关于VM系列振弦传感器读数模块的硬件接口说明

关于VM系列振弦传感器读数模块的硬件接口说明

VM 系列模块是单振弦式传感器激励、频率读取、温度转换的专业化读数模块，

具有集成度高、体积小、精度高、适应能力强、极少的外围电路设计等突出特性，

具有多种激励方法、传感器接入检测、可编程激励电压、信号幅值检测和信号质量

评定等先进功能，能够测量传感器信号质量、幅值、频率、频模、温度并转换为数

字量和模拟量输出。VM 系列模块可应用于国内外大部分单振弦式传感器的数据读取，

目前在土木工程、自动化监测、地质灾害等领域均得到了广泛应用

一、电源接口

VMXXX 模块有多个电源接口，分别为：宽电压电源输入（VIN）、内核电源（VDD）、参考电压

源（VREF）、振弦传感器激励电源（VSEN），各电源共用 GND。

电源输入（VIN）： 宽电压VIN 管脚为模块供电（DC515V），推荐电压为 6.0V10.0V，VIN 可

产生内核电源VDD，当使用 VIN 管脚为模块供电时，VDD 管脚为输出,输出能力为 200mA，尽量不

要使用VDD 输出过大电流，以免影响模块内核的正常工作。

内核电源（VDD）： 可由VIN 产生，当不使用 VIN 时，此管脚作为电源输入，需要外接 DC3.3V

电源。模块工作时峰值电流约为100mA，建议使用输出能力 200mA 或以上的电压源。VMXXX 模块

内部有电压校准机制，对VDD 电压值无严格要求。

参考电压（VREF）： 此管脚为输入，应直接连接到VDD（无需精准的参考电压源）。

激励电源（VSEN）： VSEN 为传感器激励过程提供电能，当采用高压激励方法时，VSEN 作为

泵压源，一般情况下VSEN 电压越高则可获取的激励电压也越高；当采用低压扫频激励方法时，

VSEN电压即是扫频电压。建议采用200mA或以上的电压源为VSEN供电，供电电压推荐为DC8V~12V。

注意**：VMx1x 模块时，VSEN 可选择是否在内部连接于 VIN，请在确认后再使用 VSEN。 **

请特别注意电源的设计。振弦传感器返回信号为微弱的正弦波，为减少电源纹波对传感器

信号的影响，建议所有电源均使用纹波较小的LDO 稳压器。当使用交流电转直流的供电方式时，

模块地线（GND）一定要可靠接地（大地） ，某些低端的交流转直流适配器会将交流干扰引入，严

重影响模块信号处理质量，甚至完全无法使用。

建议靠近电源管脚（VDD 尤其重要）使用一个 10µF 钽电容（低 ESR)和一个 0.1µF 的陶瓷电

容并联。增加并联的电容可以有效去除高频干扰。同时为防止浪涌对芯片的损坏，建议在模块

电源输入管脚使用一个适合电压的500mW 的齐纳二极管防止模块的超压损坏。PCB 布局时，电容

和二极管应尽可能靠近模块的电源输入管脚。

注：严禁同时使用 ***VIN 和VDD ***为模块供电。

注：模块没有反接电源及超压保护措施，反接电源及超压使用会导致永久性损坏

参数复位管脚

RST 管脚为双向管脚，在不同运行阶段具有不同功能：

上电启动时

上电启动时RST 管脚为输入，当检测到管脚为低电平时复位参数为出厂值。详见“3.3 恢复出厂

参数”。在启动完成后此管脚为 IIC-SDA 功能。

VMx0x 模块的RST 管脚未连接上拉电阻，为了防止上电时参数复位，外部必须连接

2k~4.7k 上拉电阻，其它型号模块此管脚已内置了4.7k 上拉电阻。

运行状态指示器

运行状态指示

在模块正常运行时RTS 管脚输出逻辑 1 表示模块“正忙”，输出逻辑 0 表示模块“空闲”，

详见“3.10 振弦传感器测量流程”。

模块“正忙”是指模块正在对振弦传感器进行读数操作，特别的，本模块具有传感器是否

连接的检测功能，默认情况下仅当检测到有效的传感器接入时才会发起一次读数过程，而未检

测到传感器连接时，模块会继续不断检测，此时RTS 管脚持续输出 10Hz 的脉冲方波，这种快速

的“忙”与“不忙”两个状态间切换可以理解为“正在搜索传感器”。

RTS 管脚为强推挽输出，可直接驱动 LED 指示灯（串联 1k 的限流电阻），直观的表现模块的

工作状态。

硬件握手信号

基于RTS 输出信号的时域特点，此管脚还可作为数字接口的硬件握手信号使用。当模块的

UART 接口为 RS232 时，RTS 管脚已经转换为 RS232 电平信号，直接连接上位机 RS232 接口的 CTS

即可。

信号质量指示

SIG 管脚用于输出振弦传感器的返回信号质量，当信号质量达到或超过预期值时输出高电

平，否则输出低电平。信号质量预期值由寄存器EXS_TH 定义，详见“3.12.4 中预定信号质量寄

存器说明”。

信号质量与多种因素有关，使用多种表征值来描述（幅值、采样值数量、标准差等），SIG 管

脚的高、低电平两种输出状态不足以完全表示信号质量，也不能反映出信号质量的具体数值大

小，在模块使用过程中，应尽量使用软件方法读取与信号质量有关的多个寄存器值（详见

“3.13.4 频率计算与质量评定”），进行综合判断。

2.5 数字接口 1（UART/RS232/RS485）

VM 系列模块提供全双工串行 TTL 电平的 UART 接口以及基于 TTL 扩展的 RS232 或 RS485 接

口（详见前述“订购信息”中的选型表），默认端口设置为“9600,N,8,1”，并支持由软件修改

为9600~460800bps 通讯速率。

UART 的 TTL 电平逻辑高为 VDD，逻辑低为 GND，与非 3.3V 单片机进行连接时，要注意逻辑

电平的转换。

TXD 为强推挽输出管脚，RXD 为输入管脚。

管脚485CR 为数据收发指示管脚，模块向外发送数据时管脚 485CR 输出高电平（强推挽），

非发送时输出低电平。利用这一逻辑特性，当在UART 外部连接 RS485 电平转换芯片时，发送指

示管脚可作为半双工485 芯片的收发控制管脚使用。

注：当模块为RS485 接口版本时，485CR 管脚已在模块内部连接到了 485 芯片（VM511、

VM614、VM618、VM704S）。

数字接口2（IIC）

VM5XX 支持双向 IIC 总线和数据传输协议，支持最高 500kHz 的通讯速率。

在总线中，VM5XX 为从设备，与之通讯的上位机为主设备，主设备控制整个通讯过程。向总

线发送数据的设备定义为发送器，接收数据的设备定义为接收器。总线必须由主设备来控制，

由主设备产生串行时钟（SCL）、控制总线访问以及产生开始和停止信号（条件）。

VM5XX 设备通过 SCL 和 SDA 线与总线连接，两根数据线均为漏极开路，与非 3.3V 单片机进行连接时，要注意逻辑电平的转换。

设备地址

使用IIC 总线时，VM5XX 使用 IIC 专用的设备地址，设备的 IIC 地址默认为 0xA0(160)，可

通过特殊的UART 接口指令来完成 IIC 地址的修改，修改后的地址永久保存。

IIC 地址修改指令为：$IICA=xxx

需要注意的是，IIC 地址必须为偶数，否则修改不能成功。

2IIC 协议硬件层信号类别及说明

为了降低使用难度，VM 系列模块的 I2C 接口采用了与 AT24C02 完全相同的读写时序，在此

不再描述更多细节。

传感器线圈接口

传感器线圈接口由SEN+和 SEN-管脚组成，分别连接到振弦传感器线圈两端。

通常情况下，传感器线圈不区分正负极，直接连接即可。

***注：当传感器激励方式设置为高压激励时，SEN+管脚会周期性（几百毫秒~几秒）输出高电 ***

压，在使用过程中应注意人员及外围电路的保护。

温度传感器接口

温度传感器接口由TMP 和 GND 两个管脚组成，内部已连接有上拉电阻。温度传感器接口是

复用接口，可连接数字式温度传感器18B20 或热敏电阻温度传感器，任意时刻，只允许连接某

一种温度传感器（可通过对应的寄存器进行参数设置，详见“3.18 温度传感器使用”）。

数字式温度传感器18B20 的连接

VM 模块支持 18B20 的两线制和三线制两种连接方法，如下图示。

注：仅VM501_HW120/VM704 支持 18B20 两线制连接

注：目前生产18B20 的厂商有很多，不同品牌的 18B20 通讯参数会有一些差异，基本上可

以保证500 米以内正常通讯，有些品牌可以达到 1000 米。

2.8.2 热敏电阻式温度传感器连接

热敏电阻与模块温度测量接口管脚连接，如下图所示。

　　审核编辑：汤梓红