數據的設備定義為接收器?？偩€(xiàn)必須由主設備來(lái)控制，

由主設備產(chǎn)生串行時(shí)鐘（SCL）、控制總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)以及產(chǎn)生開(kāi)始和停止信號（條件）。

VM5XX 設備通過(guò) SCL 和 SDA 線(xiàn)與總線(xiàn)連接，兩根數據線(xiàn)均為漏極開(kāi)路，與非 3.3V 單片機進(jìn)行連接時(shí)，要注意邏輯電平的轉換。

設備地址

使用 IIC 總線(xiàn)時(shí)，VM5XX 使用 IIC 專(zhuān)用的設備地址，設備的 IIC 地址默認為 0xA0(160)，可

通過(guò)特殊的 UART 接口指令來(lái)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，否則修改不能成功。

2IIC 協(xié)議硬件層信號類(lèi)別及說(shuō)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(xiě)時(shí)序，在此

不再描述更多細節。 

傳感器線(xiàn)圈接口

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

通常情況下，傳感器線(xiàn)圈不區分正負極，直接連接即可。

注：當傳感器激勵方式設置為高壓激勵時(shí)，SEN+管腳會(huì )周期性（幾百毫秒~幾秒）輸出高電

壓，在使用過(guò)程中應注意人員及外圍電路的保護。

溫度傳感器接口

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

復用接口，可連接數字式溫度傳感器 18B20 或熱敏電阻溫度傳感器，任意時(shí)刻，只允許連接某

一種溫度傳感器（可通過(guò)對應的寄存器進(jìn)行參數設置，詳見(jiàn)“3.18 溫度傳感器使用”）。

數字式溫度傳感器 18B20 的連接

VM 模塊支持 18B20 的兩線(xiàn)制和三線(xiàn)制兩種連接方法，如下圖示。

注：僅 VM501_HW120/VM704 支持 18B20 兩線(xiàn)制連接

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

以保證 500 米以?xún)日Ｍㄓ?，有些品牌可以達到 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。