第一節(jié)傳感器的靜特性

1、,,9.4 網(wǎng)絡化智能傳感器,9.4.1 提出背景9.4.2 標準9.4.3 特點,上一頁,下一頁,返 回,0755-83376489,,9.4.1 提出背景,現(xiàn)代信息技術的三大基礎：傳感器技術：信息的采集 “感官”通 信 技 術 ：信息的傳輸 “神經(jīng)”計算機技術：信息的處理 “大腦”三大技術的結合給信息化帶來了巨大的促進作用。,,上一頁,下一頁,返 回,,,

2、0755-83376489,,三大技術的結合,第一種結合：計算機技術＋傳感器技術 智能傳感器第二種結合：計算機技術＋通信技術 計算機網(wǎng)絡技術第三種結合：計算機網(wǎng)絡技術＋智能傳感器 網(wǎng)絡化智能傳感器傳統(tǒng)測控系統(tǒng)的信息采集、數(shù)據(jù)處理等方式產(chǎn)生質的飛躍—各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)直接在網(wǎng)絡上傳輸、發(fā)布與共享；測控系統(tǒng)本身也發(fā)生了質的飛躍—可在網(wǎng)絡上任何節(jié)點對現(xiàn)場傳感器進行在線編程和組態(tài)，使

3、測控系統(tǒng)的結構和功能產(chǎn)生了重大變革。,,上一頁,下一頁,返 回,,,,,,,0755-83376489,,通用智能化傳感器的接口標準,1993年：Kang Lee1993年9月，IEEE第九技術委員會(傳感器測量和儀器儀表技術協(xié)會)決定制定一種網(wǎng)絡化智能傳感器通訊接口的協(xié)議。1994年3月，美國國家技術標準局(NIST)和IEEE共同組織一次關于制定智能傳感器接口和智能傳感器連接網(wǎng)絡通用標準的研討會。連續(xù)主辦了4次關于這方

4、面的研討會，討論IEEE 1451傳感器／執(zhí)行器智能變送器接口標準。,,上一頁,下一頁,返 回,,,,,0755-83376489,1995年4月，成立了兩個專門的技術委員會：P1451.1工作組和P1451.2工作組。P1451.1工作組主要負責定義智能變送器的公共對象模型和相應的接口；P1451.2工作組主要定義TEDS和數(shù)字接口標準，包括STIM和NACP之間的通訊接口協(xié)議和管腳分配。1995年5月給出了相應的標準草案

5、和演示系統(tǒng)。 IEEE分別在1997年和1999年投票通過了IEEE 1451.2和IEEE 1451.1兩個網(wǎng)絡化智能傳感器標準，同時新成立了兩個工作組對1451.2標準進行進一步的擴展，即IEEE P1451.3和IEEE P1451.4。,上一頁,下一頁,返 回,,,0755-83376489,,9.4.2 標準 IEEE 1451標準,組成：1451.1、1451.2、P1451.3和P1451.4。,,上一頁,下一

6、頁,返 回,,0755-83376489,,有關術語 ：,(1)STIM(Smart Transducer Interface Module，智能變送器接口模塊) (2)NCAP(Networked Capable Application Processor，網(wǎng)絡適配器) (3)TII(Transducer Independent Interface，傳感器獨立接口) (4)TEDS(Transducer Electron

7、ic Data Sheet，傳感器電子數(shù)據(jù)表格),,上一頁,下一頁,返 回,0755-83376489,,IEEE 1451.2智能傳感器接口模型示例,(a)溫度傳感器STIM (b)八通道數(shù)字輸入輸出STIM,(c)四通道STIM (d)傳感器和執(zhí)行器STIM,上一頁,下一頁,返 回,0755-83376489,,,TII接口信號線與控制線示意圖,上一頁,下一

8、頁,返 回,0755-83376489,,TII接口管腳分配表,上一頁,下一頁,返 回,0755-83376489,,TII接口信號定義,上一頁,下一頁,返 回,0755-83376489,,,(4)TEDS傳感器電子數(shù)據(jù)表格,描述了STIM和傳感器相關的參數(shù)：傳感器生產(chǎn)商的名稱、傳感器的類型和序列號等。每個STIM可以擁有多達255個傳感器或執(zhí)行器通道，而每個通道所對應的物理量各不相同，變送器的物理特性差別

9、較大，因此分別有相對應的一些參數(shù)。這些參數(shù)都存在相應的數(shù)據(jù)表中，在使用過程中，如需要相應的參數(shù)，則到相應的單元讀取即可。IEEE1451.2標準共規(guī)定了8種不同的數(shù)據(jù)表格,上一頁,下一頁,返 回,,,0755-83376489,,,IEEE1451.2標準規(guī)定的數(shù)據(jù)表格,總體TEDS（Meta-TEDS）：包含這個STIM的總體信息，如TEDS數(shù)據(jù)結構，最壞情況下的時序參數(shù)和通道數(shù)等；通道TEDS（Channel TEDS）

10、：包含該通道的具體信息，如上、下限，物理單位，預熱時間，有無自檢測，不確定度，數(shù)據(jù)模型，標定模型以及觸發(fā)參數(shù)等。標定TEDS（Calibration TEDS）：包含最新的標定數(shù)據(jù)、標定間隔以及支持多段標定模型所需的全部參數(shù)?？傮w識別TEDS（Meta-Identification TEDS）：提供了STIM識別信息的人工可讀的版本，內容包括制造商、類型號、序列號、日期和產(chǎn)品描述；,上一頁,下一頁,返 回,0755-8337

11、6489,通道識別TEDS（Channel Identification TEDS）：可選的，人工可讀的。它包含的信息和總體識別TEDS的相似，只是它為一個通道服務。標定識別TEDS（Calibration Identification TEDS）：可選的，人工可讀的。它提供了同每個通道的標定相關的一個人工可讀的版本。終端用戶應用特定的TEDS（End Users Application-specific TEDS）：每個STIM可

12、以有多個，它也是可選的，人工可讀的。它包含上面的TEDS數(shù)據(jù)塊都沒有包括的附加信息，例如STIM的位置，或者一個服務者的電話號碼等。擴展TEDS（Generic Extension TEDS Data Block）：它也是可選的，用于實現(xiàn)對1451.2的擴展。,上一頁,下一頁,返 回,0755-83376489,,1. IEEE 1451.1標準,IEEE 1451.1是應用現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡技術，開發(fā)出從智能傳感器到網(wǎng)絡的標準連

13、接方法，而對使用何種網(wǎng)絡協(xié)議和網(wǎng)絡收發(fā)器沒有限制。通過定義網(wǎng)絡化智能傳感器組件的一個公共對象模型以及這些組件之間的接口標準來制訂出標準化連接方法。,,上一頁,下一頁,返 回,,,0755-83376489,,IEEE1451.1的實現(xiàn),,上一頁,下一頁,返 回,0755-83376489,,2. IEEE 1451.2標準,通過一個電子數(shù)據(jù)表格(TEDS),使傳感器模型具有“即插即用(plug-and-play)”兼

14、容性。標準規(guī)定了一個連接傳感器到微處理器的數(shù)字接口(TII)，描述了電子數(shù)據(jù)表格(TEDS)及其數(shù)據(jù)格式，定義了一系列的讀寫邏輯等。一個STIM由傳感器/執(zhí)行器（組）、信號調理與變換、邏輯接口和TEDS組成。標準中僅定義了接口邏輯和TEDS的格式，其它部分由各傳感器制造商自主實現(xiàn)。標準提供了一個連接STIM和NCAP的10線的標準接口TII，使傳感器制造商可以把一個傳感器應用到多種網(wǎng)絡和應用中。,,上一頁,下一頁,返 回

15、,,,,,0755-83376489,,IEEE 1451.2傳感器標準,傳統(tǒng)的傳感器設計者往往要為在不同的網(wǎng)絡和傳感器之間建立通訊而進行大量的復雜工作。IEEE 1451.2傳感器標準將大大簡化由傳感器或執(zhí)行器到微處理器，以及網(wǎng)絡的連接，從而構成各種網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，為人們提供一個工業(yè)標準的接口。,,上一頁,下一頁,返 回,,,0755-83376489,,IEEE1451.2的實現(xiàn),,上一頁,下一頁,返 回,0755-

16、83376489,,3. IEEE 1451.3標準,定義一個標準的物理接口，以多點設置的方式連接多個分散的傳感器。在某些情況下，不可能把NCAP嵌入在傳感器中。IEEE 1451.3標準以一種“小總線”方式實現(xiàn)傳感器總線接口模塊（TBIM），這種小總線因足夠小且便宜可以輕易地嵌入到傳感器中，從而允許通過一個簡單的控制邏輯接口進行大量的數(shù)據(jù)轉換。,,上一頁,下一頁,返 回,,,0755-83376489,,IEEE1451.

17、3的實現(xiàn),,上一頁,下一頁,返 回,0755-83376489,,4. IEEE P1451.4標準,定義一個允許模擬量傳感器以數(shù)字信號模式（或混合模式）通訊的標準。目的：傳感器能進行自識別和自設置。此標準同時建議數(shù)字TEDS數(shù)據(jù)的通訊將與使用最少量的線――遠遠少于IEEE 1451.2標準所需的10根線的傳感器的模擬信號共享。構成：傳感器TEDS＋混合模式的接口MMI。,,上一頁,下一頁,返 回,,,0755-

18、83376489,IEEE P1451.4定義一個混合模式傳感器接口標準，建立一個標準允許模擬輸出的混合模式的傳感器與IEEE 1451兼容的對象進行數(shù)字通信。每一個IEEE P1451.4兼容的混合模式傳感器將至少由一個傳感器、傳感器電子數(shù)據(jù)表格TEDS和控制和傳輸數(shù)據(jù)進入不同的已存在的模擬接口的接口邏輯。,,,上一頁,下一頁,返 回,0755-83376489,,IEEE P1451.4的實現(xiàn),,上一頁,下一頁,返

19、 回,0755-83376489,,9.4.3 特點,標準化的接口和軟硬件定義 即插即用性，與具體網(wǎng)絡無關 自我表述和自識別能力廣泛的應用范圍,,上一頁,下一頁,返 回,,,,,0755-83376489,,,(1)  標準化的接口和軟硬件定義,定義了傳感器或執(zhí)行器的軟硬件接口標準，為傳感器或執(zhí)行器提供了標準化的通訊接口和軟硬件的定義，使不同的現(xiàn)場網(wǎng)絡之間可以通過應用IEEE 1451定義的接口標準互連，可

20、以互操作，使傳感器的廠家、系統(tǒng)集成者和最終用戶有能力以低成本去支持多種網(wǎng)絡和傳感器家族，簡化連線，降低了系統(tǒng)總的成本；,上一頁,下一頁,返 回,,,,0755-83376489,,,(2)  即插即用性，與具體網(wǎng)絡無關,由于IEEE 1451為傳感器到微處理器、到網(wǎng)絡建立了一個通用的接口標準，以及通過通用的TEDS和API，建立了一個面向對象的信息模型，簡化了傳感器到微處理器、網(wǎng)絡的連接，使軟件容易移植和維護，使得

21、基于IEEE 1451的傳感器在多種現(xiàn)場網(wǎng)絡的不同設備之間能夠即插即用，與具體的網(wǎng)絡無關。,上一頁,下一頁,返 回,,0755-83376489,,,(3)自我表述和自識別能力,TEDS是1451.2最重要的技術革新之一,它是一個的通用傳感器模型，可以支持很多種類的傳感器與執(zhí)行器。使傳感器具有了自我描述能力和自我識別能力。它可以充分描述傳感器的類型、行為、性能屬性和相關的參數(shù)。TEDS由一些域組成，它們被嵌入傳感器，和傳感器

22、一起移動，這樣一來，使用一個傳感器所需的所有信息總是隨時可得的。,上一頁,下一頁,返 回,,0755-83376489,,,(4)廣泛的應用范圍,基于IEEE 1451的網(wǎng)絡化智能傳感器，不僅包括各種現(xiàn)場總線，也包括INTERNET等網(wǎng)絡，因而具有廣泛的應用范圍。傳統(tǒng)的各種現(xiàn)場總線應用：工業(yè)自動化領域，尤其是在工廠控制現(xiàn)場，無線網(wǎng)絡傳感器應用：一些地域分布范圍廣的測控領域, 如水文勘測、環(huán)境監(jiān)測、氣象、農業(yè)信息化等方面受