第一節(jié)傳感器的靜特性

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

2、0755-83376489,,三大技術(shù)的結(jié)合,第一種結(jié)合：計算機(jī)技術(shù)＋傳感器技術(shù) 智能傳感器第二種結(jié)合：計算機(jī)技術(shù)＋通信技術(shù) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第三種結(jié)合：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)＋智能傳感器 網(wǎng)絡(luò)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(zhì)的飛躍—各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布與共享；測控系統(tǒng)本身也發(fā)生了質(zhì)的飛躍—可在網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)對現(xiàn)場傳感器進(jìn)行在線編程和組態(tài)，使

3、測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn),1993年：Kang Lee1993年9月，IEEE第九技術(shù)委員會(傳感器測量和儀器儀表技術(shù)協(xié)會)決定制定一種網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器通訊接口的協(xié)議。1994年3月，美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)局(NIST)和IEEE共同組織一次關(guān)于制定智能傳感器接口和智能傳感器連接網(wǎng)絡(luò)通用標(biāo)準(zhǔn)的研討會。連續(xù)主辦了4次關(guān)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(biāo)準(zhǔn)。,,上一頁,下一頁,返 回,,,,,0755-83376489,1995年4月，成立了兩個專門的技術(shù)委員會：P1451.1工作組和P1451.2工作組。P1451.1工作組主要負(fù)責(zé)定義智能變送器的公共對象模型和相應(yīng)的接口；P1451.2工作組主要定義TEDS和數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)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(luò)化智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)，同時新成立了兩個工作組對1451.2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展，即IEEE P1451.3和IEEE P1451.4。,上一頁,下一頁,返 回,,,0755-83376489,,9.4.2 標(biāo)準(zhǔn) IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn),組成：1451.1、1451.2、P1451.3和P1451.4。,,上一頁,下一

6、頁,返 回,,0755-83376489,,有關(guān)術(shù)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(luò)適配器) (3)TII(Transducer Independent Interface，傳感器獨(dú)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(guān)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(dá)255個傳感器或執(zhí)行器通道，而每個通道所對應(yīng)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(yīng)的一些參數(shù)。這些參數(shù)都存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中，在使用過程中，如需要相應(yīng)的參數(shù)，則到相應(yīng)的單元讀取即可。IEEE1451.2標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)，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(yù)熱時間，有無自檢測，不確定度，數(shù)據(jù)模型，標(biāo)定模型以及觸發(fā)參數(shù)等。標(biāo)定TEDS（Calibration TEDS）：包含最新的標(biāo)定數(shù)據(jù)、標(biāo)定間隔以及支持多段標(biāo)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(nèi)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(wù)。標(biāo)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(biāo)定相關(guān)的一個人工可讀的版本。終端用戶應(yīng)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(wù)者的電話號碼等。擴(kuò)展TEDS（Generic Extension TEDS Data Block）：它也是可選的，用于實(shí)現(xiàn)對1451.2的擴(kuò)展。,上一頁,下一頁,返 回,0755-83376489,,1. IEEE 1451.1標(biāo)準(zhǔn),IEEE 1451.1是應(yīng)用現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)出從智能傳感器到網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)連

13、接方法，而對使用何種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器沒有限制。通過定義網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)來制訂出標(biāo)準(zhǔn)化連接方法。,,上一頁,下一頁,返 回,,,0755-83376489,,IEEE1451.1的實(shí)現(xiàn),,上一頁,下一頁,返 回,0755-83376489,,2. IEEE 1451.2標(biāo)準(zhǔn),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(biāo)準(zhǔn)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(diào)理與變換、邏輯接口和TEDS組成。標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)提供了一個連接STIM和NCAP的10線的標(biāo)準(zhǔn)接口TII，使傳感器制造商可以把一個傳感器應(yīng)用到多種網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用中。,,上一頁,下一頁,返 回

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

16、83376489,,3. IEEE 1451.3標(biāo)準(zhǔn),定義一個標(biāo)準(zhǔn)的物理接口，以多點(diǎn)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)以一種“小總線”方式實(shí)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(jìn)行大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。,,上一頁,下一頁,返 回,,,0755-83376489,,IEEE1451.

17、3的實(shí)現(xiàn),,上一頁,下一頁,返 回,0755-83376489,,4. IEEE P1451.4標(biāo)準(zhǔn),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(biāo)準(zhǔn)。目的：傳感器能進(jìn)行自識別和自設(shè)置。此標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)遠(yuǎn)少于IEEE 1451.2標(biāo)準(zhǔn)所需的10根線的傳感器的模擬信號共享。構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)，建立一個標(biāo)準(zhǔn)允許模擬輸出的混合模式的傳感器與IEEE 1451兼容的對象進(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn),,上一頁,下一頁,返

19、 回,0755-83376489,,9.4.3 特點(diǎn),標(biāo)準(zhǔn)化的接口和軟硬件定義 即插即用性，與具體網(wǎng)絡(luò)無關(guān) 自我表述和自識別能力廣泛的應(yīng)用范圍,,上一頁,下一頁,返 回,,,,,0755-83376489,,,(1)  標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，為傳感器或執(zhí)行器提供了標(biāo)準(zhǔn)化的通訊接口和軟硬件的定義，使不同的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)之間可以通過應(yīng)用IEEE 1451定義的接口標(biāo)準(zhǔn)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(luò)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(luò)無關(guān),由于IEEE 1451為傳感器到微處理器、到網(wǎng)絡(luò)建立了一個通用的接口標(biāo)準(zhǔn)，以及通過通用的TEDS和API，建立了一個面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ?，簡化了傳感器到微處理器、網(wǎng)絡(luò)的連接，使軟件容易移植和維護(hù)，使得

21、基于IEEE 1451的傳感器在多種現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的不同設(shè)備之間能夠即插即用，與具體的網(wǎng)絡(luò)無關(guān)。,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(shù)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(guān)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(yīng)用范圍,基于IEEE 1451的網(wǎng)絡(luò)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(luò)，因而具有廣泛的應(yīng)用范圍。傳統(tǒng)的各種現(xiàn)場總線應(yīng)用：工業(yè)自動化領(lǐng)域，尤其是在工廠控制現(xiàn)場，無線網(wǎng)絡(luò)傳感器應(yīng)用：一些地域分布范圍廣的測控領(lǐng)域, 如水文勘測、環(huán)境監(jiān)測、氣象、農(nóng)業(yè)信息化等方面受