IEEE 1451 介绍课件

1、IEEE 1451 协议培训1451协议培训你将了解 - 什么是“智能”变送器？- 1451 协议簇概述- 1451.0- 基本概念- Message structure- Commands- TEDS- APIs- 智能传感器项目- 变送器项目- SN6500接口板项目- 三向加速度传感器项目什么是“智能”变送器？- Sensor, actuator and transducer?国内通常被笼统地称为“传感器”；也有清晰地区分开来，分别称为“传感器”，“执行器”和“变送器”。- 所谓“智能”，要求变送器上集成有微处理器（软件），并拥有至少一个与其它设备的通信接口。- 智能变送器软硬件通常被集

2、成到一块很小的设备上，包含了传感器、执行器、微控制器、通信控制器以及与信号调理（signal conditioning）、校准（calibration）、诊断（diagnostics）和通信等功能相关的软件。什么是1451智能变送器？- 工业上（如分布式测量系统、控制系统等）基于各种现场标准的变送器，采用了多种控制总线：如CAN、LONWORKS、FROFIBUS、HATR、FF等，这些总线标准有各自的协议，互不兼容，为了解决不同智能变送器间的互操作性和互换性，IEEE和NIST制定了关于智能变送器的一组接口标准，即IEEE1451.- IEEE 1451 简化了如何将智能变送器集成到网络化的

3、应用环境中。1451智能变送器与传统智能变送器的区别是什么？- “电子数据表格”（TEDS）的加入；- 系统被分成了两大组成部分：- 网络应用处理模块（NCAP）- 变送器接口模块（TIM）TEDS = Transducer Electronic Data SheetNCAP = Network Capable Application ProcessorTIM = Transducer Interface Module1451传感器有哪些“智能”特性？ Self-identification Self-description Self-diagnosis Self-calibration Lo

4、cation-awareness (Meta-TEDS) Time-awareness (synchronization, timestamp) Data processing Reasoning(推理） Data fusion（聚合） Alert notification Standard-base data formats Communication protocolIEEE 1451协议簇- 1451.0-2007 Common Functions, Communication Protocols, and Transducer Electronic Data Sheet (TEDS)

5、Formats- 1451.1-1999 Network Capable Application Processor Information Model (NCAP)- 1451.2-1997 Transducer to Microprocessor Communication Protocols & TEDS Formats (Wired point-to-point link between NCAP and STIMS)- 1451.3-2003 Digital Communication & TEDS Formats for Distributed Multidrop Systems

6、(Wired multi-drop, 1 NCAP connected to multiple STIMS)- 1451.4-2004 Mixed-Mode Communication Protocols & TEDS Formats (Analog and Digital)- 1451.5-2007 Wireless Communication Protocols & Transducer Electronic Data Sheet (TEDS) Formats (Wireless multi-drop, 1 NCAP connected to multiple STIMS)- 1451.6

7、-Draft CAN bus to link Network Capable Application Processor- 1451.7-2010 Transducers to Radio Frequency Identification (RFID) Systems Communication Protocols and Transducer Electronic Data Sheet FormatsIEEE 1451协议簇- 该协议簇定义了一组开放的、公共的、网络无关的通信接口，以连接智能变送器与微处理器、仪表系统、控制系统等。- 连接方式可以是有些的，也可以是无线的。.2 .3 .4 .

8、6 是有线方式；.5 .7 是无线方式；IEEE 1451协议簇IEEE 1451协议簇 网络拓扑- 两级接口，NI和TII。- 网络侧通过一组通用的接口来访问变送器，而并不用关心变送器是如何连接到网络上的（有线方式or无线方式）IEEE 1451协议簇 .1- 定义了一组通用的对象模型和接口标准，基本上是软件层面的概念。- 它的软件架构由3个模型定义：- 数据模型：为本地及远程通信的IEEE1451.1对象接口定义信息的类型和信息的形式；- 对象模型：定义了为设计和实现上层应用所需的软件组件的类型，即一组对象。- 通信模型：定义了上层应用和通信网络间的软件接口的语法和语义。IEEE 1451

9、协议簇 .2（digital, point-to-point)IEEE 1451协议簇 .2 （digital, point-to-point)- Examples of IEEE 1451.2 STIMIEEE 1451协议簇 .2 （digital, point-to-point)- 起初IEEE 1451.2-1997 定义了一个以SPI为基础的10线接口：- 后来，IEEE对.2做了修订，支持UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter， 如RS-232,RS-485等）和USI(Universal Serial Interface)

10、这两种常用的串行接口。IEEE 1451协议簇 .3 （distributed, multidrop)- IEEE 1451.3允许变送器作为一个阵列，共享物理接口连线。IEEE 1451协议簇 .4 （analog + digital 混合模式)- IEEE 1451.4为传统的模拟变送器增加了TEDS。上电之后，TEDS的信息通过一根数字线发送给NCAP，然后变送器转换为模拟操作模式，在模拟操作模式下的操作与传统的模拟变送器没有区别信息以模拟的形式传送。IEEE 1451协议簇 .5 （wireless)- IEEE 1451.5定义了WTIM和NCAP间的无线接口，如802.11(WiF

11、i), 802.15.1(Bluetooth), 802.15.4(ZigBee), 6LowPAN。- 一个NCAP可以包含有多个无线接口模块，通过不同的无线接口协议，与WTIM通信。IEEE 1451协议簇 .6 （CANopen)- IEEE 1451.6定义了TIM和NCAP间利用高速CANopen网络接口协议进行通信。- 它定义了TEDS到CANopen字典项(dictionary entries)的映射，以及通信消息、过程数据、配置参数及诊断信息等。- IEEE 1451.6仍处于草案阶段。IEEE 1451协议簇 .7 （RFID)- IEEE 1451.7定义的是变送器和RFI

12、D系统间的接口，它极大地扩展了RFID系统的应用。- 草案阶段。IEEE 1451.0- IEEE 1451.0 定义了一组通用的功能、命令以及TEDS。- 它定义的内容独立于变送器与NCAP间的物理接口（1451.X）。- 内容包含读写变送器、读写TEDS，向变送器发送配置信息、控制信息、操作命令等基本功能。- 有了1451.0后，就很容易地向其添加其它的1451.X物理层标准。- IEEE 1451.0 使得包含了多个有线、无线变送器互联的网络具有数据层面的互操作性。IEEE 1451 family reference modelIEEE 1451 family reference mod

13、el (alternative view)IEEE 1451 family reference model- 以下部分不在IEEE 1451 标准范畴内：- Users network;- Network access module;- Transducer measurement API;- Signal conditioner and data conversion;- Transducer analog interface(except .4)IEEE 1451 family reference model Transducer Service InterfaceIEEE 1451 fa

14、mily reference model Transducer Service InterfaceIEEE 1451 family reference model Transducer Service InterfaceIEEE 1451 family reference model Transducer Service InterfaceIEEE 1451 family reference model .0 Services- 该部分定义了为Application 和Comm Module 提供的功能和服务。- 包括各种命令集以及各种TEDS。IEEE 1451 family referen

15、ce model Module Comm Interface- 该部分定义了各种API，用来在NCAP IEEE 1451.0 Services和NCAP IEEE 1451.X Communication Module间传递信息。- 物理层由.X 定义。IEEE 1451 family reference model Communication module & PHY- 该部分即.2 .3 .4 .5 .6 .7的内容。- NCAP .X Comm Module和TIM .X Comm Module 逻辑上是对称的，但不是一模一样的。IEEE 1451.0 AddressesIEEE 14

16、51.0 TransducerChannel operating statesIEEE 1451.0 TIM operating statesIEEE 1451.0 TransducerChannel type- Sensor- Event sensor- Actuator*本胶片省略了与event sensor 和actuator相关的内容。IEEE 1451.0 Special TransducerChannel- Embedded TransducerChannels: 除了并不产生实际的传感信息（或控制实际的某个执行器）外，具有一般TCH的所有功能。 - TransducerChann

17、el groups - ControlGroupsFor example, a ControlGroup may be used to define up to three additionalTransducerChannels associated with an analog event sensor. One is a sensor that is used to measure theanalog input to the event sensor. The second is an actuator that is used to set the threshold for the

18、 eventsensor. The third is an actuator that may be used to set the hysteresis for the event sensor.- VectorGroupsVectorGroups are used to define relationships between TransducerChannels within a single multichannelTIM that imply a display or mathematical relationship between the TransducerChannels.例

19、如三向加速度传感器。- TransducerChannel proxy A TransducerChannel proxy is an artificial(人造的，虚伪的) construct used to combine the outputs of multiple sensors or the input to multiple actuators into a single structure. VectorGroups通常用TCH proxy来实现。*ControlGroups, VectorGroups和proxy在Meta-TEDS中定义。IEEE 1451.0 Sampli

20、ng modes- Trigger-initiated- Free-running without pre-trigger- Free-running with pre-trigger- without buffer enable- with buffer enable- Continuous sampling mode- Immediate operation*Sampling mode 在TransducerChannel TEDS中定义。基本模式变种IEEE 1451.0 Data transmission modes*Data transmission mode 在Transducer

21、Channel TEDS中定义。IEEE 1451.0 Buffer operation modes*Buffer operation mode 在TransducerChannel TEDS中定义。IEEE 1451.0 TriggeringIEEE 1451.0 status- Two type of status registers:- condition register- event register- one mask register*Noted that bit0(service request) will never be masked.IEEE 1451.0 status-

22、 Both status registers shall be implemented for the TIM and for each implemented TCH.- TCH service request bit shall be set when it is requesting service and shall be cleared when read, when a status protocol message is sent, or when a clear status-event register command is sent to that TCH.- servic

23、e request bit are roughly analogous to interrupts in computers.IEEE 1451.0 statusIEEE 1451.0 MessageIEEE 1451.0 MessageIEEE 1451.0 MessageIEEE 1451.0 Command- class id:IEEE 1451.0 Command- function id:IEEE 1451.0 Command- command example: query_teds(teds_access_code)IEEE 1451.0 Command- command exam

24、ple: query_teds(teds_access_code)IEEE 1451.0 Command- Please refer to 7.1 for more standard commands.- Besides the standard command, a manufacturer may include nonstandard commands that need to be exposed to the user by implementing a Commands TEDS as described in 5.5.2.5.The commands TEDS is a Text

25、-based TEDS that provides a way for the manufacturer to specify additionalcommands beyond those included in the standard. These commands are intended primarily to allow thecommands necessary to set up a specific transducer and signal conditioner. Annex D contains an exampleschema for this TEDS, and

26、Annex H gives an example of this TEDS.IEEE 1451.0 TEDS*type 2 is reserved to be compatible with IEEE 1451.2-1997*type 3 is reserved for TEDS Identifier. IEEE 1451.0 TEDS- 每个TEDS都是以TEDS identifier 开始。IEEE 1451.0 TEDS 种类种类IEEE 1451.0 TEDS example: Meta TEDS* 其他类型的TEDS定义请查看标准原文。IEEE 1451.0 读懂一个读懂一个TEDS

27、- 下面这一个TEDS各字段都是什么意思?030400010101040a8d4d9da65281f700000010043d00000111043c00000112043f80000113020003150c200101210100210101210102ccccIEEE 1451.0 读懂一个读懂一个TEDS- 这6 bytes 是“TEDS identifier”.- “03”表示这是Meta-TEDS;- “04”表示这个TLV元组有4 bytes；- 根据TEDS indentifer的定义：- “00”表示IEEE 1451.0 标准；- “01”表示TEDS的类型是Meta-TE

28、DS；- “01”表示这个Meta-TEDS的版本是初始版本；- “01”表示下面的TLV元组的length域是1个byte；030400010101040a8d4d9da65281f700000010043d00000111043c00000112043f80000113020003150c200101210100210101210102ccccIEEE 1451.0 读懂一个读懂一个TEDS- 这12 bytes 是Meta-TEDS中的“UUID”.- “04”表示这一个TLV元组是UUID字段;- “0a”表示这个TLV元组有10 bytes；- 10bytes的UUID分别由21bi

29、ts的纬度、21bits的经度、4bits制造商自定义、12bits年份和22bits时间组成。“8d 4d 9d a6 52 81 f7 00 00 00”就是本大楼(北纬30.27219，东经120.1274) 2012年1月1日0时0分0秒生产的某智能传感器uuid（制造商自定义取全0）。030400010101040a8d4d9da65281f700000010043d00000111043c00000112043f80000113020003150c200101210100210101210102ccccIEEE 1451.0 读懂一个读懂一个TEDS- 这18 bytes 是Meta-TEDS中的“操作超时时间”、“低速访问超时时间”和“自测试时间”，- 这3个时间为32bits浮点数，图中分别表示10us，1us和1s。030400010101040a8d4d9da65281f700000010043d0000011104