基于IEEE1451標準的無線變送器模塊的設計

摘要: IEEE1451協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作為底層通信協議，在此基礎上設計了無線變送器接口模塊(Wireless Transducer Interface Module,WTIM)，并通過該模塊實現基于IEEE1451的數據傳送和信息交換。

　　引言

　　隨著計算機技術和通信技術的發展，基于各種現場標準的分布式測量和控制系統得到廣泛應用。這些系統采用了多種控制總線，如CAN、LONWORKS、FROFIBUS、HATR、FF等。這些不同的總線標準都有自己的協議格式，相互之間不兼容，給系統的擴展帶來很多不便。

　　鑒于此，國際電子電氣工程師協會（IEEE）和美國國家標準技術研究院（NIST）聯合推出IEEE1451標準，解決了各種不同標準的總線接口兼容性問題，提高了各個不同廠家產品的互換性和互操作性。

　　1 IEEE1451協議

　　IEEE和NIST推出的IEEE1451標準，通過定義一整套通用的通信接口來解決不同網之間的兼容性問題，并最終實現各個廠家的產品的互換和互操作。其協議簇體系結構和關系如圖1所示。根據IEEE1451標準，網絡智能傳感器分成兩大模塊。

圖1 IEEE1451協議整體架構

　　(1) NCAP（網絡應用處理器）模塊

　　該模塊主要執行網絡通信、TIM通信、數據轉換等功能。IEEE1451.1標準定義了它的實體模型。NCAP是標準變送器總線與專用網絡總線之間的接口。這一部分與微處理器集成在一起，在網絡化傳感器中起“大腦”的作用。NCAP還支持熱插拔功能。

　　（2） TIM（智能變送器）模塊

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

　　① IEEE1451.0：該層標準包括通用功能、通信協議以及電子數據表格(TEDS FORMATS)。IEEE1451.0通過定義基本命令設置和通信協議接口，為不同的物理層提供通用、簡單的標準，從而加強這些標準之間的互操作性。

　　② IEEE1451.1：針對現有的各種網絡技術，定義了從智能變送器到網絡的標準連接的方法，使用面向對象的思想為網絡化的智能變送器定義了一個標準的對象模型，并且為該模型的每一個類定義了軟件接口。

　　③ IEEE1451.2：定義了傳感器和微處理器之間的連接的數字接口TII。其定義了電子數據表格以及數據格式，還定義了一系列的讀寫命令，包括讀寫電子數據表格、讀取傳感器數據和設置執行器數據等。