基于1451协议的传统与智能传感器的即插即用
基于IEEE1451.2的网络化智能传感器模块设计
送 器（ 传感 器 或 执 行 器 ） 信 号 调 理 与 信 号 转 换 电 路 、 、 电子
数 据 表 格 （ ＤＳ 、 处 理 器 和存 储 器 。其 中 ＴＥ ＴＥ ） 微 ＤＳ提 供
流、 电压 等 信 息 进 行 实 时 、 确 的 监 测 成 为 电 力 系 统 稳 定 、 准
安全 地 运 行 的保 证 ， 时也 是 在 整个 电 力 系 统 网络 中进 行 同 合理 分 配 电能 的前 提 。 电力 系 统 传 感 器 网 络 能 为 电 力 系 统 安 全 监 控 提 供 实 时 的全 局 数 据 ， 且 可 以 做 到满 足 可 伸 并
…
制 提 供 服 务 。Ｉ Ｅ１ ５ ． ＥＥ ４ １ ２标 准 将 网络 化 智 能 传 感 器 节 点 从 结 构 上 分 为 网络 匹 配 处 理 器 （ ＡＰ） 智 能 ＮＣ 和
… 。 。
变送 器接 口模 块 （Ｔ Ｍ） 有 效 地 实现 了现 场 各 种 不 同的 智 能 变送 器 的 网络 互联 和 即插 即 用 。 另 外 ， 据 ＳＩ ， 根
信 。现 场 智 能 变 送 器 通 过 构 成 Ｓ Ｉ 模 块 与 ＮＣ Ｐ 连 ＴＭ Ａ
接 ，大 大 简 化 了 由现 场 变 送 器 （ 感 器 或 执 行 器 ）到 微 处 传
理 器 以及 网络 的 连 接 ，有 效 地 实 现 了现 场 各 种 不 同 的智
基于IEEE1451.2协议的变送器接口TⅡ设计与实现
能 上 符合 ＩＥ １５ ． 准 ， Ｅ Ｅ ４ １２标 可应 用 于 ＩＥ １５ ． 网络 化 传 感 器研 究 。 Ｅ Ｅ ４ １２的
关键 词 ： Ｉ协 议 ； Ｅ Ｅ ４ １２ Ｃ Ｐ； ＴＭ ＴＩ ＩＥ ｌ５ ． ；Ｎ Ａ Ｓ Ｉ
中图 分 类 号 ：Ｐ １ Ｔ２２
文 献标 识 码 ： Ａ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｉ ｐ ｏｏ ０ ；Ｉ Ｅ ４ １ ２；ＮＣ ｙ ｗ０ ｄ ：Ｔ Ｉ ｒ ｔｃ ｌ Ｅ Ｅ ｌ ５ ． ＡＰ；Ｓ Ｉ Ｔ Ｍ
０ 引 言
ｌ
Ｗｅ ｂ
Ｔ ＥＤＳ
Ｊ
为了解决智能传感器产 品互补兼 容的问题 ， 现网络条件 实 下智能传 感接 口的标 准化 ，Ｅ Ｅ协会 制定 了针对 网络 智能 变 ＩＥ
Ｄ ｌ ｎＵＩｖｒｉ ｏ ｅｌｌｌ ， ａｉＩｌ６ ２ ， ｉａ ａｉ ｌ ｅｓ ｆ ｃ ｌ ｏ ａ ｉ Ｔ ｌｏ Ｄ Ｉ Ｉ ｌ０ ４ Ｃｈｎ ） ａ
智能传感器技术问题探讨
规定了智能传感器与 目前正蓬勃兴起的物联网间的通信 接 口 标准 人
们在这方面开展了大量工作并取得了丰硕成果 例如： 人们研究 出了 种基 于 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ １ ４ ５ １标准 的智 能传感器结构 ．提出 了即插 即用 Ｗｅ ｂ 智能传感器 的一 种基于 Ｗｅ ｂ服务方 法 ． 实现 了一种基 于 Ｃ Ａ Ｎ协议 的 温度智能传感器 ． 探索出了一种智能传感器无线网络组织结构 协议和 种基于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 无线通信 技术的智能传 感器无线接 口设计方案等 通信模块以软件硬件方式实现 ． 它一般与智能传感器 的信号处理模块 集成在一起。 实现智能传感器 目前主要有 ３种方 式 一种方式是将 信号感 知与 调理模块 、 信号处理 模块 、 通信 模块等通过 导线等方式组 合在一起 即 可． 这种实现方式适合于智能化如化 工厂等用户原有传统传感器 的场 合： 另一种方式 乃利用微机 械加工 、 微 电子加工等技 术将 这些模块集 成在一片芯片上 ． 实现了智能传感器的微型化 这是商 品化智能传感 器的最佳选择 ， 这种智能传感器使用 方便 、 性能稳定 、 可靠 。还有 一种 方式乃将这些模块集成在两片或多片芯片上 ． 然后 由这些芯片构成智 能传感器 ， 这是 目前商品化智能传感器的一种较好 选择
１ ． 信 号 感知 与调 理技 术
智能传感 器一般 通过信号感 知模 块 中的敏感元件将 待测量最 终 转换成模拟 电压信号 。 目前能感知 的量很 多． 有物 体位移 、 速度 、 加 速 度等运 动量 ， 温度 、 湿度 、 压力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ过程 量 ， 光强 、 波长 、 偏振 度等光 的特 性量 ， 流量 、 浓度 、 ｐ Ｈ 值等液体特性量 ， 成分 、 浓度等气体特性量 ， 葡萄 糖、 尿素 、 维生素等化学成分等 智能传感器 中的敏感元件有些如传 统 传感器一样单 个存在 的 ， 有些借助 于微机械技 术 、 硅集成 等技术 以阵 列方式存在 ， 以提高测试 精度与可靠 性 ． 有些 将多种敏感 元件 以一 定 的方式 复合 分布在感 知模块 中以感知多种待 测量感知模 块 出来 的信 号一般含有来 自 于外界 的干扰 ． 需要 “ 净化 ” 处理 以确保测试精度 另 外． 该信号一般 比较小 ， 有时甚至非 常微弱 ． 通 常需 要利用 电桥等 电路 进行信号放大 。 这些功能一般通过具有 滤波 、 放大 等功 能的 ． 如测试 放 大器等调理电路予 以实现 。感知模块与调理 电路有 时分开放置 ． 有 时 集成在一个模块上 。
基于IEEE 1451.2网络化智能传感器的应用研究
（ ａｎ ｈ ｎｓ ｉｕｔ ｅ ｈ ｒ ｃ ＂ｅｃ ｏｌ ｇｙ， Ｃｈ ｇｚ ｏｕ Ｉ ｔｔ ｅ ｏｆ Ｍ ｃ ａｔｏｎｉ ｒ ｈｎ ｏ Ｃｈａ ｇｚ ｏｕ． ３ ０， ｎａ） ｎ ｈ ２１ ００ Ｃｈｉ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｅ Ｉ ｓ ｒ ｃ ＝ ｅ ｎ ｗ ＥＥＥ １ ５ ｔ ｎ ａ ｄ ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｉｉｉ ｎ ｏ ｔ ｒ ｐ ｂ ｅ Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ Ｐｒ ｃ ｓ ｏ ４ １ Ｓａ ｄ ｒ ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ ｅ ｄ ｆ ｔ ｆ Ｎｅ ｗｏ ｋ Ｃａ ａ ｌ ｐ ｉ ｔ ｏ ｅ ｓ ｒ（ ｎ ｏ ｃ ｏ ＮＣＡＰ） ａ ｄ Ｓ ｒ Ｔｒ ｎ ｄ ｃ ｒ Ｉ ｔ ｒａ ｅ Ｍ ｏ ｕ ｅ Ｓ Ｍ ） ｒ ｉ ｅ ｙ ｔ ｅ ｓａ ｄ ｒ ． ｔ ｐ ｏ ｉ ｅ ａ ｉ ｏ ｅ ｅ ａ ｓ ｎ ｅ ｌ ｅ ｔｓ ｎ ｏ ｎ ｍａ ｔ ａ ｓ ｕ ｅ ｎ ｅ ｆ ｃ ｄ ｌ （ ＴＩ ａ ｅ ｇ ｖ ｎ ｂ ｈ ｔ ｎ ａ ｄ Ｉ ｒ ｖ ｄ ｓ ｂ ｓ ｆ ｒ ｇ ｎ ｒ ｌｕ ｅ ｉ ｔ ｌ ｇ ｎ ｅ ｓ ｒ ｃ ｉ
Ｗ ｉｅｅ ｓ ｒｌ ｓ
Ａபைடு நூலகம் ｙ
｜Ｔ Ｍｄｄ 臣Ｔｒ●ｅｏ —＝ …Ｍ Ｅ ＝ｉ… ｘ ］… ｌ Ｄ ｘ ｅ ｄ … ｃ ． Ｓ
Ｓｍａ ｒ ｎ ｕ ｅ ＲＴ ａｓ ｃ ｒ ｄ ｆ ｔｒａ ｅＭ ｏ ｕｅ ｎｅ ｆ ｃ ｄ ／
Ｎｅｗ ｏ ｋ ｔ ｒ
（ ＴＩ ） Ｓ Ｍ
Ｔｒｎ ｕ ｒ ｓ ａｓ ￣ ｄ Ｂｕ ｌｔ ｒａ ｅＭ ｏ ｕ ｅ ｎ ｅ ｆｃ ｄ ｌ
（ＢＭ｝ ＴＩ
传 感 器 产 品 往 往 互 不 兼 容 ， 及 总 线 的 协 议 不 同 ， 就 影 以 这
IEEE1451网络化智能传感器技术的研究与应用
ｗｏｒｋ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆＤ ＳＰ ａｎ ｄ ＡＲ Ｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅ ｂｒｉｎｇ ｕｐ ｔ ｈｅ—ｓｙｓｔｅｍ ＇ｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａ ｎ ｄ ｈａｒｄｗａｒｅ
ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ 期 ｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ． ｜｜ 誓 ０
化、标准化 的传感器与各种不 同的现场总线分离 ，将 实现现场设备的即插 即用 。该标准将智能变送器划分
有效 的解 决 上述 问题 。ＩＥＥＥ１４５１协议 就 是 在这 样 的 背 成两部分 ，一部分是智能变换器接口模块 （Ｓｍａｒｔ ｔ ｒａ ｎｓ—
景 下 制定 的 。
ｄｕｃｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍｏｄｕｌｅ，ＳＴＩＭ）；另 一 部分 是 网络 适 配
主要趋势。这种 网络化智能传感器集成通信 技术 、网 机可 以承运更多 的乘客或消耗较少的燃料 。
络服务技术 、传感探测技术 、智能信息处理技术等 ，
２ ＩＥＥＥ１４５１标准 简介
将会对社会 的各个方面产生深远的影响。
设计一种通用的接 口协议 ，使具有 网络化、智能
符合 ＩＥＥＥ１４５１标准 的传感器和变送器能够真正
Hale Waihona Puke ＩＥＥＥ１４５１．１定义了网络独立的信息模型，使传感器接 ＤＲＡＭ 组和外部 ｉ／ｏ组 ４Ｍ 字 （１６Ｍ 字节）的地址范
口与 ＮＣＡＰ相连，使用面 向对象 的模型定义提供给智 围。该微处理器 内建 ３７个 ３２位 的寄存器 （３１个通用
能传感器及其组件；ＩＥＥＥ１４５１．２定义了智能传感器接 寄存器和 ６个状态寄存器）。在某一时刻寄存器能否
基于IEEE1451.2的智能传感器独立接口设计
了 Ｉ Ｅ ４ １协 议族 ， 出 了统 一 的传 感 器 接 口和 传 感 器 Ｅ Ｅ １５ 提
的 自描 述 模 型 ， 决 了 智 能 化 传 感 器 的 兼 容 性 、 换 性 和 解 互
互 操作 性 等 问题 。该 协 议 已经 用 于 压 力 监 测 、 油 液位 监 石 测 、 菜 大棚 环 境 监 测 等 诸 多 领 域 。 蔬 ’
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基 于 ＩＥ １２的 １５ ． ＥＥ ４ 智能传感嚣独立接口设计
■ 电子 科 技 大 学 杨 Fra bibliotek Ｉ Ｅ１ ５ ． ＥＥ ４ １ ２协 议 是 一种 网络 化 智 能 传 感 器 接 口标 准 。Ｉ ＥＥ １ ５ ． Ｅ ４ １ ２协 议 规 定 智 能 传 感 器 由 网络 适 配 器
一 一
关键词
Ｉ ＥＥ １ ５ ． ＴＩ 热 插 拔 Ｅ ４ １ ２ Ｉ
ＵＣＣ ９ ８ 智 能 传 感 器 ３ １
引 言
２ ０世 纪 ８ ￣ ９ ０ ０年 代 ， 于 各 种 现 场 总线 技 术 的智 能 基
气 规 范 ， 保 可 靠 的 数 据 传 输 。传 感 器 独 立 接 口 是 一 个 确
ｍａｓ是 Ｉ Ｅ ４ １ 议 族 中 的数 字 式 点 对 点 有 线 传输 标 ｔ） Ｅ Ｅ１ ５ 协
准 。只 要 网络 适 配 器 （ ＮＣＡＰ 和 智 能 传 感 器 模 块 （ ＴＩ ） ） Ｓ Ｍ 遵守 Ｉ Ｅ １５． ＥＥ ４ １ ２标 准 ， 论 测 控 网 络 采 用 何 种 网 络 标 不 准 ， 厂 家 生 产 的智 能 传 感 器 接 口模 块都 可 以实 现 相 互 兼 各 容 ， 而 方便 地 加 入 已有 的 测 控 网 络 中 。 因此 ， 合 Ｉ Ｅ 从 符 ＥＥ １５ ． ４ １ ２协 议 的 传 感 器 独 立 接 口 是 此 类 测 控 网 络 的 重 要
IEEE1451.4
传感器接口标准最新进展2005-3-15来源：Control Engineering China 作者：CONTROL ENGINEERING新闻编辑Jim Montague近来被获准通过的IEEE1451.4标准，以其更简单、实用的应用使智能变送器接口标准得到了重生，同时它用于模数信息转换的变送器电子数据表格(TEDs)具有即插即用能力，这引发了开发全新解决方案的热潮。
/传感器接口标准最新进展/一些历史背景/1451.4的开展/近来被获准通过的IEEE 1451.4标准，以其更简单、实用的应用使智能变送器接口标准得到了重生，同时它用于模数信息转换的变送器电子数据表格(TEDs)具有即插即用能力，这引发了开发全新解决方案的热潮。
事实上，业界的某些评论已经过分夸大了IEEE 1451智能变送器接口标准的消亡。
该标准被束之高阁，直到开发者开始使用最近批准通过的IEEE 1451.4部分。
这一部分标准中增加了存储元件以使传感器更加智能化，还通过变送器电子数据表格(Transducer Electronic Data Sheets, TEDS)增加了自识别功能。
这种简便的方法使变送器电子数据表格可用于大量现存的模拟传感器接口，且添加了即插即用功能，并确保了精确和经济的解决方案和应用。
简言之，P1451不再是“一个寻找问题的解决方案”(P代表整个标准目前处于提交状态)。
这一标准满足了中小型传感器和变送器制造商长久以来的期望——寻求一个通用的传感器接口，但却长期承担着不同网络、现场总线、协议和需求造成的历史负担。
1451标准最初的概念是为了让变送器外壳有空间安装驱动器，允许变送器可插入P1451类的驱动器，减少了专门驱动的需要，据说能节省90%~95%以前用于软件开发的时间。
一些历史背景1451是1994年由电气与电子工程师学会(IEEE)仪器与测量分会和美国国家标准与技术协会(NIST)发起，目的是希望用标准通信接口解决传统传感器集成的问题。
IEEE 1451标准网络化传感器技术最新进展
代号 名称与描述 状态 待颁布 颁布标准 （ 修订 中） ＴＥ Ｓ格式 Ｄ
Ｔ Ｄ Ｅ Ｓ格 式 式
Ｉ Ｅ ４ １０ 智能变送 器接 口标 准 Ｅ Ｅ Ｐｌ５ ． Ｉ Ｅ ４ １ １ 网络适配器信 息模 型 Ｅ Ｅ １ ５ ．
一
Ａ ｔａｏｓ。 ｃｕ ｔｒ） 迄今为止 ， 针对变送 器工业各个领域的需
求， 多个工作组先后 被建立来开发接 口标 准的不同部 分， 并取得了显著 的进展 。美国海军 期望利用该技术 ， 监视其船只的维护【。美 国国家标 准协会高级研究 员 ｌ 】 Ｋ ｎ ｅ 表示 ：“ ａ ｇ Ｌｅ 飞机有望用光纤或 无线 网络取代成 吨 重的缆 线。这使飞机可以承运更多的乘客或消耗较 ” 少的燃料【 ２ 】 。 １ Ｉ Ｅ １ ５ 网络 化智 能传感器标准简介 Ｅ ４ １ Ｅ ＩＥ ４ 标准 目的是开 发一种软硬件的连接方 Ｅ Ｅ １５ １ 案 ，将智能变送器连接到网络 或者用 以支持现有的各 种网络技 术 ， 包括各种现场总线及 Ｉｔｒ ｅ／ｎ ｒｎ ｔ ｎ ｅｎ ｔ Ｉｔａ ｅ。 通过 定义一 整套通用的通信接 口，使变送器在现场级 采用有线或无线的方式实现 网络连接 ， 大大简化由变送 器构成的各种 网络控制系统 ，解决不 同网络之间的兼 容性 问题 ，并能够最终实现 各个厂家产 品的互换性与 互操作性 。表 １ 列举了 ＩＥ ４ 智能变送器标准族 Ｅ Ｅ １５ １
【 摘 要１ Ｅ Ｅ １５ 标准族的目标是定义一套通用的通信接口， ＩＥ ４ １ 使变送器同微处理器、仪器系统或网络相
连接 ，标准不仅允许厂家生产 的传感器支持多种网络 ，还允许用户根 据实际情况选择传感器和网 络（ 有线或无线 网络）并支持 “ ， 即插 即用 ” 。
智能传感器标准IEEE1451解析
ＡｎａｙｓｓＯ ＥＥＥ ４ Ｉ ｅ ｌｇ ｎ ｎｓ ｒＳ ａ ｄａ ｄ ｌ ｉ ｆＩ １ ５１ ｎｔｌｉ ｅ ｔＳｅ ｏ ｔ ｎ ｒ
Ｌ Ｕ ｎ ． Ａｏ — ｎ ＣＨＥ Ｚ ｏ ｇ ｓ ｅ ｇ Ｉ Ｌｏ ｇ Ｔ Ｌｉｍｉ ， Ｎ ｈ ｎ ｌ ｈ ｎ
智能传 感 器分 为智 能传 感 器接 口模 块 （ 包括 电子 数据 表格 Ｔ Ｄ ） Ｅ Ｓ 、网络适 配 器及 Ｓ Ｉ 与 Ｎ Ａ ＴＭ Ｃ Ｐ间 ＴＩ 口 Ｉ接 关键 词 ：智 能传感 器 ；Ｉ Ｅ ４ １ Ｅ Ｅ １ ５ ，；Ｉ Ｅ ４ １ Ｅ Ｅ １５ ；Ｉ Ｅ ４ １１ Ｅ Ｅ １ ５ ． ２
网络 化 智 能 传 感 器 的 开 发 具 有 重 要 作 用 。
变送器接 口模块 Ｓ Ｉ 及两者 间的有线 、 ＴＭ 无线接 口； ③ 定 义 ＮＣ Ｐ 中 封 装 不 同网 络通 信 协 议 接 口， 支 Ａ 持 多种 网络模式及 总线标准 ；④ 对 智能传感器 的
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兵 工 自 动 化
网络与售息技币
Ｎｅｗｏ ｋ ａ ｄ Ｉ ｆ ｒ ｔ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｔ ｒ ｎ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ
Ｏ． ． ｔ ｍ ａ ｉ ｎ Ｉห้องสมุดไป่ตู้Ａｕ ｏ ｔ ｏ
２０ ０ ７年 第 ２ ６卷第 ８期
Ａｂ ｔａ ｔ ｎ ｅ ｌ ｅ ｔ ｓ ｎ ｏ ｔ ｎ ａ ｄ Ｉ ｓｒ ｃ ：Ｉ ｔ ｌ ｇ ｎ ｅ ｓ ｒ ｓａ ｄ ｒ ＥＥＥ ４ ｉ ｏ ｉ １ ５１ Ｓ ｃ ｍｐ ｓ ｄ ｏ ｅ ｅ ｕ — ｔ ｎ ａ ｄ ．Ｉ ＥＥ ４ ． ｍｏ ｅ ｒ ｖ ｄ ｓ ｏ ｅ ｆ ｓ ｖ ｎ ｓ ｂ ｓａ ｄ ｒ Ｓ Ｅ ｌ ５１ １ ｄ ｌｐ ｏ ｉ ｅ ｓ ｆｗａ ｅ ｉ ｔ ｒ ａ ｅ ｅ ｗｅ ｎ ＮＣＡＰ ａ ｄ ｎ ｔ ｒ ｓ ｔａ ｓ ｕ ｅ ｓ ｗｈ ｃ ｓｆ ｔｆ ｒ ｓ ｓｅ ｏ ｏ ｔ ｒ ｎ ｅ ｆ ｃ ｓ ｂ ｔ ｅ ｎ ｅ ｗｏ ｋ ． ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ， ｉ ｈ ｉ ｉ ｏ ｙ ｔ ｍｓ ｃ ｍｐ ｓ ｄ ｏ ｎ ｒ ｓ ｍｅ ＮＣＡＰ ｏ ｅ ｆｏ ｅ ｏ ｏ ｓ
智能传感器接口模块
南京林业大学本科毕业设计（论文）题目：智能传感器接口模块STIM设计二O一一年六月一日智能传感器接口模块STIM设计摘要IEEE 1451标准开发了一种软硬件的连接方案，将智能传感器连接到网络或者用以支持现有的各种网络技术，包括各种现场总线及Internet/Intranet。
通过定义一整套通用的通信接口，使传感器在现场级采用有线或无线的方式实现网络连接，大大简化由传感器构成的各种网络控制系统，解决不同网络之间的兼容性问题，并能够最终实现各个厂家产品的互换性和互操作性。
本文依据IEEE1451.2标准设计了智能变送器接口模块STIM并实现了即插即用功能。
在硬件方面，主要围绕AT89C52展开，设计了传感器模块、信号调理模块、复位电路、存储器电路和电源电路。
软件方面，介绍了STIM主体软件结构和实现的功能。
在传感器RS232串口和电子数据表格TEDS设计上，首先对RS232串口和TEDS的协议做了一定的介绍和研究。
通过硬件和软件两方面的设计，利用调试工具对STIM进行调试，实现了串口的接收发送数据和TEDS下载到片内FLASH的功能。
本次设计为智能变送器接口模块STIM的集成提供了功能验证，为符合IEEE1451标准的智能变送器的研究奠定了基础，为开发各种IEEE1451标准的智能传感器模块STIM提供了范例。
关键词：IEEE 1415标准；智能传感器接口模块；电子数据表格Design of a Smart Transducer InterfaceModule STIMAbstractIEEE 1451 standard has developed a hardware and software connectivity solutions, the intelligent sensor is connected to a network or networks to support various existing technologies, including a variety of field bus and the Internet / Intranet. By defining a set of common communication interface, so that the sensor at the field level by wire or wireless means to achieve the network connection, greatly simplifying the sensor composed of a variety of network control system, to resolve compatibility issues between different networks, and can ultimately interchangeability of the various manufacturers of products and interoperability.This article is designed according to IEEE1451.2 standard smart transducer interface module and implements plug and play functionality STIM. On the hardware side, the main focus AT89C52 started to design a sensor module, signal conditioning modules, reset circuits, memory circuits and power circuits. Software, describes the main software architecture and implementation STIM functions. RS232 serial port and the sensor TEDS spreadsheet design, the first TEDS RS232 serial port and protocol to do a certain presentation and research.Both the hardware and software design, use of debugging tools to debug STIM to achieve the serial receive and send data downloaded to the on-chip FLASH TEDS functionality.This article is designed according to IEEE1451.2 standard smart transducer interface module and implements plug and play functionality STIM, smart transducer interface module for the integration of STIM provides functional verification, in order to meet the IEEE1451 standard Smart Transducer laid the foundation for the development of a variety of smart sensor module IEEE1451 standard provides examples of STIM.Keywords: IEEE 1415 standard ；Intelligent sensor interface module ；Transducer electronic data sheet(TEDS)目录1绪论 (1)1.1选题的主要目的和意义 (1)1.2研究背景 (1)1.2.1国内研究状况 (1)1.2.2国外研究状况 (2)1.3本文的主要内容 (2)2STIM模块总体设计 (3)2.1IEEE1451系列标准概述 (3)2.2总体设计思路 (9)3STIM硬件设计与实现 (12)3.1硬件设计原则 (12)3.2STIM中芯片的选择 (12)3.2.1CPU(AT89C52) (12)3.2.2锁存器（74HC573） (13)3.2.3存储芯片 (14)3.2.4热电偶数字转换芯片（MAX6675） (15)3.3ADC功能模块 (17)3.3.1MAX6675的工作原理与功能 (17)3.3.2MAX6675与AT89C52的接口实现 (17)3.4存储模块 (18)3.5电源电路 (19)3.6串口电路 (20)3.7复位电路 (21)3.8STIM硬件电路图 (22)4STIM软件设计 (24)4.1软件总体设计 (24)4.2串口通讯 (26)4.3TEDS下载程序 (27)5程序调试 (30)5.1串口调试 (30)5.2TEDS下载程序调试 (33)6总结与展望 (35)致谢 (37)参考文献 (38)附录 (40)附录一 (40)附录二 (41)1 绪论1.1选题的主要目的和意义智能传感网络技术的发展现状和国际电子电气工程师协会IEEE组织为解决网络化智能传感器接口标准化问题而提出的IEEE 1451系列标准。
外文翻译来了来了
基于1451规范的定期关联匹配通信(PAMC)的无线传感器接口即插即用机制研究摘要：为了符合IEEE 1451.5的标准（IEEE：电气和电子工程师协会），定期关联匹配通信（PAMC）的ZigBee无线智能传感器被提出，以便实现无线传感器接口即插即用。
在ZigBee应用子层，信息的四种帧格式都被界定；根据实际的应用，传感器电子数据表（TEDS）中的内容被重新定义。
网络适配器（NCAP）和无线传感器接口模块 (WTIM)的调谐码来监测网络结构的变化，数据存储单元被用于实时更新时间，节省网络结构参数。
关联配置表在无线传感器接口模块中被确定，其目的是用来换传感器的频道信息。
通过组合经由无线传感器接口模块请求帧定期发送，网络适配器能够快速和准确的识别无线传感器接口模块的访问、断开网络、建立ZigBee智能传感测试平台。
试验结果表明，采用定期关联匹配通讯（PAMC）的方法可以有效的实现IEEE1541无线传感器接口即插即用和鉴定。
设置连接匹配的通信时间为1秒，无线传感器接口模块的网络访问时间小于1.8秒时，更好地满足实际应用的要求。
1.简介无线传感器网络被广泛应用于工业控制，智能家居，医疗保健，军事监视等等。
网络化和智能化的引入极大的丰富无线传感器类型，同时，系统配置也变得更复杂。
根据工程师测定的一项研究数据显示，近20％的数据采集的总成本都花在了硬件/传感器设置和配置上。
即插即用智能传感器，不仅缩短了软件和硬件的构建时间，同时也增加了整个系统的集成度和可靠性。
无线智能传感器的访问，故障及损坏都能导致结构变化，无线传感器网络必须及时地调整和组织，这就需要可扩展、标准化、接口和即插即用能力的无线智能传感器，因此，确保无线智能传感器即插即是无线传感器网络需要解决的关键问题之一，相关的研究也具有划时代的意义。
IEEE 1451.5的标准使得互换和通用的无线智能电传感能够运用于不同的无线电网络，并且，针对标准化和可扩展性的无线智能传感器还提供了有效的解决方案。
传感器综述
绪论：随着科学技术的迅猛发展，世界技术发达国家对传感器技术的开发相当的重视。
因为一个国家的现代化水平是用其自动化水平来衡量的，而自动化水平是用仪表及传感器的种类和数量多少来衡量的。
传感器位于系统之首，其作用相当于人的五官，直接敏感外界信息，是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制的主要环节，一切科学研究和生产过程要获取的信息，都要通过它转换成便于传输、处理、记录、显示和控制的可用信号。
所以，测试技术与自动控制水平的高低被认为是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志，传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础。
传感器技术在近些年来发展迅速，与计算机技术和通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。
现代科技中，自动化与智能化已经成为新的发展方向，传感器作为自动测量与控制中的关键环节，在社会的生产生活中应用十分广泛，且具有巨大的发展空间。
本文就传感器技术的历史发展过程及应用趋势进行综述性概况。
一、传感器技术历史回顾传感器技术可以说是仿生学中的一部分，从远古时期就已经渗透到人类生活的各个方面。
在 20 世纪中期传感器技术正式问世，各国信息化产业的发展带动了传感器的研发水平，传感器技术水平不断的提高并快速发展，其大体经历三个历程：结构型传感器、固体传感器、智能传感器。
结构型传感器利用结构参量变化来感受和转化信号；固体传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，利用某些材料的特殊性质来完成物理特性测试并转化。
智能传感器目前还未有统一的科学定义，IEEE协会从最小化传感器结构的角度，将能提供受控量或待感知量大小且能典型简化其应用于网络环境的集成的传感器称为智能传感器。
相对于仅提供表征待测物理量大小的模拟电压信号的传统传感器，充分利用当代集成技术，微处理器技术等的智能传感器，其本质特征在于其集感知、信息处理与通信于一体，能提供以数字量方式传播具有一定知识级别的信息，具有自诊断、自校正、自补偿等功能。
基于IEEE1451接口的智能网络传感器设计
第30卷 第5期2007年10月电子器件Ch inese Jou r nal Of Elect ro n DevicesVol.30 No.5Oct.2007Smar t N et w or k Sensor Design B a sed On I EEE 1451YE X i ao 2h ui 1,Z H A N G Sen 1,WU Yua n 2y ua n21.Col lege of Elect roni c En gi neeri ng Navy Uni versi t y of En gineeri ng ,W uhan 430033,China;2.Navy Rep ai ri n g F act ory of Naut ical Equi pment ,Qin g dao S hand on g 266071,Chi na )Abstract :A new i nt erface ,based on t he combi ne of IEEE 1451.2and IEEE 1451.4,wa s brought forward.It solves t he pro bl em of unified i nt erface i n t he data collect ing syst em wit h fix collecti ng channel ,whensensors are plug and re moved freque ntl y.All sensors can be pl ug i n any cha nnel i n any combi ning for mat.Sensor s ’TEDS wa s designed ba sed on IEEE 1451.2St andard.In t he end ,t ake t he temperat ure sensor u 2si ng Pt100as t ransducer for e xample ,t he designing met hod of correction e ngine was presented.Expe ri 2ment result s demonst rat ed t hat t he correcti ng engi ne can i mprove t he preci sion by 0.1～0.4cent igra de t hermo met er.K ey w or ds :IEEE 1451;net worked se nsors ;data correcti ng ;TEDS ;Pt 100EEACC :1350F基于I EEE1451接口的智能网络传感器设计叶晓慧1,张 森1,吴媛媛21.海军工程大学电子工程学院,武汉430033;2.青岛海军航保修理厂,山东青岛266071收稿日期:2006211213作者简介张 森(82),男,硕士研究生,主要从事网络传感器方面的研究,j _x @;叶晓慧(62),男,博士,教授,博士生导师;吴媛媛(82),女,硕士摘 要:提出一种基于IEEE1451.2和IEEE1451.4相结合网络传感器的接口,有效地解决了固定通道数的数据采集系统,频繁进行热插拔情况下统一接口设计的问题.所有传感器能以任何组合插入任何一个或多个数据采集通道.设计了基于IEEE1451.2的TEDS ,最后详细介绍了以Pt100为变换器的温度传感器的校正引擎的设计.实验证明,该校正方法能提高测量精度0.1～0.4℃关键词:IEEE 1451;网络传感器;数据校正;TEDS ;Pt100中图分类号:TP316 文献标识码:A 文章编号:100529490(2007)0521870204 信息技术由信息获取、信息处理、信息传输三个基本技术组成.随着计算机和网络技术的发展,信息获取、信息处理、信息传输渐渐融合.作为信息获取的基础———传感器技术,与计算机网络技术逐渐向集成化的方向发展,网络化、信息化的传感器成为传感器技术的新的发展方向[1].在这种背景下,IEEE1451标准应运而生.IEEE 1451.2定义了一个TII 接口(Transducer Independent Int erface ),IEEE 1451.4定义了一个MMI 接口(Mixed 2Mode Int er 2face ).关于T II 和MMI 接口的详细内容参见文献[223].1 传感器网络接口设计由于要设计一个数据采集系统,A/D 采样采用16位,它有四个采集通道,并有14种传感器.要求这些传感器能以任意组合插入任意一个或多个通道.因此,经分析,纯粹的IEEE1451.2或IEEE1451.4标准都不能满足设计要求.8:192o h n so n h sin a.co m 192190.本文提出一种新的接口设计方法,即将IEEE1451.2和IEEE1451.4将结合,各取其优点.利用IEEE1451.2数字接口灵活、功能强的特点,采用I 2C 总线设计接口的数字部分,由于I2C 总线可以挂多个器件,因此对于主控制器来说,增加采样通道不会导致增加主控制器I/O 端口的负担.同时,利用IEEE1451.4模拟接口的相关特征,采用符合IEEE1451.4标准的模拟接口.具体接口如图1所示.图1 数据采集器与传感器连接关系图由于所涉及的传感器种类繁多,各种传感器的输出信号形式各不相同,为了达到统一接口的目的,必须在传感器端对信号进行调理.因此为了节省成本、降低传感器的复杂程度,更重要的是降低调理后信号的噪声及纹波,我们在接口连接线中引入了正负电源.SCL 和SDA 为I2C 总线的传输线.I2C 总线上的每个节点都有一个地址相对应.为了能够使每个传感器能够获取其的所在通道号,我们在接口连接线中加入了两根地址线ADDR0和ADDR1,它们分别为00、01、10、11时对应四个通道.当传感器插入到某一通道时,只需读取ADDR0和ADDR1即可知道其所在的通道.我们将所有传感器的节点地址的前五位设为一个固定的值,将ADDR0、AD 2DR1作为节点地址的后两位,因此,对于数据采集器来说,只需直接读取某个通道,而不需要考虑那个通道上插的传感器.从而解决了数据采集器与传感器的识别与握手问题.图1中A_OU T 为模拟信号的输出端,通过调理电路,将所有传感器的输出均变换到-5～+5V.D_OU T 为预留给以后开发数字类的传感器所用的端口.STA TUS 是用来检测传感器热插拔,通过电平变化来判断插入和拔出.2 TEDS 设计[122,4]本设计中,采用IEEE1451.2和IEEE1451.4相结合的接口,而分析这两种标准的TEDS ,虽然它们都具有基本相同的结构和内容,但IEEE1451.4的TEDS 主要是最基本的信息,由于IEEE1451.2的TEDS 更为完整,并且也基本已经为业界所接受,因此,我们采用I 5中所定义的T DS 在T DS 设计过程中,首先要确定所需要的T DS 和各个T DS 所需的存储空间的大小在本设计中,我们使用三个TEDS ,它们是:Meta _TEDS 、Channel TEDS 、CalibrationTEDS.由于考虑本设计涉及多种传感器,每一种传感器在IEEE1451.2标准所定义的TEDS 中可能需要不同的存储空间,虽然每一种TEDS 都有TEDS 长度的信息以保证所有TEDS 信息均能被寻址,但是如果采用一种统一的存储模式,则系统的软件系统将简单许多.因此,我们在保证每个TEDS 的存储空间有剩余的前提下,规定每个TEDS 的存储空间为128byte ,使得数据采集器只需到指定地址读取指定数据.每个传感器采用AT24C04作为存储器,其具有51238bit 的存储空间,能够满足本设计的要求.设计格式如表1所示.表1 各个TEDS 的地址及长度TEDS EEPROM 存储地址T E DS 长度/byteMeta_TE DS000000000b 128Channel TEDS 010000000b 128CalibrationTEDS100000000b1283 校正引擎的设计(1)数据校正引擎原理[2,5,6]校正引擎是指应用特定的数学函数对来自一个或多个STIM 换能器的数据或来自其他途径的数据融合起来,应用数学公式或存储的多项式系数为这个通道校正出一个精确的数据.校正引擎同时执行校正和转换,包括将传感器获得的数据转换成工程量和将工程量转换成执行器所需的表达形式,传感器的校正引擎实现了由浮点数表示的工程量与传感器获得数据或者执行器要接收的数据之间的映射关系.校正引擎运行在数据采集器中,它利用STI M 中的标定TEDS 中的各种校正系数对原始数据进行变换.根据IEEE1451.2标准,校正引擎一般采用的数学公式是多项式(1).为限制多项式次数,校正引擎应用分段多项式函数,对具有不同要求的输入值采用不同的校正系数,校正引擎一般的表达式如下:∑D(1)i =0∑D(2)j =0…∑D(n )p=0Ci ,j …p[X 1-H 1]i [X 2-H 2]j …[X n -H n ]p(1)式中,X n 为输入校正引擎的数据,也就是从传感器获得原始数据或者到执行器的数据;H n 为偏移量;D (k )为X k 的次数;C i ,j …p 为校正系数.偏移量H n 和校正系数C i ,j …p 都存储在智能传感器的标定TEDS 中,此外,标定TEDS 还包含数据类型的定义、单位、换能器类型,以及其他配置校正引擎所必需的信息.每一个输入变量的范围根据要求被分成段,每一段的标定T DS 都包含了用于方程()的系数一个有两个输入的分段情况如图所示分段的目的是为了在分段间隔与多项式次数之1781第5期叶晓慧,张 森等:基于IEEE1451接口的智能网络传感器设计8EEE141.2E .E E E .E 1.2. 图2 二维输入的分段校正函数间取得均衡,例如,如果图2中的分段可以在在每个单元中进行线性校正,那么每个单元上的校正函数为f (X 1,X 2)=C 00+C 01(X 1-H 1)+C 10(X 2-H 2)+C 11(X 1-H 1)(X 2-H 2)数据校正时,要先找检测值所在的段区间,然后校正引擎采用校正方法进行校正.(2)Pt100温度传感器的数据校正设计本设计中,所涉及的传感器种类众多,受篇幅所限,本文以P T100的温度传感器为例,电路实物图如图4所示,具体介绍数据校正引擎的设计及TEDS 数据的生成.图3 温度传感器电路实物图Pt100的变换电路采用非平衡电桥测量电路[7],如图4所示.图中R 1、R 2、R 3均采用高精度的精密电阻,不考虑它的温度漂移.图4 非平衡电桥测温电路Pt100的计算公式有两个[7]:在0～850℃的范围中:R t =R 0(1+At +Bt 2)在-200～0℃的范围中:R 1=R 0[1+At +Bt 2+Ct 3(t -100)]其中A 为常数 A =3.90802×10-3/℃,B 为常数 B =-5.802×10-7/℃,C 为常数 C =- 4.2735×℃,R 为T 在温度为℃时的电阻值,R 为在温度时的电阻值实际使用的铂电阻,由于纯度等因素的影响,、B 的值与标准值略有偏离,其影响忽略不计.由于t 与是R t 一个平方根的关系,因此,根据上述数据校正引擎的原理,Pt100的校正函数为一个输入且分段线性的函数,每一段的校正函数是:t =C 0+C 1(R t -h )考虑到单片机的运算能力并且本设计中温度测量的范围为-30～350℃,将Pt 100在-30～350℃中分3段,用最小二乘法的方法计算各系数及各分段点的值,即误差平方的偏导数为零所求得的值就是最小二乘法的系数[8].9(∑n(t -t n )2)9C m=0将上式化简得:∑nt 9t9Cm∑ntn9t 9C m式中,n 是传感器校正区间的分段数,m 是在每个分段中的各个系数.经过计算,可求得校正的拟合函数为:t = 2.5860Rt -258.1465 (88.2237ΦRt <138.8102)2.6897Rt -272.5396 (138.8102ΦRt <185.6561)2.7985Rt -292.7404 (185.6561ΦRt <229.6731)上式中88.2237、138.8102、185.6561、229.6731为Pt100分别在-30℃、100.8182℃、226.8182℃、350℃时的电阻值.拟合标准差:σ=0.2086.可得到Pt100温度传感器中TEDS 的内容如表2所示.表2 Pt100温度传感器的TEDS 存储信息名称存储值类型及字长/byte 存储值TEDS 存储值总数整型:471校正通道数字符型:11校正通道列表字符型:11校正通道输入值选择字符型:10校正函数的次数:D (k)字符型:11校正函数的分段数:N (k )字符型:13分段边界值列表浮点型:4浮点型:4浮点型:4浮点型:4浮点型:4浮点型:488.2237138.8102138.8102185.6561185.6561229.6731分段偏移量列表:H浮点型:4浮点型:4浮点型:4-258.1465-272.5396-292.7404第一段的系数值浮点型:4浮点型:4-258.1465 2.5860第二段的系数值浮点型浮点型536 68第三段的系数值浮点型浮点型852781电 子 器 件第30卷810-12/0P 1000t Pt100t .Pt100A :4:4-272.92.97:4:4-292.74042.79 (3)实验记录在传感器的校准过程中,我们对一只普通B 级Pt100铂电阻进行实验.用它测量ESL -300型高低温箱的温度,高低温箱的温度可在-70～150℃之间调节,对数据采集器的同一次采集的数据,按照校正与不校正的方式进行换算温度,不进行校正的换算方法是:查表先得出-30℃和350℃的电阻值,求出连接两点的直线,然后按照测量的电阻值换算得温度值.表3是实验记录,从表3可见,在-70～150℃范围内,测量精度可提高0.1～0.4℃.由于电阻-温度变换曲线的曲度及由直线拟合的结果,在160℃时误差将达到最大.表3 TEDS 校正提高温度测量精度的实验数据单位:℃实际温度值-28.0 2.035.065.090.0120.0149.1未校正的温度值-27.9 2.135.265.290.3120.4149.5校正后的温度值-27.95 2.0935.1465.0890.04120.05149.17差值0.050.010.060.120.260.350.334 结论采用IEEE1451标准通用的接口,灵活的运用在所需的场合.特别是IEEE1451标准中的TEDS ,在传感器的智能化、标准化设计有重要的作用,同时,通过校正引擎,能有效地提高测量精度.参考文献[1] 张森,叶晓慧,王红霞.基于IE EE 1451.3的IPv6网络传感器设计[J ].电子器件.2006,29(1).1932197.[2] I EEE St andard :IEEE 1451.221997[S].[3] I EEE St andard :IEEE 1451.422004[S].[4] 卞亦文,吴忠城,戈瑜.网络传感器在机器人感知系统中的应用研究[J ].机器人.2003年7月25(4).[5] Lee B arford ,Qiang Li.Choo s i ng Design s of C ali brat ion Trans 2ducer El ect ro nic Data Sheet s [J ].Int ergrat ed Sol ution L abo ra 2to ry ,Sept ember ,1998:3202325.[6] 郭辉,陶波,丁汉.IP 传感器的数据校正[J ].测控技术,2004,23(7):124.[7] 郑善锋,郑华杰,黄其智,尚志红.利用微机数据处理提高温度测量精度[J ].电路与系统学报.2005,10(1).[8] Helena Ram o s ,Post olache O ,Perei ra M ,G i rao P.IE EE 1451Correctio n Engine to Tem p erat ure 2Compensatio n of Magnet o 2res i st ive Transducers [C ]//IM TC 20052Inst ru m ent atio n and Measurem ent Tech nolo gy Conference.2005,05.5602564.(上接第1869页)T a b.1 Implementa tion results Tec hnologySM IC 0.18μm Frequency 200M Hz Logic gates 3.8k Power4.8mW5 ConclusionsIn this paper ,the design of a hardware loop buff 2er and it s role in an embedded VLIW DSP archit ect ure has been presented.Owing to zero 2overhead hardwareloops ,it can be an e ffective way to speed up loop 2i n 2tensi ve code.Short loops i n t ypical DSP application code can be handled power efficient due to a reduced number of program memory fetch cycle.In t he embed 2ded market where power and cost are efficient ,this hardware loop buffer has been shown to be a good way of speedi ng up loops wit hout drasticall y the c omplexity of t he DSP pr ocessor.R f [] y L ,D Q [M ]M K f ,ISBN :1558605967,3rd edit ion ,May 15,2002:3042378.[2] Si na D ,Fou ntain T ,K acsuk P.Advanced C o mput er Ar 2chi tecut ures :A Design Space App roach[M ].Addi s o n Wes l ey Publi shing C o mpany ,Harl ow1997,1922105.[3] Sanchez J and G o nzal ex A.Modulo S cheduling for a Full y 2Di s 2t ribut ed Cl ust ered VL IW Archit ect ure[C ]//Proc.33rd int ’lSy m po s i um o n Mi croarchit ect ure ,Dec.2000,1242133.[4] Danckaert K ,Massel os K,C at t hoo r F.St rat egy for Power 2Ef 2ficient Desig n of Paral lel Sys tems [J ].IEEE Transactio ns on VL SI Syst ems ,1999,7(2):2582265.[5] K oji ma H ,Gorny D ,Nit t a K ,S asaki K ,Power Analy s i s of aProgrammabl e DSP fo r Archit ect ure/Prog ram opt imizat ion [C ]//Tech.Dig.IEEE Sym p.L ow Power Elect ro n ,Oct ,1995:26227.[6] S ias J ohn W,Hunt er Hi ll ery C ,Hwu Wen 2m ei W.Enhanc i ngLoop Buffering of Media and T elecommunications Applications u 2s i ng Low 2Overhead Prediction[C]//The 34t h Annual Int ernation 2al Sym pos i um on Microarchit ect ure ,December 2001.[7] 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基于IEEE1451.2的智能变送器接口模块的设计与实现
差子 口｜ １ ５。的 ｜ ｜４ １
拙 是 咎 雾 瓣 嚣
基金项 目 ：国家 自然科学 基金（ 目编号 ：６ ２２２） 项 ０７Ｏ７
源代 码仿真器 两部分 。系统 的主程 序流程 图如图 ６所示 。
六、实验
在与 ＮＣ ＡＰ连接之 前需对 Ｓ Ｉ 进 行测试 ，测试 的 ＴＭ 思路是把 Ａ Ｃ １ Ｄｕ ８ ２作为 从机 ，Ｐ 作为主机 ，当主机发 ｃ 送 数据 采集 指令 时，从机 通过 串 口将采 集到 的数据 发送 给 主机【。 测试平 台用 Ｖ 本 Ｂ编写 ， 利用 ＶＢ的 ＭＳ ｏ Ｃ ｍｍ 控件 ，通过 串 口传输和接 收数据 。测试平 台如 图 ７所 示 ， 该平 台实时显示 了从温 度传感器 获得 的数据 。
关键 词 ：ＩＥ １５ ．； Ｅ Ｅ ４ １２智能变送 器接 口模块 ； Ｄ Ｃ８２测 试平台 Ａ ｕ １；
中图分 类号 ：Ｔ ２ ２ Ｐ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ — ８ Ｘ （０２ １ ０ ２ — ３ ０ ６ ８３ ２ １ ）０ — ０ ０ ０
收稿日期 ：２ １ —１ —２ Ｏ１ １ ６
二 、 ＩＥ １ ５ ． Ｅ ４ １ ２标 准 川 Ｅ
ＩＥ ４ １ Ｅ Ｅ１５ ． ２标准具 体定义 的了三 个方面 的内容：智 能变送器接 口模块 （ ＴＭ ）及其 包含 的每 个通道 ＳＩ
的功能 、变送器 电子数据 表 （ Ｅ ）和变送 器独立接 口（Ｉ 。系统 的结构框架如 图 １所示 。 Ｔ ＤＳ ＴＩ ）
ＩＥ １ ５ ． Ｅ Ｅ４１ ２标准把 网络化智 能传 感器分 为两个模块 ：Ｓ Ｉ 模块 和 ＮＣ Ｐ 模块 。简 单地 说 ，Ｓ Ｉ ＴＭ Ａ Ｔ Ｍ 模块 用来实现传 感器 的智 能功能 ， Ａ ＮＣ Ｐ模块 用来实现传 感器 的网络通 信功能 。 两个模块通 过 Ｔ Ｉ 这 Ｉ 连接 ， ＴＩ Ｉ 是一个 １ ０根线 的数字接 口［ ，其硬件连 接 图如 图 ２所示 。 ２ ］
IEEE 1451网络化智能传感器标准的发展及应用探讨
ｌ蜀
Ｓｉｇ魏ａ｛ｐ影Ｏｃｅ
童利标徐科军梅涛口
一、引言
擒要：｜ＥＥＥ １４５１标准由｛ＥＥＥ’４５１．１、１４５１．２、Ｐ１４５１。３和Ｐ１４５１．４组
为了解决传感器与各种网
成。它定义了一套连接传憩器勤嚼终的标准｛艺通用接ａ．建立了网络化智
络相连的问题，以Ｋａｎｇ Ｌｅｅ为
能传感器的框架．这使得传感器奄ｌ造商有能力支持多种网络。然雨．｜ＥＥＥ
变送器的数量。此外，
ＩＥＥＥ Ｐ１４５１ｔ３工作组
正在考虑一些可选的
ＴＥＤＳ。 所有ＩＥＥＥ
１４５１．２中允许的ＴＥＤＳ
都有可能包括在内。这
些可选的ＴＥＤＳ中最
常使用的是标定
ＴＥＤＳ。这个ＴＥＤＳ提
供了必要的常数来转
换原始的传感器数据
为工程单位的格式或者转换工
程单位格式到执行器所需要的
格式。一些其它的ＴＥＤｓ正在考
最简单的系统只含有总线 管理通信通道，它被用作所有的 通信通道。总线通信通道置于一 个固定的频率，或至少是一个小 频率，保证每一个总线控制器都 能使用。对最简系统来说，ＴＢＩＭ 通信函数、同步函数、触发函数 和数据传输函数都共享同样的 通信通道。
ｍＥＥ Ｐ１４５１．３中定义了几 种ＴＥＤＳ。它们可以多种方式来 划分。一些ＴＥＤＳ是机器可读且 被用作允许总线控制器决定设 备的特点；而其它ＴＥＤＳ是基于 文本的用来说明设备如何操作 的。三种机器可读的ＴＥＤＳ对系
ｒ．Ｔ１．０３▲。
万方数据
·一２ｉ００丽２．荣６ 夔量堂显◇Ｖ…一ｊ
个ＴＢＩＭ中只有一个
模型总体ＴＥＤＳ。变送
器特定的ＴＥＤＳ描述
了每个变送器的特点。
在ＴＢＩＭ中，每一个变
送器都有一个变送器
IEEE-1451-介绍
IEEE 1451.0
IEEE 1451.X
Network Capable Application Processor (NCAP)
IEEE 1451.2 1451.3 1451.5 1451.6 1451.7
IEEE 1451.X Physical Layer (PHY)
.2 .3 .4 .6 是有线方式； .5 .7 是无线方式；
IEEE 1451协议簇 – .5 （wireless)
- IEEE 1451.5定义了WTIM和 NCAP间的无线接口，如 802.11(WiFi), 802.15.1(Bluetooth), 802.15.4(ZigBee), 6LowPAN。
- 一个NCAP可以包含有多个无线接 口模块，通过不同的无线接口协议， 与WTIM通信。
Network Interface
(NI)
Network Capable Application Processor (NCAP)
Transducer Independent
Interface (TII)
Transducer Interface Module
(TIM)
IEEE 1451协议簇
- 1451.0-2007 – Common Functions, Communication Protocols, and Transducer Electronic Data Sheet (TEDS) Formats - 1451.1-1999 – Network Capable Application Processor Information Model (NCAP) - 1451.2-1997 – Transducer to Microprocessor Communication Protocols & TEDS Formats (Wired point-to-point link between NCAP and STIMS) - 1451.3-2003 – Digital Communication & TEDS Formats for Distributed Multidrop Systems (Wired multi-drop, 1 NCAP connected to multiple STIMS) - 1451.4-2004 – Mixed-Mode Communication Protocols & TEDS Formats (Analog and Digital) - 1451.5-2007 – Wireless Communication Protocols & Transducer Electronic Data Sheet (TEDS) Formats (Wireless multi-drop, 1 NCAP connected to multiple STIMS) - 1451.6-Draft – CAN bus to link Network Capable Application Processor - 1451.7-2010 – Transducers to Radio Frequency Identification (RFID) Systems Communication Protocols and Transducer Electronic Data Sheet Formats
智能传感器的原理组成及应用
智能传感器的原理组成及应用自动化领域所取得的一项最大进展就是智能传感器的发展与广泛使用..但究竟什么是“智能”传感器下面;来自6个传感器厂家的专家对这一术语进行了定义..据Honeywell工业测量与控制部产品经理TomGriffiths的定义：“一个良好的‘智能传感器’是由微处理器驱动的传感器与仪表套装;并且具有通信与板载诊断等功能;为监控系统和/或操作员提供相关信息;以提高工作效率及减少维护成本..”图1：智能传感器;像这种带有AS接口通信的感应式位置传感器;可减少系统中的传感器数量..内部诊断功能使传感器能提供故障的预指示..图2：根据IEEE1451;传感器被分为两部分：带传感元件、适当的信号调理电路以及A/D转换器的智能传感器接口模块STIM;和传感器电子数据表TEDS——一块标明传感器类型、组成与型号、校准参数及比例系数等内容的存储器芯片..STIM与具有联网能力的应用处理器NCAP相连;而NCAP为通信网络提供接口..无故障通信：“智能传感器的优势;”GEFanuc自动化公司控制器产品经理BillBlack说;“是能从过程中收集大量的信息以减少宕机时间及提高质量..”MTS传感器公司Temposonics磁致伸缩位移传感器产品经理DavidEdeal对此补充说：“分布式智能的基本前提是;在适当位置和时间拥有有关系统、子系统或组件的状态的全部知识;以进行‘最优的’过程控制决策..”Cognex公司Checker机器视觉部产品营销经理JohnKeating继续补充说;“对于一种真正的‘智能’机器视觉传感器;它应该不需要使用者懂得机器视觉..”智能传感器必须具备通信功能..“最起码;除了满足最基本应用的反馈信号;‘智能’传感器必须能传输其它信息..”Edeal表示..这可以是叠加在标准4-20mA 过程输出、总线系统或无线安排上的HART可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议信号..该领域正在增长的因素是IEEE1451——一系列旨在为不同厂家生产的传感器提供即插即用能力的智能传感器接口标准..诊断与程序智能传感器可对其运行的各个方面进行自监控;包括“摄像头的污浊;超容忍限或不能开关等;”GEFanuc自动化公司的Black说..Pepperl+Fuchs公司智能系统经理HelgeHornis补充说;“除此之外;还有线圈监控功能;目标超出范围或太近..”它也可以对工况的变化进行补偿..“‘智能’传感器;”Omron电子有限公司战略创意总监DanArmentrout表示;“必须首先能监视自身及周围的环境;然后再决定是否对变化进行自动补偿或对相关人员发出警告..”很多智能传感器都能重装到控制现场;通过提供“可设置参数;使用户能替换一些‘标准’传感器;”Hornis说道;“例如;典型的传感器一般都设置为常开NO或常关NC;而智能传感器则能设置为以上任何一种状态..”智能传感器拥有很多优势..随着嵌入式计算功能的成本继续减少;“智能”器件将被更多地应用..独立的内部诊断功能可避免代价高昂的宕机;从而迅速收回投资..传感器原理结构在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥;即为基础扭矩传感器；在轴上固定着：1能源环形变压器的次级线圈;2信号环形变压器初级线圈;3轴上印刷电路板;电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输出电路..在传感器的外壳上固定着：1激磁电路;2能源环形变压器的初级线圈输入;3 信号环形变压器次级线圈输出;4信号处理电路传感器分类倾角传感器：倾角传感器在军事、航天航空、工业自动化、工程机械、铁路机车、消费电子、海洋船舶等领域得到广泛运用..辉格公司为国内用户提供全球最全面、最专业的产品方案和服务..提供超过500种规格的伺服型、电解质型、电容型、电感型、光纤型等原理的倾角传感器..加速度传感器线和角加速度：分低频高精度力平衡伺服型、低频低成本热对流型和中高频电容式加速度位移传感器..总频响范围从DC至3000Hz..应用领域包括汽车运动控制、汽车测试、家电、游戏产品、办公自动化、GPS、PDA、手机、震动检测、建筑仪器以及实验设备等..红外温度传感器：广泛应用于家用电器微波炉、空调、油烟机、吹风机、烤面包机、电磁炉、炒锅、暖风机等、医用/家用体温计、办公自动化、便携式非接触红外温度传感器、工业现场温度测量仪器以及电力自动化等..不仅能提供传感器、模块或完整的测温仪器;还能根据用户需要提供包括光学透镜、ASIC、算法等一揽子解决方案..传感器的应用传感器的应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用设备等..①专用设备：专用设备主要包括医疗、环保、气象等领域应用的专业电子设备..目前医疗领域是传感器销售量巨大、利润可观的新兴市场;该领域要求传感器件向小型化、低成本和高可靠性方向发展..②工业自动化：工业领域应用的传感器;如工艺控制、工业机械以及传统的；各种测量工艺变量如温度、液位、压力、流量等的；测量电子特性电流、电压等和物理量运动、速度、负载以及强度的;以及传统的接近/定位传感器发展迅速..③通信电子产品：手机产量的大幅增长及手机新功能的不断增加给传感器市场带来机遇与挑战;彩屏手机和摄像手机市场份额不断上升增加了传感器在该领域的应用比例..此外;应用于集团电话和无绳电话的超声波传感器、用于磁存储介质的磁场传感器等都将出现强势增长..⑤汽车工业：现代高级轿车的电子化控制系统水平的关键就在于采用压力传感器的数量和水平;目前一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器;而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只;种类通常达30余种;多则达百种..。
imu传感器使用法规 -回复
imu传感器使用法规-回复IMU传感器使用法规随着科技的不断进步和智能化设备的普及，想必大家对IMU传感器这个名词并不陌生。
IMU传感器是指惯性测量单元传感器（Inertial Measurement Unit），是一种能够测量和计算物体加速度和角速度的设备。
它由加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器组成，用于测量和跟踪物体的位置、方向和运动。
IMU传感器的使用范围非常广泛，包括但不限于飞行器、自动驾驶汽车、无人机、机器人和虚拟现实设备等。
然而，在使用IMU传感器的过程中，我们需要遵守一些相关的法规和规定，以确保传感器的正确使用和安全性。
本文将一步一步回答关于IMU传感器使用法规的问题，以帮助大家更好地了解和应用这一技术。
1. IMU传感器的法规和标准有哪些？在IMU传感器的领域，存在一些相关的法规和标准，其中包括以下几个方面：- ISO 80601-2-76：该标准主要针对与IMU传感器相关的医疗设备。
它规定了医疗设备中使用的IMU传感器必须满足的安全和性能要求，以确保设备的安全性和有效性。
- ISO 22868：该标准旨在规范IMU传感器测量精度的标准化方法。
它定义了IMU传感器的误差、不确定度和传感器融合算法等的评估和测试方法，以确保IMU传感器测量结果的准确性和可靠性。
- FAA/RTCA DO-160：该法规主要适用于航空航天领域，包括飞机、导弹和卫星等。
它规定了IMU传感器在航空航天设备中的测试要求，以确保传感器在特定环境条件下的性能和可靠性。
- IEEE 1451：该标准旨在规范传感器和传感器网络之间的接口和通信协议。
它定义了IMU传感器与其他设备之间的通信和数据交换方式，以确保传感器的互操作性和兼容性。
2. IMU传感器的认证和标志有哪些？为了确保IMU传感器的质量和性能达到标准要求，一些认证和标志被引入到IMU传感器领域。
以下是一些常见的IMU传感器认证和标志：- CE认证：CE标志表示IMU传感器符合欧洲经济区域的法律要求，包括安全性、健康性和环保等方面的要求。
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பைடு நூலகம்
第２ ０卷
第 ２期
技 传 感 术 学 报
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ｖ０ ． ０ Ｎｏ ２ １２ ．
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２０ ０ ７年 ２ 月
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关键 词 ： 针对 目前 国内正在大量使用的传统传感器以及实现智能检测的需求 ， 基于智能化 、 网络化的设计 思想， 借助
ＩＥ １ ５ 智能变送器接 口标准 、 Ｅ Ｅ４１ 网络技术和 Ｄ Ｐ及 Ａ Ｓ ＲＭ 和 ＨＰ 技术 ， Ｉ 介绍 了智能传感器控制 系统前端的软硬件构成 ， 研究 并建 立了本智 能网络化 传统 传感器智能化 检测系统． 实现 了基于 １ ５ 协议的远程与本地传感器数据采集系统的设计． ４１ 试验表 明该系统 可以实现经改造的传统传感器与智能传感器的即插即用．
＊
张生军 ， 冉蜀 阳 ， 郑 建 史 一 曾 俊 易 ， ， ，满
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１ 四川大学 电气信息学院 ， ． 四川 成都 ６ ０ ６ Ｉ １０５ 、
＼． ２ 四川大学外 国语学院 ， 四川 成都 ６０６ ／ １０ ５
摘 要 ： 自动化技术； 即插即用； Ｅ １５； Ｉ Ｅ ４１智能传感器 Ｅ
Ｈ Ｐ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｉｔ ｃ ｎ ｌｇ ． ｅ ｔ ｅ ｅｏ ｅ ａ ｃ ｍ ｐｉｈ ｄ ｔ ｅ ｄ ｓ ｎ ｏ ａａ ｃ ｌｅ ｔ ｇ ｓ ｓｅ ｆ ｒ ｒｍ ｏ ｅ ａ ｄ ｌｃ ｌ Ｗ ｈ ｒ ｆ ｒ ｃ ｏ ｌ ｅ ｈ ｅ ｉ ｆａ ｄ ｔ ｏ ｌｃｉ ｙ ｔｍ ｏ ｅ ｔ ｎ ｏ ａ ｓ ｇ ｎ ｔａ ｓ ｕ ｅ ｓｂ ｓｄ ｏ ＥＥＥ１ ５ ｔｎ ａ ｄ ． Ｔｈ ｘ ｅ ｉ ｅ ｔｉ ｄｃ ｔｄ ｔ ａ ｈ ｓｓ ｓｅ ｃ ｎ ｒ ａｉｅ ｉ ｓａ ｔ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ａ ｅ ｎ Ｉ ４ ｓａ ｄ ｒ ｓ １ ｅｅ ｐ ｒ ｍ ｎ ｎ ｉａ ｅ ｈ ｔｔ ｉ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｌ ｎ ｔ ｎ ｚ ｐ ｕ — ｎ — ｌｙｏ ｒ ｄｔ ｎ ｌａ ｄ ｓ ａ ｔｔａ ｓ ｕ ｅ ｓａｔ ｒｂ ｉｇ ｒ ｓｒ ｃｕ ｅ ． ｌｇ ａ ｄ ｐａ ｆｔａ ｉｉ ａ ｎ ｍ ｒ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ｆｅ ｅｎ ｅ ｔｕ ｔ ｒ ｄ ｏ
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