9.4 网络化智能传感器

9.4 网络化智能传感器 9.4.1 提出背景 9.4.2 标准 9.4.3 特点上一页下一页返回

0755-83376489 9.4.1 提出背景 • 现代信息技术的三大基础： • 传感器技术：信息的采集 “感官” • 通信技术：信息的传输 “神经” • 计算机技术：信息的处理 “大脑” • 三大技术的结合给信息化带来了巨大的促进作用。上一页下一页返回

0755-83376489 三大技术的结合第一种结合： • 计算机技术＋传感器技术智能传感器第二种结合： • 计算机技术＋通信技术计算机网络技术第三种结合： • 计算机网络技术＋智能传感器网络化智能传感器 • 传统测控系统的信息采集、数据处理等方式产生质的飞跃—各种现场数据直接在网络上传输、发布与共享； • 测控系统本身也发生了质的飞跃—可在网络上任何节点对现场传感器进行在线编程和组态，使测控系统的结构和功能产生了重大变革。上一页下一页返回

0755-83376489 通用智能化传感器的接口标准 • 1993年：Kang Lee • 1993年9月，IEEE第九技术委员会(传感器测量和仪器仪表技术协会)决定制定一种网络化智能传感器通讯接口的协议。 • 1994年3月，美国国家技术标准局(NIST)和IEEE共同组织一次关于制定智能传感器接口和智能传感器连接网络通用标准的研讨会。 • 连续主办了4次关于这方面的研讨会，讨论IEEE 1451传感器／执行器智能变送器接口标准。上一页下一页返回

0755-83376489 1995年4月，成立了两个专门的技术委员会：P1451.1工作组和P1451.2工作组。 • P1451.1工作组主要负责定义智能变送器的公共对象模型和相应的接口； • P1451.2工作组主要定义TEDS和数字接口标准，包括STIM和NACP之间的通讯接口协议和管脚分配。1995年5月给出了相应的标准草案和演示系统。 IEEE分别在1997年和1999年投票通过了IEEE 1451.2和IEEE 1451.1两个网络化智能传感器标准，同时新成立了两个工作组对1451.2标准进行进一步的扩展，即IEEE P1451.3和IEEE P1451.4。上一页下一页返回

0755-83376489 9.4.2 标准IEEE 1451标准 • 组成：1451.1、1451.2、P1451.3和P1451.4。上一页下一页返回

0755-83376489 有关术语： (1)STIM(Smart Transducer Interface Module，智能变送器接口模块) (2)NCAP(Networked Capable Application Processor，网络适配器) (3)TII(Transducer Independent Interface，传感器独立接口) (4)TEDS(Transducer Electronic Data Sheet，传感器电子数据表格) 上一页下一页返回

0755-83376489 IEEE 1451.2智能传感器接口模型示例 (a)温度传感器STIM (b)八通道数字输入输出STIM (c)四通道STIM (d)传感器和执行器STIM 上一页下一页返回

0755-83376489 TII接口信号线与控制线示意图上一页下一页返回

管脚号 信号名称线色分配信号相对 NCAP方向信号相对 STIM方向 0755-83376489 1 DCLK Brown OUT IN 2 DIN Red OUT IN 3 DOUT Orange IN OUT 4 NACK Yellow IN OUT 5 COMMON Green POWER POWER 6 NIOE Blue OUT IN 7 NINT Violet IN OUT 8 NTRIG Gray OUT IN 9 POWER(+5VDC) White POWER POWER 10 NSDET Black IN OUT TII接口管脚分配表上一页下一页返回

信号线 逻辑驱动源功能 0755-83376489 DIN 正逻辑 NCAP 从NCAP向STIM传输地址和数据 DOUT 正逻辑 STIM 从STIM向NCAP传输数据 DCLK NCAP 串口数据时钟 NIOE NCAP 启动地址或数据传输 NTRIG NCAP 触发信号 NACK STIM 1.触发应答 2.数据传输应答 NINT STIM 由STIM使用,向NCAP请求任务 NSDET STIM 由NCAP检测STIM存在与否 POWER N/A NCAP 5V COMMON N/A NCAP 信号公共端或地 TII接口信号定义上一页下一页返回

0755-83376489 (4)TEDS传感器电子数据表格描述了STIM和传感器相关的参数： • 传感器生产商的名称、传感器的类型和序列号等。每个STIM可以拥有多达255个传感器或执行器通道，而每个通道所对应的物理量各不相同，变送器的物理特性差别较大，因此分别有相对应的一些参数。这些参数都存在相应的数据表中，在使用过程中，如需要相应的参数，则到相应的单元读取即可。 • IEEE1451.2标准共规定了8种不同的数据表格上一页下一页返回

0755-83376489 IEEE1451.2标准规定的数据表格 • 总体TEDS（Meta-TEDS）：包含这个STIM的总体信息，如TEDS数据结构，最坏情况下的时序参数和通道数等； • 通道TEDS（Channel TEDS）：包含该通道的具体信息，如上、下限，物理单位，预热时间，有无自检测，不确定度，数据模型，标定模型以及触发参数等。 • 标定TEDS（Calibration TEDS）：包含最新的标定数据、标定间隔以及支持多段标定模型所需的全部参数。 • 总体识别TEDS（Meta-Identification TEDS）：提供了STIM识别信息的人工可读的版本，内容包括制造商、类型号、序列号、日期和产品描述；上一页下一页返回

0755-83376489 • 通道识别TEDS（Channel Identification TEDS）：可选的，人工可读的。它包含的信息和总体识别TEDS的相似，只是它为一个通道服务。 • 标定识别TEDS（Calibration Identification TEDS）：可选的，人工可读的。它提供了同每个通道的标定相关的一个人工可读的版本。 • 终端用户应用特定的TEDS（End Users Application-specific TEDS）：每个STIM可以有多个，它也是可选的，人工可读的。它包含上面的TEDS数据块都没有包括的附加信息，例如STIM的位置，或者一个服务者的电话号码等。 • 扩展TEDS（Generic Extension TEDS Data Block）：它也是可选的，用于实现对1451.2的扩展。上一页下一页返回

0755-83376489 1. IEEE 1451.1标准 • IEEE 1451.1是应用现有的各种网络技术，开发出从智能传感器到网络的标准连接方法，而对使用何种网络协议和网络收发器没有限制。 • 通过定义网络化智能传感器组件的一个公共对象模型以及这些组件之间的接口标准来制订出标准化连接方法。上一页下一页返回

0755-83376489 IEEE1451.1的实现上一页下一页返回

0755-83376489 2. IEEE 1451.2标准通过一个电子数据表格(TEDS),使传感器模型具有“即插即用(plug-and-play)”兼容性。标准规定了一个连接传感器到微处理器的数字接口(TII)，描述了电子数据表格(TEDS)及其数据格式，定义了一系列的读写逻辑等。一个STIM由传感器/执行器（组）、信号调理与变换、逻辑接口和TEDS组成。标准中仅定义了接口逻辑和TEDS的格式，其它部分由各传感器制造商自主实现。标准提供了一个连接STIM和NCAP的10线的标准接口TII，使传感器制造商可以把一个传感器应用到多种网络和应用中。上一页下一页返回

0755-83376489 IEEE 1451.2传感器标准 • 传统的传感器设计者往往要为在不同的网络和传感器之间建立通讯而进行大量的复杂工作。 • IEEE 1451.2传感器标准将大大简化由传感器或执行器到微处理器，以及网络的连接，从而构成各种网络控制系统，为人们提供一个工业标准的接口。上一页下一页返回

0755-83376489 3. IEEE 1451.3标准 • 定义一个标准的物理接口，以多点设置的方式连接多个分散的传感器。 • 在某些情况下，不可能把NCAP嵌入在传感器中。IEEE 1451.3标准以一种“小总线”方式实现传感器总线接口模块（TBIM），这种小总线因足够小且便宜可以轻易地嵌入到传感器中，从而允许通过一个简单的控制逻辑接口进行大量的数据转换。上一页下一页返回

0755-83376489 4. IEEE P1451.4标准定义一个允许模拟量传感器以数字信号模式（或混合模式）通讯的标准。目的：传感器能进行自识别和自设置。此标准同时建议数字TEDS数据的通讯将与使用最少量的线――远远少于IEEE 1451.2标准所需的10根线的传感器的模拟信号共享。构成：传感器TEDS＋混合模式的接口MMI。上一页下一页返回

0755-83376489 IEEE P1451.4定义一个混合模式传感器接口标准，建立一个标准允许模拟输出的混合模式的传感器与IEEE 1451兼容的对象进行数字通信。每一个IEEE P1451.4兼容的混合模式传感器将至少由一个传感器、传感器电子数据表格TEDS和控制和传输数据进入不同的已存在的模拟接口的接口逻辑。上一页下一页返回

0755-83376489 IEEE P1451.4的实现上一页下一页返回

0755-83376489 9.4.3 特点标准化的接口和软硬件定义即插即用性，与具体网络无关自我表述和自识别能力广泛的应用范围上一页下一页返回

0755-83376489 (1)标准化的接口和软硬件定义定义了传感器或执行器的软硬件接口标准，为传感器或执行器提供了标准化的通讯接口和软硬件的定义，使不同的现场网络之间可以通过应用IEEE 1451定义的接口标准互连，可以互操作，使传感器的厂家、系统集成者和最终用户有能力以低成本去支持多种网络和传感器家族，简化连线，降低了系统总的成本；上一页下一页返回

0755-83376489 (2)即插即用性，与具体网络无关由于IEEE 1451为传感器到微处理器、到网络建立了一个通用的接口标准，以及通过通用的TEDS和API，建立了一个面向对象的信息模型，简化了传感器到微处理器、网络的连接，使软件容易移植和维护，使得基于IEEE 1451的传感器在多种现场网络的不同设备之间能够即插即用，与具体的网络无关。上一页下一页返回

0755-83376489 (3)自我表述和自识别能力 TEDS是1451.2最重要的技术革新之一,它是一个的通用传感器模型，可以支持很多种类的传感器与执行器。 • 使传感器具有了自我描述能力和自我识别能力。它可以充分描述传感器的类型、行为、性能属性和相关的参数。 • TEDS由一些域组成，它们被嵌入传感器，和传感器一起移动，这样一来，使用一个传感器所需的所有信息总是随时可得的。上一页下一页返回

0755-83376489 (4)广泛的应用范围基于IEEE 1451的网络化智能传感器，不仅包括各种现场总线，也包括INTERNET等网络，因而具有广泛的应用范围。传统的各种现场总线应用： • 工业自动化领域，尤其是在工厂控制现场，无线网络传感器应用： • 一些地域分布范围广的测控领域, 如水文勘测、环境监测、气象、农业信息化等方面受到一定的限制。在这些场合，。上一页返回

9.4 网络化智能传感器

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