基于IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的無線變送器模塊的設(shè)計(jì)

摘要: IEEE1451協(xié)議可以解決不同智能傳感器之間的互操作性和互換性等問題。本文選擇ZigBee作為底層通信協(xié)議，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了無線變送器接口模塊(Wireless Transducer Interface Module,WTIM)，并通過該模塊實(shí)現(xiàn)基于IEEE1451的數(shù)據(jù)傳送和信息交換。

　　引言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，基于各種現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)的分布式測(cè)量和控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。這些系統(tǒng)采用了多種控制總線，如CAN、LONWORKS、FROFIBUS、HATR、FF等。這些不同的總線標(biāo)準(zhǔn)都有自己的協(xié)議格式，相互之間不兼容，給系統(tǒng)的擴(kuò)展帶來很多不便。

　　鑒于此，國際電子電氣工程師協(xié)會(huì)（IEEE）和美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）聯(lián)合推出IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)，解決了各種不同標(biāo)準(zhǔn)的總線接口兼容性問題，提高了各個(gè)不同廠家產(chǎn)品的互換性和互操作性。

　　1 IEEE1451協(xié)議

　　IEEE和NIST推出的IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)，通過定義一整套通用的通信接口來解決不同網(wǎng)之間的兼容性問題，并最終實(shí)現(xiàn)各個(gè)廠家的產(chǎn)品的互換和互操作。其協(xié)議簇體系結(jié)構(gòu)和關(guān)系如圖1所示。根據(jù)IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)智能傳感器分成兩大模塊。

圖1 IEEE1451協(xié)議整體架構(gòu)

　　(1) NCAP（網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用處理器）模塊

　　該模塊主要執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)通信、TIM通信、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能。IEEE1451.1標(biāo)準(zhǔn)定義了它的實(shí)體模型。NCAP是標(biāo)準(zhǔn)變送器總線與專用網(wǎng)絡(luò)總線之間的接口。這一部分與微處理器集成在一起，在網(wǎng)絡(luò)化傳感器中起“大腦”的作用。NCAP還支持熱插拔功能。

　　（2） TIM（智能變送器）模塊

　　根據(jù)和NCAP之間連接的方式，可以有多種不同功能的TIM。一個(gè)TIM可以支持單個(gè)或多個(gè)不同的通道，它既可以與傳感器連接，也可以與執(zhí)行器連接。

　?、?IEEE1451.0：該層標(biāo)準(zhǔn)包括通用功能、通信協(xié)議以及電子數(shù)據(jù)表格(TEDS FORMATS)。IEEE1451.0通過定義基本命令設(shè)置和通信協(xié)議接口，為不同的物理層提供通用、簡單的標(biāo)準(zhǔn)，從而加強(qiáng)這些標(biāo)準(zhǔn)之間的互操作性。

　?、?IEEE1451.1：針對(duì)現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，定義了從智能變送器到網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)連接的方法，使用面向?qū)ο蟮乃枷霝榫W(wǎng)絡(luò)化的智能變送器定義了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象模型，并且為該模型的每一個(gè)類定義了軟件接口。

　?、?IEEE1451.2：定義了傳感器和微處理器之間的連接的數(shù)字接口TII。其定義了電子數(shù)據(jù)表格以及數(shù)據(jù)格式，還定義了一系列的讀寫命令，包括讀寫電子數(shù)據(jù)表格、讀取傳感器數(shù)據(jù)和設(shè)置執(zhí)行器數(shù)據(jù)等。