网络化智能传感器

VI技术：
VI 的两大技术基础是计算机硬件技术和 软件技术. VI 依靠计算机强大的处理能力，高性能 的显示技术，高速的存储系统，丰富的外部 设备；同时VI还有计算机丰富的软件系统， 包括网络化的操作系统 ( 如Windows NT) 、应 用软件 ( 如 Internet Explorer) 和网络性能 非常强的 VI 软件 ( 如 National Instrument 公 司的 ComponentWorks,G Web Server 等 ) 。所 有这些使VI系统本身具备了强大的网络能力。
让传感器/执行器在应用现场实现TCP/IP协议， 使现场测控数据就近登临网络，在网络所能及的范 围内适时发布和共享，是具有 Internet/Intranet 功能的网络化智能传感器（包括执行器）的研究目 标，也是目前国内外竞相研究与发展的前沿技术之 一。
核心问题：使传感器本身实现TCP/IP网络 通信协议。 通过软件方式或硬件方式可以将 TCP/IP协议嵌入到智能化传感器中。 目前已有多种嵌入式的TCP/IP芯片 （如美国Seiko Instruments公司生产的 ichip S7600A芯片），它们可直接用作网 络接口，实现嵌入式Internet的网络化仪 器。
Intranet和因特网(Internet)具有相同的技术原理，都 基于全球通用的 TCP/IP 协议，使数据采集、信息传输等能 直接在Intranet/Internet上进行，既统一了标准，又使工 业测控数据能直接在 Intranet/Internet 上动态发布和共享， 供相关技术人员、管理人员参考，这样就把测控网和信息 网有机地结合了起来，使得工厂或企业拥有一个一体化的 网络平台，从成本、管理、维护等方面考虑这是一种最佳 的选择。
网络化智能传感器

概述 基于Web的虚拟仪器 嵌入式Internet的网络化智能传感器 IEEE1451网络化智能传感器标准



一、概 述

网络技术和计算机总线技术的发展，再加上 测控任务的复杂化以及远程监测任务等迫切需求， 促进了测控仪器向网络化的方向快速发展。 网络化仪器包括基于计算机总线技术的分布 式测控仪器、基于Internet/Intranet 的虚拟仪器、 嵌入式 Internet 的网络化仪器、基于 IEEE1451 标 准的智能传感系统以及基于无线通讯网络的网络 化仪器系统等。 它们在智能交通，信息家电、家庭自动化、 工业自动化、环境监测及远程医疗等众多领域得 到越来越广泛的应用。
利用现场总线技术
智能传感器网络化的实 现
在自动化领域，现场总线控制系统FCS （Fieldbus Control System）正在逐步取代一 般的分布式控制系统DCS（Distributed Control System），各种基于现场总线的智能传感器/执 行器技术也得到迅速发展。 但目前市场上多种现场总线并存，使得基于 现场总线的传感器/执行器（Sensor/Actuator） 接口协议标准各异，如目前市场上较为流行的现 场总线如CAN（控制ibus（过程现场总线）、 HART（可寻址远程传感器数据通信）、FF（基金 现场总线）等各有自身优势和适用范围，很难在 短期内走向统一。
• 智能传感器连入Internet的两种方式
总体上讲，这些研究可归结为两大类，
一类是直接在智能传感器上实现TCP/IP，使之 直接连入Internet； 另一类是智能传感器通过公共的TCP/IP转接口 （或称网关Gateway）再与Internet相连。
（1）直接在智能传感器上实现TCP/IP
HP公司设计的一个测量流量的信息传感器模型。


2．基于Web的虚拟仪器概念
基于Web的虚拟仪器（ VI），简单说就是 把VI技术和面向Internet的Web技术二者有机 结合所产生的新的VI技术。 形象地说，VI的主要工作是把传统仪器 的前面板移植到普通计算机上，利用计算机 的资源处理相关的测试需求；基于Web的VI则 更进一步，它是把仪器的前面板移植到Web页 面上，通过Web服务器处理相关的测试需求。

DataSocket 使用一种增强数据类型来交换仪器 类型的数据，这种数据类型包括数据特性（如采 样率、操作者姓名、时间及采样精度等）和实际 测试数据。 DataSocket 用类似于 Web 中的统一资源定位器 （ URL ）定位数据源， URL 不同的前缀表示了不同 的数据类型， file 表示本地文件， http 为超文本 传输资源， ftp 为文件传输协议， opc 表示访问的 资源是 OPC 服务器， dstp （ DataSocket transfer protocol ）则说明数据来自 DataSocket 服务器的 实时数据。
3．基于Web的虚拟仪器发展
随着网络技术发展，基于Internet的虚拟仪器 将为用户远程访问提供更快捷、更方便的服务。用 户可以通过HTTP协议远程控制和访问测量仪器系统， 可以进行远程排错、修复和监控测试。 基于Internet的分布式虚拟实验室（Virtual Lab，VLab）将完成远程医疗诊治病人、虚拟太空 测试实验、虚拟海底测试实验，也将为测控仪器的 设计与使用带来许多意想不到的新思路。
二、 基于Web的虚拟仪器

基于Web的虚拟仪器概念 基于Web的虚拟仪器软件技术 基于Web的虚拟仪器发展


虚拟仪器与智能仪器的简要对比：

智能仪器在模拟仪器的基础上有了较大的发 展，应用了许多计算机方面的技术，如可以通过标 准的IEEE488接口连接到普通计算机，仪器内部一 般内置有处理器和存储器。 但是由于IEEE488接口传输速度有限，智能仪 器存在着实时性差、价格昂贵、扩展能力低以及开 放性差的缺点，而且智能仪器也是由厂商定义的， 用户通常是无法改变的。 虚拟仪器（VI）克服了上述缺点，而将Web和 虚拟仪器结合起来，使 VI拓展到真正的分布式网 络测试应用环境中去，可以丰富测试手段，提高测 试效率，充分合理地利用有效的资源。
利用Intranet/Internet技术
对于大型数据采集系统而言（特别是自动化 工厂用的数据采集系统）由于其中的传感器 / 执行 器数以万计，特别希望能减少其中的总线数量，最 好能统一为一种总线或网络，这样不仅有利于简化 布线、节省空间、降低成本，而且方便系统维护。 另一方面，现有工厂和企业大都建有企业内部 网（ Intranet ），基于 Intranet 的信息管理系统 （ MIS ）成为企业运营的公共信息平台，为工厂现 代化提供了有力的保障。
除了上述介绍的几种软件技术以外，还有 National Instrument 的Internet Toolkit for G， Java，ASP等不断发展完善的软件技术，都可以在 基于Web的VI中得到应用。 显然，利用网络技术实现对对象的测试与控制， 是对传统测控方式的革命。测控方式的网络化， 是未来测控技术发展的必然趋势，它能充分利用 现有资源和网络带来的益处，实现各种资源有效 合理的配置。
VI和Web结合的基本模型
浏览器 浏览器 浏览器
：
浏览器
Internet
虚拟仪器
虚拟仪器
虚拟仪器
图1
虚拟仪器与WWW结合模型
可以看出，在虚拟仪器的基础上，增加其登陆 因特网及网络浏览的功能，就可以实现基于Web 的 网络化仪器了。从这一角度讲，基于Web的网络化 仪器是虚拟仪器技术的延伸与扩展。
三、嵌入式Internet的网络化智能传感 器

智能传感器
微处理器（Microprocessor）与传统 传感器（Dumb Sensor）相结合，产生了 功能强大的智能传感器（Intelligent Sensor或Smart Sensor），智能传感器的 出现给传统工业测控带来了巨大的进步，在 工业生产、国防建设和其他科技领域发挥着 重要的作用。
该传感器模型是采用BFOOT-66051（一种带有定制Web 页的嵌入式以太网控制器）来设计的： STIM（Smart Transducer Interface Module，智能变 送器接口模块）用以连接传感器 NCAP（Network Capable Application Processor，网 络适配器）用以连接Ethernet或Internet。 STIM内含一个支持IEEEP1451数字接口的微处理器， NCAP通过相应的P1451.2接口访问STIM，每个NCAP网 页中的内容通过PC机上的浏览器可以在Internet上读取。 STIM和NCAP接口有专用的集成模块问世，如 EDI1520，PLCC-44，可以在片上系统实现具有 Internet/Intranet 功能的网络化智能传感器集成。
ActiveX 最 吸 引 人 的 地 方 之 一 ， 就 是 ActiveX Controls。 ActiveX Controls 就 是 基 于 OLE(Object Linking & Embedding) 技 术 并 加 以 扩 充 ， 符 合 COM(Component Object Model) 格式的交互式软件 元件。许多原本使用于Visual Basic、Delphi等的 OCX(OLE Control)，都可以成为ActiveX Controls。 目 前 支 持 ActiveX 的 开 发 工 具 主 要 有 Visual Basic 、 Visual C++ 、 Visual J++ 以及 Delphi 等多 种编程语言。

NI公司的ComponentWorks 软件包中提供 的DataSocket具备以下三个工具：
（ 1 ） DataSocket ActiveX 控件，开发者可以利用
它提供的控件在诸如 VB 、 VC 等 ActiveX 容器中开发 共享数据应用程序。 （ 2 ） DataSocket 服务器，利用 dstp 协议在应用程 序间交换数据。 （3）DataSocket服务器管理程序，它是一个配置 和管理工具，负责确定DataSocket服务的最大连接 数、实现设置访问控制等网络管理功能。