基于IEEE1451标准的无线变送器模块的设计

　　引言

　　随着计算机技术和通信技术的发展，基于各种现场标准的分布式测量和控制系统得到广泛应用。这些系统采用了多种控制总线，如CAN、LONWORKS、FROFIBUS、HATR、FF等。这些不同的总线标准都有自己的协议格式，相互之间不兼容，给系统的扩展带来很多不便。

　　鉴于此，国际电子电气工程师协会(IEEE)和美国国家标准技术研究院(NIST)联合推出IEEE1451标准，解决了各种不同标准的总线接口兼容性问题，提高了各个不同厂家产品的互换性和互操作性。

　　1 IEEE1451协议

　　IEEE和NIST推出的IEEE1451标准，通过定义一整套通用的通信接口来解决不同网之间的兼容性问题，并最终实现各个厂家的产品的互换和互操作。其协议簇体系结构和关系如图1所示。根据IEEE1451标准，网络智能传感器分成两大模块。

图1 IEEE1451协议整体架构

　　(1) NCAP(网络应用处理器)模块

　　该模块主要执行网络通信、TIM通信、数据转换等功能。IEEE1451.1标准定义了它的实体模型。NCAP是标准变送器总线与专用网络总线之间的接口。这一部分与微处理器集成在一起，在网络化传感器中起“大脑”的作用。NCAP还支持热插拔功能。

　　(2) TIM(智能变送器)模块

　　根据和NCAP之间连接的方式，可以有多种不同功能的TIM。一个TIM可以支持单个或多个不同的通道，它既可以与传感器连接，也可以与执行器连接。

　　① IEEE1451.0：该层标准包括通用功能、通信协议以及电子数据表格(TEDS FORMATS)。IEEE1451.0通过定义基本命令设置和通信协议接口，为不同的物理层提供通用、简单的标准，从而加强这些标准之间的互操作性。

　　② IEEE1451.1：针对现有的各种网络技术，定义了从智能变送器到网络的标准连接的方法，使用面向对象的思想为网络化的智能变送器定义了一个标准的对象模型，并且为该模型的每一个类定义了软件接口。

　　③ IEEE1451.2：定义了传感器和微处理器之间的连接的数字接口TII。其定义了电子数据表格以及数据格式，还定义了一系列的读写命令，包括读写电子数据表格、读取传感器数据和设置执行器数据等。

　　④ IEEE1451.3：包括分布式多点系统数字通信与TEDS格式的定义，主要用于点对多点分布式智能传感器系统的同步数据采集与通信。

　　⑤ IEEE1451.4：包含混合模式通信协议与TEDS格式的定义。其主要针对已存在的模拟量变送器通信协议，一方面支持数字接口对TEDS数据的读写，另一方面支持模拟接口对现场仪器的测量。