智能傳感器信號處理的需求分析

在dsPIC33F DSC上使用兩個累加器和DSP指令執(zhí)行此線性化任務(wù)時，計算過程(上述多項式僅計算到第二階)需要七個運(yùn)算速度--四個數(shù)據(jù)傳送周期、二個乘法周期以及一個乘減運(yùn)算周期。透過該公式可以很明顯看出，在通用微處理器或微控制器架構(gòu)上執(zhí)行此運(yùn)算會耗費(fèi)更多時間，這也間接說明了使用DSC的優(yōu)勢。

而且，熱電偶的輸出電壓(即使在放大之后)特別容易受60Hz(或50Hz，具體取決于區(qū)域)的電源線路噪聲影響?？紤]到熱電偶輸出的變化率較慢，此噪聲容易與熱電偶輸出位于同一頻帶，并且須要使用中心頻率為60Hz的帶拒濾波器小心地進(jìn)行濾波。

FIRD和IIR濾波算法均可以在DSC上高效執(zhí)行，但是IIR濾波器需要的系數(shù)一般要少得多，因而需要較少的乘法和加法運(yùn)算。不過，IIR濾波器具有回饋項，因而會造成一些穩(wěn)定性方面的難題。幸運(yùn)的是，數(shù)據(jù)自動飽和是DSC架構(gòu)中相當(dāng)常見的硬件特性，可以盡可能地降低由于溢出造成的數(shù)據(jù)損壞。圖5的頻率響應(yīng)圖展示了用于抑制60Hz電源線路訊號的十六階IIR帶拒濾波器(取樣速率為1kHz)的頻率選擇特性。

對于DSP設(shè)計經(jīng)驗不甚豐富的系統(tǒng)開發(fā)人員而言，設(shè)計數(shù)字濾波器尤其是IIR濾波器的過程中所涉及之理論和步驟可能相當(dāng)復(fù)雜，對數(shù)學(xué)功底的要求極高。幸運(yùn)的是，很多DSC制造商和協(xié)力工具廠商都已提供低成本的工具，開發(fā)人員只須要在這些工具中指定通帶和拒帶的轉(zhuǎn)移頻率及所需的衰減度即可。這些工具可以計算濾波器系數(shù)并產(chǎn)生應(yīng)用軟件可以直接使用的源文件和數(shù)據(jù)文件。圖3展示了四種最常見的數(shù)字濾波問題。

除了線性濾波和數(shù)字濾波外，應(yīng)用軟件還必須在從熱電偶采樣的電壓中加上從外接溫度傳感器IC如TC1047A采樣的電壓，以執(zhí)行冷結(jié)點補(bǔ)償。此外，很可能須要定期計算ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的平均值，具體視所采用的ADC取樣速率而定。平均值計算可以透過DSC架構(gòu)中通常提供的基于累加器的加法和多位移動運(yùn)算高效完成。

滿足指紋辨識復(fù)雜計算

說明過最常見的智慧傳感器應(yīng)用后，現(xiàn)在開始討論一種本質(zhì)上更復(fù)雜且計算要求更高的傳感器應(yīng)用--指紋辨識。

指紋辨識在安全區(qū)域(如房間或車輛)的進(jìn)出控制、存取設(shè)備(如手機(jī))、個人計算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)登入，以及僅作為

可靠的個人身分識別形式等方面的應(yīng)用日趨增多。目前，市面上有很多類型的指紋傳感器，如電容式傳感器、光學(xué)傳感器、熱傳感器和電場傳感器。例如，電容式傳感器依賴于人手指上的紋路起伏產(chǎn)生的電容變化。

負(fù)責(zé)從指紋傳感器捕捉指紋數(shù)據(jù)的控制器須具有以下的某些特性：足夠快的ADC，用于接收傳感器采樣的值；高速串行通訊接口(如SPI)，用于與系統(tǒng)中的其它模塊進(jìn)行通訊；閃存，用于儲存指紋「模板」數(shù)據(jù)庫，然后在驗證或辨別指紋時高效存取這些范本。

最重要的是，須要擁有強(qiáng)大的DSP功能來執(zhí)行指紋配對操作。最后必須指出的是，控制器應(yīng)該不僅能夠處理16位數(shù)據(jù)，還要能夠高效處理8位數(shù)據(jù)(如DSC可以處理8位和16位的數(shù)據(jù))，因為大多數(shù)傳感器都使用8位的值來代表指紋。

16位DSC漸受矚目

隨著對傳感器接口的功能性、聯(lián)機(jī)性以及數(shù)學(xué)和訊號處理方面的要求變得越來越高，16位DSC逐漸成為許多基于傳感器的系統(tǒng)和智能傳感器的理想內(nèi)建系統(tǒng)架構(gòu)。實時操作系統(tǒng)(RTOS)、TCP/IP和預(yù)封裝DSP算法等軟件工具，進(jìn)一步增強(qiáng)此類架構(gòu)在各種傳感器應(yīng)用中的可用性。