网络化智能传感器标准IEEE 14512 的TII 协议研究

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基于IEEE1451.2的网络化智能传感器模块设计

烦，为系统进一步向开放式发展的瓶颈。鉴于此种情成况，际电子电气工程师协会（ＥＥ与美国国家标准技国ＩＥ）术协会（Ｓ于１９ＮＩＴ）９７年开始推出ＩＥ１５ＥＥ４１网络化智
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ＴＥＴＥ）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。ＩＥ１５．ＥＥ４１２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（ＴＭ）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ＳＩ模块与ＮＣＰ连ＴＭＡ
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

ｎｓｔｅＴＩａｄｐＵｏｏｅｗｅｎＳＩａｄＮＣＰ，ｈｃｋｓｔｅｐｕＪｌｙｆｆｔｓｕｅｓａａｌｂｅＩｅｄｓｇｉｇｐＵｅｓｅｈＩｎｒｔｃｌｔｅＴＭｎＡｂｗｉｈｍａｅｌｇａｄｐａｈ１０ｍｎｄｃｒｖｉ１． ’ ｅｉｎｎｒｃｓａｈ０Ｉｉｃｕｅｎ１ｓｓｏｅｄｆｉｏｎ０ｋｎｒｎｉｌ０Ｉ Ⅱ （ｕｅｈａｄａｅｃｒｕｔｅｉｎｎｆｒ１ｔｒｓｎｉｇｉｆｌｄｄａａｙｉｆｈｅｉｔｎａｄｗｒｉｇｐｉｃｐｅｆＩｌ１，ｔｅｈｒｗｒｉｃｉｄｓｇｉｇ０ＩｗｉｐｅｅｔｓＴＩｎｔｎｉＴ】ｄｒｈｎｔ
能上符合ＩＥ１５．准，ＥＥ４１２标可应用于ＩＥ１５．网络化传感器研究。ＥＥ４１２的
关键词：Ｉ协议；ＥＥ４１２ＣＰ；ＴＭＴＩＩＥｌ５．；ＮＡＳＩ
中图分类号：Ｐ１Ｔ２２
文献标识码：Ａ
ＫｅｒｓＩｐｏｏ０；ＩＥ４１２；ＮＣｙｗ０ｄ：ＴＩｒｔｃｌＥＥｌ５．ＡＰ；ＳＩＴＭ
０引言
ｌ
Ｗｅｂ
ＴＥＤＳ
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，ＥＥ协会制定了针对网络智能变ＩＥ
ＤｌｎＵＩｖｒｉｏｅｌｌｌ，ａｉＩｌ６２，ｉａａｉｌｅｓｆｃｌｏａｉＴｌｏＤＩＩｌ０４Ｃｈｎ）ａ

基于IEEE 1451.2网络化智能传感器的应用研究

ＺＨＵａｇｇ，ＸｉｏａｎＦＡＮＳｈｕｈｎｚｉ
（ａｎｈｎｓｉｕｔｅｈｒｃ＂ｅｃｏｌｇｙ，ＣｈｇｚｏｕＩｔｔｅｏｆＭｃａｔｏｎｉｒｈｎｏＣｈａｇｚｏｕ．３０，ｎａ）ｎｈ２１００Ｃｈｉ
ＡｂｔａｔＴｈｅＩｓｒｃ＝ｅｎｗＥＥＥ１５ｔｎａｄｉｐｏｏｅ．ＴｈｅｉｉｉｎｏｔｒｐｂｅＡｐｌａｉｎＰｒｃｓｏ４１ＳａｄｒｓｒｐｓｄｅｄｆｔｆＮｅｗｏｋＣａａｌｐｉｔｏｅｓｒ（ｎｏｃｏＮＣＡＰ）ａｄＳｒＴｒｎｄｃｒＩｔｒａｅＭｏｕｅＳＭ）ｒｉｅｙｔｅｓａｄｒ．ｔｐｏｉｅａｉｏｅｅａｓｎｅｌｅｔｓｎｏｎｍａｔａｓｕｅｎｅｆｃｄｌ（ＴＩａｅｇｖｎｂｈｔｎａｄＩｒｖｄｓｂｓｆｒｇｎｒｌｕｅｉｔｌｇｎｅｓｒｃｉ
Ｗｉｅｅｓｒｌｓ
Ａபைடு நூலகம் ｙ
｜ＴＭｄｄ臣Ｔｒ●ｅｏ —＝ …ＭＥ＝ｉ… ｘ］… ｌＤｘｅｄ … ｃ．Ｓ
ＳｍａｒｎｕｅＲＴａｓｃｒｄｆｔｒａｅＭｏｕｅｎｅｆｃｄ／
Ｎｅｗｏｋｔｒ
（ＴＩ）ＳＭ
Ｔｒｎｕｒｓａｓ￣ｄＢｕｌｔｒａｅＭｏｕｅｎｅｆｃｄｌ
（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

ｗｏｒｋｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＤＳＰａｎｄＡＲＭｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅｂｒｉｎｇｕｐｔｈｅ—ｓｙｓｔｅｍ＇ｓｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅ
ａｓｗｅｌｌａｓｎｅｔｗｏｒｋｉｎｔｅｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ期ｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔ．｜｜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（Ｓｍａｒｔｔｒａｎｓ—
景下制定的。
ｄｕｃｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｍｏｄｕｌｅ，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，
２ＩＥＥＥ１４５１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ＩＥ４１协议族，出了统一的传感器接口和传感器ＥＥ１５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 ’
维普资讯
基于ＩＥ１２的１５．ＥＥ４智能传感嚣独立接口设计
■ 电子科技大学杨 Fra bibliotek ＩＥ１５．ＥＥ４１２协议是一种网络化智能传感器接口标准。ＩＥＥ１５．Ｅ４１２协议规定智能传感器由网络适配器
一一
关键词
ＩＥＥ１５．ＴＩ热插拔Ｅ４１２Ｉ
ＵＣＣ９８智能传感器３１
引言
２０世纪８￣９００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ＩＥ４１议族中的数字式点对点有线传输标ｔ）ＥＥ１５协
准。只要网络适配器（ＮＣＡＰ和智能传感器模块（ＴＩ））ＳＭ遵守ＩＥ１５．ＥＥ４１２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ＩＥ从符ＥＥ１５．４１２协议的传感器独立接口是此类测控网络的重要

基于IEEE1451.2的光纤传感器标准网络接口的研究

Ｊｎ．０７ａ２０
文章编号：６３１９２０）１０６ —５１７ —５Ｘ（０７０ —０９０
基于ＩＥ４．ＥＥ１５２的光纤传感器标准网络接口的研究１
郑萍
（西华大学电气信息学院，四川成都６０３）１０９
摘要：论了在电力系统中采用光纤温度传感器进行测温的方法，在此基础上介绍了一种基于讨并
ｔｅｔａｓｏｅｎｉｇｄｈｒｔｒｕｆｃｆｈｒｎｆｒｒｗｉｄｎｓａｔｅｏｏｓｒａｅｏｍｎ
ｇｎｒｔｒｔａｉｃｌｆｅｔｈｙｔｍ ’ ｌｎｅｉｅｅａｏｈｔｄｒｔａｆｃｓｔｅｓｓｅｓｏｇｖｔｅｙｙ
ｇｎｒｔｒａｅｔｅｋｙｅｕｐｎｓｉｗｅｙｔｍ．ｅｅａｏｈｅｑｉｍｅｔｎｐｒｏｒｓｓｅ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ａｉｎ［］ｈａｉｏｈｅｈｔ．Ｏｎｔｅｂｓｓｆｔｅｍｔｏｏｄ
ｎａｅｙａｄｓｆｔ．Ｔｈｒｒｗｏｄｆｉｕｔｐｏｌｍｓｉｈｅｅａｅｅａｅｔｉｃｌｒｂｅｔｅｔｍｐｒ— ｆｎｔｒａｕｅｎｒｐｗｅｙｔｍ．Ｆｉｔ，ｔｅｅｕｅｍｅｓｒｍｅｔｆｏｏｒｓｓｅｒｌｓｙｈｒｒｒｂｅｉｈｖｌｅａｄｓｒｎｉｒａｃｎａｅｐｏｌｍｓｆｈｇｏｔｇｎｔｏｇｄｓｕｂｎｅｉｏａｔｓｔ．Ｇｅｅａｈｒｏｔｒａ ’ ｍｅｓｒｈｅ — ｉｅｎｒｌｔｅｍｍｅｅｓｃｎｔａｕｅｔｅｔｍｐｒｔｒｉｃｌｎｔｅｐｗｅｔｓｅｗｉｅｈｕｅａｕｅｄｒｔｉｈｅｙｏｒｓｙｔｍｔｔｎｔｏ — ｈｓｎｒｈｎｒｄｈｕａｄｏｔｇｄｈｉｎｌａｄｏｕｄｅｔｏｓｎｖｌｅａｔｅｓｇａｓａｎｆｍｉｅａｅｔｏｗｅｋｔｅｍｅｓｒ．Ｓｃｎｌｗｅｏｒｓｔｏａｏｂａｕｅｒｄｅｏｄｙ，ｈｖｏｕｉｒｃｅｓｓａｄｄｉｔｒａｅ８ｉｉａｅｎｎｆｍａｃｓｔｎａｎｅｃｏａｄｆ — ｏｒｆｓｆ

IEEE 1451标准网络化传感器技术最新进展

表１ＩＥ１５智能变送器标准体系Ｅ４１Ｅ
代号名称与描述状态待颁布颁布标准（修订中）ＴＥＳ格式Ｄ
ＴＤＥＳ格式式
ＩＥ４１０智能变送器接口标准ＥＥＰｌ５．ＩＥ４１１网络适配器信息模型ＥＥ１５．
一
Ａｔａｏｓ。ｃｕｔｒ）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】Ｋｎｅ表示：“ ａｇＬｅ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】。１ＩＥ１５网络化智能传感器标准简介Ｅ４１ＥＩＥ４标准目的是开发一种软硬件的连接方ＥＥ１５１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Ｉｔｒｅ／ｎｒｎｔｎｅｎｔＩｔａｅ。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ＩＥ４智能变送器标准族ＥＥ１５１
【摘要１ＥＥ１５标准族的目标是定义一套通用的通信接口，ＩＥ４１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 ” 。

基于IEEE1451标准和蓝牙协议的无线网络传感器设计.

522001嵌入式系统及单片机国际学术交流会论文集~————————————————————————————————————————一~基于IEEE 1451标准和蓝牙协议的无线网络传感器设计童利标。

徐科军oo 梅涛。

①舍肥工业大学自动化研究所,舍肥.230009②中科院合肥智能机械研究所,合肥,230031摘要采用IEEE 1451标准和蓝牙协议研制智能化无线网络传感器,可使传感嚣以即插即用的方式连接到数字网络上。

本文概述IEEE 145l传感器标准和蓝牙技术,给出一种基于IEEE 145l标准和蓝牙协议的无线网络传感嚣的设计方案,并介绍它的应用前景。

关键词IEEE 1451.蓝牙协议。

无线网络传感器引言IEEE和NIST在1997年和1999年颁布了IEEE J451.2和IEEE 1451.1标准,即智能传感器模块标准和网络适配器标准。

这些标准规定了传感器与微处理器相连以及连上网络的硬件和软件接口。

根据这些标准可研制出网络化智能传感器。

但是,在有些场合,使用有线电缆传输传感器信息是不方便的,为此,人们提出将 IEEE 1451标准与蓝牙协议结合起来,组成了一个无线网络传感器,以解决原有有线系统的局限。

无线网络传感器将使我们的生活成为真正的信息世界,给人们生活带来了巨大变革。

本文简介了IEEE 1451传感器的体系结构和蓝牙技术,主要阐述了基于IEEE 1451标准和蓝牙协议的无线网络传感器的硬件开发和软件设计方案及其应用前景。

2有关标准和协议简介2.1IEEE 145l标准L1“JIEEE 1451.2标准提供了将传感器和变迭器连接到一个数字系统,尤其是连接到网络的方式。

简单地说, IEEE 1451.2标准通过一个电子数据表格TEDS和一个连接传感器到徽处理器的数字接口,使传感器模块具有即插即用性。

图I示出了一个1451传感器的体系结构。

它包括网络、STIM、NCAP以及连接STIM和 NCAP的接口T11。

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网络化智能传感器标准IEEE 协议研究TII 的14512
综控制与智运动控智能仪通信网传感检模型仿软件与
行
软件工
新闻动态产业综观专题专栏基础知识技术前沿专业论文应用案例资料频道教程行业数据服务虚拟图书馆分析报告会展信息政策法规资源导航
协议研究IEEE 1451.2 的TII 网络化智能传感器标准用户:
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2006-8-7 15:50:21 【文章字体：大中小】打印收藏关闭
一、引言
传感器与网络相连，是信息技术发展的一种必然趋势。

然而控制总线网络多种多样，千差万别，内部结构、通信接口、通信协议各不相同，以此来连接各种变送器（包括传感器和执行器），则要求这些传感器或执行器必须符合这
些标准总线的有关规定。

由于技术上、成本上的原因，传感器的制造商无法使自己的产品同时满足各种各样的现场总线要求，而这些现场总线本身有各自的
优点，针对不同的应用对象，有自身的优势；但它们之间的不兼容性、不可互操作性和各自为战的弊端，给广大用户带来了很大的不便。

一个通用的、普遍IEEE 接受的传感器接口标准将使制造商、系统集成者和最终用户受益，这就是
1999 在各方努力下，1451 标准产生最直接的原因。

IEEE 年、在和NIST 1997
标准，IEEE 1451.3 和IEEE 1451.1 、IEEE 1451.2年先后颁布了2003 年和
同个工作组对标准进行进一步的扩展研究IEEEP1451.IEEEP1451.4
IEEE P1451.
Transducer ElectronicIEEE 1451.2标准通过一个变送器电子数据表
），使变送器模块具有即插即用的功能，同时定义了DataShee，简TEDS
Transducer Independent个连接变送器到微处理器的变送器独立接口
）把传感器和执行器连接），并通过网络适配器NCA，简InterfacTI网络概述变送器独立接TII二标准串SPI10根按之间的硬件接口TIINCAPSTIM它是通，管脚信所示，每个管脚的功能分配见通讯方式的引脚在一起，如1
，同时给出了每个信号的触发电平和信号逻辑，需要注意的电平定义见表中所指出的信
号是输入还是输出是相STIM而言的。

其中NINT 是允许由STIM 根据ASSERT 的信号接口线，其他的信号线都是由NCAP 控制通讯和信息交换；NSDET 用来判断一个STIM 是否挂接在系统上，NCAK 仅仅是响应NCAP 的动作；对于单个传感器的场合，NTRIG是由NCAP 用来控制读传感器数据或向执行器发送数据的时间，对于多传感器的场合，NTRIG
的功能使用较为复杂。

．
STIMNCAP之间的通讯基本过程可以看作NCA通DINDCLK通某STI，在写数据时NCA保DCLK 并将数据加DIN上，在读数时NCAP保DCL并DOUT上读入数据。

在任一通讯方式中NIO 可以作是用来完成实现数据传输功能触发的片选NCA除了STIM用来做触发响
应外同时用作数据传输响应为了接口简单起见两种功能不同时出现NCAP
的角度来看STIM可以看作是一个存储设备，其中的数据和功能实现可以过相应的功能地址获取，每一个功能地址包括了被访问通道和需要实现的能，每STIM可以255个通道。

如果需要对所有的通道数据进行访问，选择通
TII提供了电源和STIM的一个通用的地NCAP提供最75mA的电流电
50.20VDCSTIIEEE1451.2标准提供了独立NCAP的补充的源，如必要可提供精确的或高压电源给传感器，但是只NCAP可以提供电STIM接口电路TII接口提供NCAPSTI之间的读写时序。

最高级协议是读结构、写结构和触发
下面就TII协议的具体内容作如下说明
三TII协议研
协议规范了触发功能的执行和使用物理TII 执行时的数据传输功能。

NCAP
和STIM 都参与了每个协议，对它们各自特定的任务作了区分，一部分协议被分级定义。

所示。

2如图)读写顺序(之间的数据传输协议STIM 和NCAP
结构是字节序列的传输，字节传输是比特序列的传输。

所有的触发、读结构和写结构的初始状态都伴随着NTRIG、NACK 和NIOE 线闲置。

1．触发
NCAP
触发一般在读传感器之前或写入执行器之后使用，其具体的过程是：
等待通道写通道TEDS 的持续时间，NCAP 发信号触发NTRIG，STIM 发信号触发NACK，然后NCAP 闲置NTRIG 和STIM 闲置NACK，最后NCAP 等待通道读通道TEDS 的持续过程。

2．位传递方法
数据以比特流的形式从NCAP 经DIN 到STIM 传输，从STIM 经DOUT 到NCAP 传输，传输以以下的方式受DCLK 线的控制，其过程为：DCLK 高度空闲，在DCLK的第一个下降沿，将要传输的第一个字节由发送器触发（NCAP 在线路DIN 上，STIM 在线路DOUT 上），在随后的DCLK 上升沿上，比特被接收者锁存，后来的比特传输重复上述步骤。

虽然一个全双工的传输可以同时使用DIN 和DOUT，但这标准并没有使用这一的功能,也就是，当数据从NCAP到STIM 传输时，NCAP 忽略DOUT 线，同样的，当数据从STIM 到NCAP 传输时，STIM 忽略DIN 线。

需要注意的是DCLK 不需要一个常数频率或任务周期。

3．读/写字节传输协议
读字节传输协议是从STIM 到NCAP 传输，写字节传输是从NCAP 到STIM 传输。

所有的数据必须使用比特传输协议并以8 比特组的形式从NCAP 到STIM 传输，只有当NCAP 检测到NACK 线上的传输时，它才会继续写字节传输。

当STIM
已经适当的处理了先前的字节并已准备执行NCAP 时，它才在NACK 线上传输。

与写字
传输不同的是，只有当NCAP 检测到NACK 线上的数据传输时，它就会继续读字节传输。

当STIM 已经适当的处理了先前的字节并已准备NCAP 的执行时，它将在NACK 线上传输。

4．读/写结构传输协议
读结构协议的过程为：NCAP 进入NIOE 线，NCAP 等待直到STIM 进入NACK
用写字节传输协议写通道地址，NCAP 用写字节传输协议写功能地址，NCAP 线，
NCAP 从最高有效位到最低有效位用读字节传输协议读0 个或多个数据字节，NCAP 出NIOE 线，STIM 出NACK（如果已经传输了奇数字节，依据读字节传输协议，NCAK 就已经无效）。

读结构协议与写结构协议类似，其过程为：NCAP进入NIOE 线，NCAP 等待直到STIM 进入NACK 线，NCAP用写字节传输协议写
功能地址，NCAP 用写字节传输协议写通道地址，NCAP 从最高有效位到最低有效位用
读字节传输协议读0 或多个数据字节，NCAP 出NIOE 线，STIM 出NACK
线（如果已经传输了奇数字节，依据字节读传输协议，NCAK 就已经无效）。

NCAK 在高压或在低压结束取决于传输了奇数还是偶数字节，如果在数据传输结构结束
时是低压，那么对闲置的NIOE 线来说，将是一个有效的握手（hand-shake）。

如果NCAK 出NIOE 线时是高压，那么NCAP 就可以确认STIM
已经在重新进入NIOE 线前等待了至少为结束结构检测延迟时间的持续时间，来验证数据传输结构的结束。

当然，NCAP 和STIM 之间的TII 接口数据传输协议还有一些例外的情况，在此就不一一展开了。

四、结论
TII描述了连接STIM和NCAP之间的数字接口，并定义了协议、时序和电气规格等，以确保NCAP和STIM不同连接间流畅的数据交换。

这一通用的、普遍接受的TII接口标准将使传感器具有即插即用的特性，使制造商、系统集成者和最终用户都受益。

本文从TII 接口的物理管脚和信号定义出发，研究分析了触发、TII中读/写字节传输、读/写结构传输等协议，为基于IEEE 1451.2的网络化传感器的实用化做了一点基础工作。

当然，应该看到，网络化智能传感器标准的普遍接受并走向产业化，以及适合我国的网络化智能传感器标准的推出，都还需假以时日，有大量的工作需要来完成。