基于IEEE1451標準的智能傳感器設計與實現(xiàn)

摘 要： 以遠程環(huán)境監(jiān)測為背景，設計一個基于IEEE1451智能傳感器標準的監(jiān)測系統(tǒng)?；贗EEE1451.4、IEEE1451.5和IEEE1451.1分別設計了變送器接口模塊TIM、無線變送器接口模塊WTIM和網(wǎng)絡適配器NCAP，并給出了系統(tǒng)的硬件設計框圖。此外，還設計了適用于環(huán)境監(jiān)測的傳感器電子表格（TEDS），并基于RT-Thread操作系統(tǒng)給出了軟件系統(tǒng)主要的UML狀態(tài)圖和序列圖。
關(guān)鍵詞： 智能傳感器；IEEE1451；TEDS；即插即用

為了給傳感器配備一個通用的軟硬件接口，使其方便地接入各種現(xiàn)場總線以及Internet和Intranet，從1993年開始，美國國家標準技術(shù)研究所和IEEE儀器與測量協(xié)會的傳感技術(shù)委員會聯(lián)合制定了智能傳感器通用通信接口標準，即IEEE1451的智能變送器標準接口。針對變送器工業(yè)各個領(lǐng)域的要求，多個工作組先后建立并開發(fā)了接口標準的不同部分。
1 IEEE1451標準族介紹
IEEE1451是一個智能傳感器接口的標準族，它定義了一系列為使智能傳感器連接到微處理器、儀表系統(tǒng)和現(xiàn)場控制網(wǎng)絡的開放、通用、獨立于網(wǎng)絡的標準[1]，提供了一系列基于監(jiān)測和控制應用的有線或無線的協(xié)議。IEEE1451接口標準結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

在IEEE1451標準族中，IEEE1451.0標準定義了傳感器和執(zhí)行器多種通用配置命令集，如點對點、分布多點和無線的配置，以適應各種應用的需要。而且還規(guī)定了通用變送器電子表(TEDS)的格式，目的在于提高IEEE1451系列標準之間的互操作性，簡化針對網(wǎng)絡適配器（NCAP）和智能變送器接口模塊（STIM）使用不同物理層傳輸介質(zhì)連接相關(guān)標準制定的工作難度和工作量。
IEEE1451.1：主要定義了NCAP的信息模型，這一標準為NCAP規(guī)定了一個公共的上層對象模型，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和變送器模塊類型不同，其對象模型就有不同的版本。一個簡單的編程模型封裝了傳感器硬件實現(xiàn)的細節(jié)，規(guī)定了不同NCAP與STIM物理層版本在具體實現(xiàn)時的軟件接口規(guī)范。
IEEE1451.4：主要針對于傳感器和變送器的混合模式通信協(xié)議及傳感器電子數(shù)據(jù)表格式?；旌夏Ｊ浇涌诘闹悄苄蛡鞲衅鞫x了一種為傳統(tǒng)模擬模式的傳感器和變送器增加自我識別技術(shù)的機制。
IEEE1451.5：定義了無線傳感器通信以及TEDS格式，定義了無線變送器模塊WTIM(Wireless Transducer Interface Module)與NCAP之間通過無線方法建立連接的有關(guān)事項。
2 系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)的設計背景為遠程環(huán)境檢測?？紤]到設備主要應用在野外，地形比較復雜， IEEE1451.2-4標準都是基于有線連接的，連線困難。而IEEE1451.5標準是基于無線傳輸技術(shù)的，也就是NCAP和WTIM之間的通信是基于無線傳輸技術(shù)，可以節(jié)省成本，而且還方便今后對系統(tǒng)的升級改造。但本系統(tǒng)的TIM部分和WTIM部分采用的是IEEE1451.4標準的MMI接口。因為MMI允許TEDS的數(shù)字信號和傳感器的模擬信號隔離傳輸，可以很方便地將傳統(tǒng)傳感器改造為符合標準的智能傳感器。系統(tǒng)框圖如圖2所示。