IEEE 1451网络化智能传感器标准的发展及应用讨论.pdfVIP

IEEE1415 网络化智能传感器标准的发展及应用讨论 摘要：本文简要介绍 IEEE 1451 标准的内容和发展过程，分析限制该标准应用的一些原因， 讨论 IEEE 1451.x 标准之间的关系，给出一个用于机器人手爪的基于 IEEE 1451.1 标准的网 络化智能传感器的例子。 关键词：智能传感器，IEEE 1451 标准 一、引言 为了解决传感器与各种网络相连的问题，以Kang Lee 为首的一些有识之士在 1993 年就开始 构造一种通用智能化传感器的接口标准。在 1993 年 9 月，IEEE 第九届技术委员会即传感器 测量和仪器仪表技术协会决定制定一种智能传感器通讯接口的协议，在 1994 年 3 月，美国 国家技术标准局NIST 和 IEEE 共同组织了一次关于制定智能传感器接口和制定智能传感器 连接网络通用标准的研讨会，从这以后已连续举办了 4 次会议，讨论这种标准建立方面的细 节问题，即 IEEE 1451 传感器／执行器智能变送器接口标准。直到 1995 年 4 月，成立了两 个专门的技术委员会：P1451.1 工作组和 P1451.2 工作组。P1451.1 工作组主要负责对智能变 送器的公共目标模型进行定义和对相应模型的接口进行定义；P1451.2 工作组主要定义 TEDS 和数字接口标准，包括 STIM 和 NACP 之间的通讯接口协议和管脚定义分配。1995 年 5 月即给出了相应的标准草案和演示系统。经过几年的努力，IEEE 会员分别在 1997 年和 1999 年投票通过了其中的 IEEE 1451.2 和 IEEE 1451.1 两个标准，同时新成立了两个新的工 作组对 1451.2 标准进行进一步的扩展，即 IEEE P1451.3 和 IEEE P1451.4 。IEEE 、NIST 和 波音、惠普等一些大公司积极支持 IEEE1451 ，并在传感器国际会议上进行了基于 IEEE 1451 标准的传感器系统演示。 二、网络化智能传感器 IEEE 1451 标准简介 1、IEEE 1451.2 标准 1451.2 标准规定了一个连接传感器到微处理器的数字接口，描述了电子数据表格 TEDS （Transducer Electronic Data Sheet ）及其数据格式，提供了一个连接 STIM 和 NCAP 的 10 线的标准接口 TII，使制造商可以把一个传感器应用到多种网络中，使传感器具有“即插即用 （plug-and-play ）”兼容性。这个标准没有指定信号调理、信号转换或 TEDS 的如何应用， 由各传感器制造商自主实现，以保持各自在性能、质量、特性与价格等方面的竞争力。 2 、IEEE 1451.1 标准 IEEE 1451.1 定义了网络独立的信息模型，使传感器接口与 NCAP 相连，它使用了面向对象 的模型定义提供给智能传感器及其组件。如图 3 所示为 1451.1 标准实现模型示意图。该模 型由一组对象类组成，这些对象类具有特定的属性、动作和行为，它们为传感器提供一个清 楚、完整的描述。该模型也为传感器的接口提供了一个与硬件无关的抽象描述。该标准通过 采用一个标准的应用编程接口（API ）来实现从模型到网络协议的映射。同时，这个标准以 可选的方式支持所有的接口模型的通信方式，如其它的 IEEE 1451 标准提供，如 STIM、TBIM （Transducer Bus Interface Module ）和混合模式传感器。 1451.1 标准支持的现场设备和应用提供了很多优点，如丰富的通信模型、支持客户机/服务 器模型和发布/订阅模型、强有力的模型简化了分布式测控系统软件的开发和系统的复杂度、 模块化的结构可以容易的定制任意大小的系统、现场总线无关、总线和现场设备对应用来说 是透明的，等等。 IEEE 1415.2 传感器接口标准的功能框架 IEEE 1451.1 标准是围绕着面向对象系统技术建立的，这些系统中的核心是类的概念。一个 类描述功能模块所共有的特征，这些功能模块被称为实例或对象。基本类的概念被附加的规 范所扩展以用于 IEEE 1451.1 。这些规范包括发布集合（类所产生的事件），订阅集合（类所 相应的时间），状态机（一个大规模的状态转换规则标准集）以及一组数据类型的定义（提 供互用性所必需的一部分特性）。 IEEE 1451.1 实现模型 3、IEEE P1451.3 标准 IEEE P145