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- IP傳感器符合IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方案-IP傳感器的提出
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2014/10/16
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與智能傳感器技術(shù)的結(jié)合首次產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器這一全新概念。傳感器可以象其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一樣作為一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布與共享數(shù)據(jù)，可在網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器進(jìn)行在線編程和組態(tài)。
這種結(jié)合極大地促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展和信息化的進(jìn)程�，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了傳感器向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。在自動(dòng)化過程的測(cè)量控制級(jí)，眾多的智能傳感器通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接在一起構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)。然而由于歷史的原因，國際上并沒有一個(gè)統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)存的Profibus，F(xiàn)F，Lonworks，HART和CAN等多種總線標(biāo)準(zhǔn)之間協(xié)議互不兼容，互操作性差，各種現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品既不能互連互換，也不能統(tǒng)一組態(tài)，給系統(tǒng)的擴(kuò)展、維護(hù)等帶來不利的影響。要保證所設(shè)計(jì)的傳感器完全滿足這些協(xié)議比較困難甚至根本不可能，從而大大限制了網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器在工業(yè)上的推廣應(yīng)用。
業(yè)界迫切需要一個(gè)具有廣闊應(yīng)用前景并能被廣泛接受的傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)，以解決傳感器之間以及傳感器與網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)問題。
1、基于IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的智能傳感器
1994年IEEE和NIST聯(lián)合發(fā)起合作制訂“智能傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE1451”。經(jīng)過多年的努力，分別于1997年和1999年通過了IEEE1451.2和IEEE1451.1網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)成立P1451.3和P1451.4工作組對(duì)IEEE1451.2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展。IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)得到了包括波音、惠普等在內(nèi)的一些大公司的積極支持。采用通用的A/D或D/A轉(zhuǎn)換裝置作為智能傳感器接口模塊STIM的I/O接口，將應(yīng)用的各種傳感器的模擬量轉(zhuǎn)換成具有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定格式的數(shù)據(jù)，連同傳感器電子數(shù)據(jù)表TEDS與網(wǎng)絡(luò)適配器NCAP連接，使得傳感器數(shù)據(jù)可以按網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的協(xié)議登臨網(wǎng)絡(luò)而成為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，并具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的組態(tài)性和互操作性。TEDS存儲(chǔ)了描述一個(gè)STIM所需的全部信息:制造商、數(shù)據(jù)格式、物理單位、序列號(hào)、測(cè)量范圍以及校正系數(shù)等。這些數(shù)據(jù)可以提供給NCAP或系統(tǒng)的其它部分，以用于STIM的自我描述與校正。IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用極大地簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器設(shè)計(jì)。
2、基于嵌入式Internet的IP傳感器
2.1 IP傳感器的提出
IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)在很大程度上促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器技術(shù)的發(fā)展。然而，自1997年IEEE1451.2標(biāo)準(zhǔn)頒布以來，該標(biāo)準(zhǔn)并沒有得到廣大傳感器制造商的支持，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的探討還主要停留在學(xué)術(shù)研究的層面上，難以獲得實(shí)際的應(yīng)用。
究其原因，主要表現(xiàn)在以下幾方面。
a.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議難以統(tǒng)一。IEEE1451.1標(biāo)準(zhǔn)提出的網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立信息模型，從理論上解決了多種總線協(xié)議之間互不兼容和不能互操作所帶來的傳感器接口問題。然而，在各總線技術(shù)廠商為維護(hù)自身利益仍各自為陣，不愿推廣使用的情況下，該標(biāo)準(zhǔn)難有作為。
b.傳感器獨(dú)立接口不具有廣闊的應(yīng)用前景。IEEE1451.2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一個(gè)以串行外設(shè)接口協(xié)議為基礎(chǔ)的數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)TII，對(duì)于高速、高精的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器以及其它的高頻場(chǎng)合，該接口將難以勝任。
c.NCAP過于復(fù)雜而不易低成本實(shí)現(xiàn)。IEEE1451.1標(biāo)準(zhǔn)定義的網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立信息模型是一個(gè)較為完整的通用模型，從實(shí)際應(yīng)用的角度考慮，該模型過于復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)，缺乏一個(gè)功能相對(duì)簡(jiǎn)單的智能傳感器信息模型。
值得關(guān)注的是，相對(duì)于復(fù)雜和昂貴的NCAP，可以低成本實(shí)現(xiàn)的STIM，得到了眾多傳感器用戶的喜愛，并推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)從基于專有的總線技術(shù)向有著更加廣闊應(yīng)用空間的以太網(wǎng)方向發(fā)展。這種發(fā)展必將帶來一個(gè)新的“事實(shí)上的”網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)。此外，硅微電子技術(shù)的成熟使得在單個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微電子機(jī)械系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)，不僅解決了嵌入式微控制器與Internet連接的技術(shù)問題，同時(shí)也使得這種連接費(fèi)用降低到工業(yè)應(yīng)用可以接受的程度。這種技術(shù)的發(fā)展促使了基于嵌入式Internet的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的出現(xiàn)，稱之為IP傳感器。
IP傳感器是指基于標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，采用模塊化結(jié)構(gòu)將傳感器和嵌入式Inter2net技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來的一種新型的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器，并作為一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)直接與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信，從而使現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)就近登臨網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)所能及的范圍內(nèi)實(shí)時(shí)發(fā)布和共享。敏感元件輸出的模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理后，由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理器實(shí)現(xiàn)TCP/IP數(shù)據(jù)包的封裝和網(wǎng)絡(luò)化傳輸。反過來，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理器又能接受網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)傳給自己的數(shù)據(jù)和命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)本節(jié)點(diǎn)的操作。
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