IEEE 1451 介绍教学课件

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什么是“智能”变送器？1451协议簇概述1451.0

基本概念MessagestructureCommandsTEDS

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IEEE1451介绍什么是“智能”变送器？Sensor,actuatorandtransducer?

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（signalconditioning）、校准（calibration）、诊断（diagnostics）和通信等功能相关的软件。IEEE1451介绍什么是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.IEEE1451简化了如何将智能变送器集成到网络化的应用环境中。IEEE1451介绍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=TransducerElectronicDataSheetNCAP=NetworkCapableApplicationProcessorTIM=TransducerInterfaceModuleIEEE1451介绍1451传感器有哪些“智能”特性？Self-identificationSelf-descriptionSelf-diagnosisSelf-calibrationLocation-awareness(Meta-TEDS)Time-awareness(synchronization,timestamp)DataprocessingReasoning(推理）Datafusion（聚合）AlertnotificationStandard-basedataformatsCommunicationprotocolIEEE1451介绍IEEE1451协议簇

1451.0-2007–CommonFunctions,CommunicationProtocols,andTransducerElectronicDataSheet(TEDS)Formats

1451.1-1999–NetworkCapableApplicationProcessorInformationModel(NCAP)

1451.2-1997–TransducertoMicroprocessorCommunicationProtocols&TEDSFormats(Wiredpoint-to-pointlinkbetweenNCAPandSTIMS)

1451.3-2003–DigitalCommunication&TEDSFormatsforDistributedMultidropSystems(Wiredmulti-drop,1NCAPconnectedtomultipleSTIMS)

1451.4-2004–Mixed-ModeCommunicationProtocols&TEDSFormats(AnalogandDigital)

1451.5-2007–WirelessCommunicationProtocols&TransducerElectronicDataSheet(TEDS)Formats(Wirelessmulti-drop,1NCAPconnectedtomultipleSTIMS)

1451.6-Draft–CANbustolinkNetworkCapableApplicationProcessor

1451.7-2010–TransducerstoRadioFrequencyIdentification(RFID)SystemsCommunicationProtocolsandTransducerElectronicDataSheetFormatsIEEE1451介绍IEEE1451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。.2.3.4.6是有线方式；.5.7是无线方式；IEEE1451介绍IEEE1451协议簇IEEE1451介绍IEEE1451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）IEEE1451介绍IEEE1451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。IEEE1451介绍IEEE1451协议簇–.2（digital,point-to-point)IEEE1451介绍IEEE1451协议簇–.2（digital,point-to-point)ExamplesofIEEE1451.2STIMIEEE1451介绍IEEE1451协议簇–.2（digital,point-to-point)

起初IEEE1451.2-1997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（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，如RS-232,RS-485等）和USI(UniversalSerialInterface)这两种常用的串行接口。IEEE1451介绍IEEE1451协议簇–.3（distributed,multidrop)IEEE1451.3允许变送器作为一个阵列，共享物理接口连线。IEEE1451介绍IEEE1451协议簇–.4（analog+digital混合模式)IEEE1451.4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。IEEE1451介绍IEEE1451协议簇–.5（wireless)IEEE1451.5定义了WTIM和NCAP间的无线接口，如802.11(WiFi),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。IEEE1451介绍IEEE1451协议簇–.6（CANopen)IEEE1451.6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(dictionaryentries)的映射，以及通信消息、过程数据、配置参数及诊断信息等。IEEE1451.6仍处于草案阶段。IEEE1451介绍IEEE1451协议簇–.7（RFID)IEEE1451.7定义的是变送器和RFID系统间的接口，它极大地扩展了RFID系统的应用。草案阶段。IEEE1451介绍IEEE1451.0IEEE1451.0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。IEEE1451.0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。IEEE1451介绍IEEE1451familyreferencemodelIEEE1451介绍IEEE1451familyreferencemodel(alternativeview)IEEE1451介绍IEEE1451familyreferencemodel

以下部分不在IEEE1451标准范畴内：User’snetwork;Networkaccessmodule;TransducermeasurementAPI;Signalconditioneranddataconversion;Transduceranaloginterface(except.4)IEEE1451介绍IEEE1451familyreferencemodel–TransducerServiceInterfaceIEEE1451介绍IEEE1451familyreferencemodel–TransducerServiceInterfaceIEEE1451介绍IEEE1451familyreferencemodel–TransducerServiceInterfaceIEEE1451介绍IEEE1451familyreferencemodel–TransducerServiceInterfaceIEEE1451介绍IEEE1451familyreferencemodel–.0Services该部分定义了为Application和CommModule提供的功能和服务。包括各种命令集以及各种TEDS。IEEE1451介绍IEEE1451familyreferencemodel–ModuleCommInterface该部分定义了各种API，用来在NCAPIEEE1451.0Services和NCAPIEEE1451.XCommunicationModule间传递信息。。

物理层由.X定义。IEEE1451介绍IEEE1451familyreferencemodel–Communicationmodule&PHY该部分即.2.3.4.5.6.7的内容。NCAP.XCommModule和TIM.XCommModule逻辑上是对称的，但不是一模一样的。IEEE1451介绍IEEE1451.0–AddressesIEEE1451介绍IEEE1451.0–TransducerChanneloperatingstatesIEEE1451介绍IEEE1451.0–TIMoperatingstatesIEEE1451介绍IEEE1451.0–TransducerChanneltypeSensorEventsensorActuator*本胶片省略了与eventsensor和actuator相关的内容。IEEE1451介绍IEEE1451.0–Special

TransducerChannelEmbeddedTransducerChannels: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。

TransducerChannelgroups-ControlGroupsForexample,aControlGroupmaybeusedtodefineuptothreeadditionalTransducerChannelsassociatedwithananalogeventsensor.Oneisasensorthatisusedtomeasuretheanaloginputtotheeventsensor.Thesecondisanactuatorthatisusedtosetthethresholdfortheeventsensor.Thethirdisanactuatorthatmaybeusedtosetthehysteresisfortheeventsensor.VectorGroups

VectorGroupsareusedtodefinerelationshipsbetweenTransducerChannelswithinasinglemultichannel

TIMthatimplyadisplayormathematicalrelationshipbetweentheTransducerChannels.

例如三向加速度传感器。TransducerChannelproxy

ATransducerChannelproxyisanartificial(人造的，虚伪的)constructusedtocombinetheoutputsofmultiplesensorsortheinputtomultipleactuatorsintoasinglestructure.

VectorGroups通常用TCHproxy来实现。

*ControlGroups,VectorGroups和proxy在Meta-TEDS中定义。IEEE1451介绍IEEE1451.0–SamplingmodesTrigger-initiatedFree-runningwithoutpre-triggerFree-runningwithpre-triggerwithoutbufferenablewithbufferenableContinuoussamplingmodeImmediateoperation

*Samplingmode在TransducerChannelTEDS中定义。基本模式变种IEEE1451介绍IEEE1451.0–Datatransmissionmodes*Datatransmissionmode在TransducerChannelTEDS中定义。IEEE1451介绍IEEE1451.0–Bufferoperationmodes*Bufferoperationmode在TransducerChannelTEDS中定义。IEEE1451介绍IEEE1451.0–TriggeringIEEE1451介绍IEEE1451.0–statusTwotypeofstatusregisters:conditionregistereventregisteronemaskregister

*Notedthatbit0(servicerequest)willneverbemasked.IEEE1451介绍IEEE1451.0–statusBothstatusregistersshallbeimplementedfortheTIMandforeachimplementedTCH.TCHservicerequestbitshallbesetwhenitisrequestingserviceandshallbeclearedwhenread,whenastatusprotocolmessageissent,orwhenaclearstatus-eventregistercommandissenttothatTCH.servicerequestbitareroughlyanalogoustointerruptsincomputers.

IEEE1451介绍IEEE1451.0–statusIEEE1451介绍IEEE1451.0–MessageIEEE1451介绍IEEE1451.0–MessageIEEE1451介绍IEEE1451.0–MessageIEEE1451介绍IEEE1451.0–Commandclassid:IEEE1451介绍IEEE1451.0–Commandfunctionid:IEEE1451介绍IEEE1451.0–Commandcommandexample:query_teds(teds_access_code)IEEE1451介绍IEEE1451.0–Commandcommandexample:query_teds(teds_access_code)IEEE1451介绍IEEE1451.0–CommandPleasereferto7.1formorestandardcommands.Besidesthestandardcommand,amanufacturermayincludenonstandardcommandsthatneedtobeexposedtotheuserbyimplementingaCommandsTEDSasdescribedin5.5.2.5.ThecommandsTEDSisaText-basedTEDSthatprovidesawayforthemanufacturertospecifyadditionalcommandsbeyondthoseincludedinthestandard.Thesecommandsareintendedprimarilytoallowthecommandsnecessarytosetupaspecifictransducerandsignalconditioner.AnnexDcontainsanexampleschemaforthisTEDS,andAnnexHgivesanexampleofthisTEDS.IEEE1451介绍IEEE1451.0–TEDS*type2isreservedtobecompatiblewithIEEE1451.2-1997*type3isreservedforTEDSIdentifier.IEEE1451介绍IEEE1451.0–TEDS

每个TEDS都是以TEDSidentifier开始。IEEE1451介绍IEEE1451.0–TEDS种类IEEE1451介绍IEEE1451.0–TEDSexample:MetaTEDS*其他类型的TEDS定义请查看标准原文。IEEE1451介绍IEEE1451.0–读懂一个TEDS

下面这一个TEDS各字段都是什么意思?030400010101040a8d4d9da65281f700000010043d00000111043c00000112043f80000113020003150c200101210100210101210102ccccIEEE1451介绍IEEE1451.0–读懂一个TEDS

这6bytes是“TEDSidentifier”.

“03”表示这是Meta-TEDS;

“04”表示这个TLV元组有4bytes；

根据TEDSindentifer的定义：

“00”表示IEEE1451.0标准；

“01”表示TEDS的类型是Meta-TEDS；

“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；030400010101040a8d4d9da65281f700000010043d00000111043c00000112043f80000113020003150c200101210100210101210102ccccIEEE1451介绍IEEE1451.0–读懂一个TEDS

这12bytes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10bytes；10bytes的UUID分别由21bits的纬度、21bits的经度、4bits制造商自定义、12bits年份和22bits时间组成。“8d4d9da65281f7000000”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）。030400010101040a8d4d9da65281f700000010043d00000111043c00000112043f80000113020003150c200101210100210101210102ccccIEEE1451介绍IEEE1451.0–读懂一个TEDS

这18bytes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。030400010101040a8d4d9da65281f700000010043d00000111043c00000112043f80000113020003150c200101210100210101210102ccccIEEE1451介绍IEEE1451.0–读懂一个TEDS

这4bytes

TLV元组表示这个TIM实现了3个TCH。030400010101040a8d4d9da65281f700000010043d00000