傳感器與檢測技術(shù) 第十章 智能傳感技術(shù)

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1、基本要求： 10-1了解智能傳感器體系結(jié)構(gòu)； 10-2掌握實(shí)現(xiàn)智能化功能常采用的技術(shù)； 10-3了解網(wǎng)絡(luò)傳感器特點(diǎn)及發(fā)展。重點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)智能化功能常采用的技術(shù)難點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)智能化功能常采用的技術(shù) 10-1 智 能 傳 感 器 的 體 系 結(jié) 構(gòu) 與 功 能 實(shí) 現(xiàn) 一 、 智 能 傳 感 器 的 體 系 結(jié) 構(gòu) (一 )非 集 成 化 結(jié) 構(gòu) 圖10-2 非集成化智能傳感器框圖 (二 )集 成 化 結(jié) 構(gòu) 這 種 智 能 傳 感 器 系 統(tǒng) 是 采 用 微 機(jī) 加 工 技 術(shù) 和 大 規(guī) 模集 成 電 路 工 藝 技 術(shù) ， 利 用 硅 作 為 基 本 材 料 制 作 敏 感 元 件 、信 號 調(diào) 理

2、 電 路 、 微 處 理 器 單 元 ， 并 把 它 們 集 成 在 一 塊 芯片 上 而 構(gòu) 成 ， 故 又 可 稱 為 集 成 智 能 傳 感 器 (integrated smart/intelligent sensor)。 圖10-3 集成智能傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 (三 )混 合 實(shí) 現(xiàn) 將 系 統(tǒng) 各 個 集 成 化 環(huán) 節(jié) ， 如 敏 感 單 元 、 信 號 調(diào) 理 電路 、 微 處 理 器 單 元 、 數(shù) 字 總 線 接 口 ， 以 不 同 的 組 合 方 式集 成 在 兩 塊 或 三 塊 芯 片 上 ， 并 裝 在 一 個 外 殼 里 。 圖10-4 智能傳感器的混合集成實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) 圖

3、10-5 傳統(tǒng)儀器儀表中的硬件非線性校正原理二、智能傳感器功能的實(shí)現(xiàn) 圖10-6 智能儀器的非線性校正技術(shù) (二 )自 校 零 與 自 校 準(zhǔn) 技 術(shù) 假 設(shè) 一 傳 感 器 系 統(tǒng) 經(jīng) 標(biāo) 定 實(shí) 驗(yàn) 得 到 的 靜 態(tài) 輸 出 (Y)與輸 入 (X)特 性 如 下 ： Y=a0+a1X (10-11) 式 中 a0零 位 值 ， 即 當(dāng) 輸 入 X=0時 之 輸 出 值 ； a1靈 敏 度 ， 又 稱 傳 感 器 系 統(tǒng) 的 轉(zhuǎn) 換 增 益 。 被 校 環(huán) 節(jié) 的 增 益 a1可 根 據(jù) (10-11)式 得 出 (10-13) 被 測 信 號 UX則 為 (10-14) 可 見 ， 這

4、種 方 法 是 實(shí) 時 測 量 零 點(diǎn) ， 實(shí) 時 標(biāo) 定 靈 敏 度 a1 。 圖10-11 檢測系統(tǒng)自校準(zhǔn)原理框圖 01 1 R RY Ya K a U 0 01 0X XX RRY Y Y YU Ua Y Y 被 測 目 標(biāo) 參 量 X為 (10-16) 式 中 YX被 測 目 標(biāo) 參 量 X為 輸 入 量 時 的 輸 出 值 ； YR標(biāo) 準(zhǔn) 值 XR為 輸 入 量 時 的 輸 出 值 ； Y0零 點(diǎn) 標(biāo) 準(zhǔn) 值 X0為 輸 入 量 時 的 輸 出 值 。 圖10-12 檢測系統(tǒng)自校準(zhǔn)原理框圖0 01 0X X RRY Y Y YX Xa Y Y (三 )噪 聲 抑 制 技 術(shù) 如 果

5、信 號 的 頻 譜 和 噪 聲 的 頻 譜 不 重 合 ， 則 可用 濾 波 器 消 除 噪 聲 ； 當(dāng) 信 號 和 噪 聲 頻 帶 重 合 或 噪聲 的 幅 值 比 信 號 大 時 就 需 要 采 用 其 他 的 噪 聲 抑 制方 法 ， 如 相 關(guān) 技 術(shù) 、 平 均 技 術(shù) 等 來 消 除 噪 聲 。 (四 )自 補(bǔ) 償 、 自 檢 驗(yàn) 及 自 診 斷 智 能 傳 感 器 系 統(tǒng) 通 過 自 補(bǔ) 償 技 術(shù) 可 以 改 善 其 動 態(tài)特 性 ， 但 在 不 能 進(jìn) 行 完 善 實(shí) 時 自 校 準(zhǔn) 的 情 況 下 ， 可 以 采用 補(bǔ) 償 法 消 除 因 工 作 條 件 、 環(huán) 境 參 數(shù)

6、 發(fā) 生 變 化 后 引 起 系統(tǒng) 特 性 的 漂 移 ， 如 零 點(diǎn) 漂 移 、 靈 敏 度 漂 移 等 。 同 時 ， 智能 傳 感 器 系 統(tǒng) 能 夠 根 據(jù) 工 作 條 件 的 變 化 ， 自 動 選 擇 改 換量 程 ， 定 期 進(jìn) 行 自 檢 驗(yàn) 、 自 尋 故 障 及 自 行 診 斷 等 多 項(xiàng) 措施 保 證 系 統(tǒng) 可 靠 地 工 作 。 1.自 補(bǔ) 償 溫 度 是 傳 感 器 系 統(tǒng) 最 主 要 的 干 擾 量 。 在 典 型 的 傳 感器 系 統(tǒng) 中 主 要 采 用 結(jié) 構(gòu) 對 稱 來 消 除 其 影 響 ； 在 智 能 傳 感器 的 初 級 形 式 中 主 要 采 用 以

7、 硬 件 電 路 實(shí) 現(xiàn) 的 “ 拼 湊 ” 補(bǔ)償 技 術(shù) ， 但 補(bǔ) 償 效 果 不 能 滿 足 實(shí) 際 測 量 的 要 求 。 在 傳 感器 與 微 處 理 器 /微 計 算 機(jī) 相 結(jié) 合 的 智 能 傳 感 器 系 統(tǒng) 中 ，可 采 用 監(jiān) 測 補(bǔ) 償 法 ， 它 是 通 過 對 干 擾 量 的 監(jiān) 測 由 軟 件 來實(shí) 現(xiàn) 補(bǔ) 償 的 。 如 壓 阻 式 傳 感 器 的 零 點(diǎn) 及 靈 敏 度 溫 漂 的 補(bǔ)償 。 (1)零 位 溫 漂 的 補(bǔ) 償 傳 感 器 的 零 點(diǎn) ， 即 輸 入 量 為零 時 的 輸 出 量 U0隨 溫 度 而 漂 移 ，傳 感 器 類 型 不 同 ， 其

8、零 位 溫 漂 特性 也 各 異 。 只 要 該 傳 感 器 的 溫 漂特 性 (U0-T)具 有 重 復(fù) 性 就 可 以 補(bǔ) 償 。若 傳 感 器 的 工 作 溫 度 為 T， 則 應(yīng) 在傳 感 器 輸 出 值 U中 減 掉 T 時 的 零位 值 U0(T)。 關(guān) 鍵 是 要 事 先 測 出 U0-T特 性 ， 存 在 內(nèi) 存 中 ， 大 多 數(shù) 傳 感器 的 零 位 輸 出 U0與 溫 度 關(guān) 系 特 性呈 非 線 性 ， 如 圖 10-13所 示 。 故 由溫 度 T求 取 該 溫 度 的 零 位 值 U 0(T)，實(shí) 際 上 是 相 同 于 非 線 性 校 正 的 線性 化 處 理 問

9、 題 。圖10-13 零位溫漂特性 (2)靈 敏 度 溫 度 漂 移 的 補(bǔ) 償 對 于 壓 阻 式 壓 力 傳 感 器 ， 當(dāng) 輸 入 壓 力 保 持 不 變 的 情 況 下 ，其 輸 出 值 U(T)將 隨 溫 度 的 升 高 而 下 降 ， 如 圖 10-14所 示 。 圖 中溫 度 TT1， 其 輸 出 U(T)T1， 若 仍 按 工 作 溫 度 T時 的 輸 入 (P)輸 出 (U)特 性 進(jìn) 行 刻 度 轉(zhuǎn) 換 求 取 被 測 輸 入 量 壓力 的 數(shù) 值 是 P， 而 真 正 的 被 測 輸 入 量 是 P， 將 會 產(chǎn) 生 很 大 的測 量 誤 差 ， 其 原 因 就 是 輸

10、入 量 P為 常 量 時 ， 傳 感 器 的 工 作 溫度 T升 高 ， TT1傳 感 器 的 輸 出 由 U(T1)降 至 U(T)， 即 工 作 點(diǎn) 由B點(diǎn) 降 至 A點(diǎn) ， 輸 出 電 壓 減 少 量 U為 U=U(T1)-U(T) 故 U(T 1)=U(T)+U (10-29) 由 (10-29)式 可 見 ， 當(dāng)在 工 作 溫 度 T時 測 得 的 傳 感器 輸 出 量 U(T)， 給 U(T)加 一個 補(bǔ) 償 電 壓 U后 ， 再 按U(T1)-P反 非 線 性 特 性 進(jìn) 行刻 度 變 換 求 取 輸 入 量 壓 力值 即 為 P。 因 而 問 題 歸 結(jié) 為如 何 在 各 種

11、不 同 的 工 作 溫度 T， 獲 得 所 需 要 的 補(bǔ) 償 電壓 U。 圖10-14 壓阻式壓力傳感器 的靈敏度溫度漂移 2.自 檢 驗(yàn) 自 檢 驗(yàn) 是 智 能 傳 感 器 自 動 開 始 或 人 為 觸 發(fā) 開 始 執(zhí) 行的 自 我 檢 驗(yàn) 過 程 。 它 能 對 系 統(tǒng) 出 現(xiàn) 的 軟 硬 件 故 障 進(jìn) 行 自動 檢 測 ， 并 給 出 相 應(yīng) 指 示 ， 從 而 大 大 地 提 高 了 系 統(tǒng) 的 可靠 性 。 自 檢 驗(yàn) 通 常 有 三 種 方 式 。 (1)開 機(jī) 自 檢 每 當(dāng) 電 源 接 通 或 總 清 復(fù) 位 之 后 ， 都 要 進(jìn) 行 一 次 開 機(jī)自 檢 ， 在 以

12、后 的 測 控 工 作 中 不 再 進(jìn) 行 。 這 種 自 檢 一 般 用于 檢 查 顯 示 裝 置 、 ROM、 RAM和 總 線 ， 有 時 也 用 于 對插 件 進(jìn) 行 檢 查 。 (2)周 期 性 自 檢 若 僅 在 開 機(jī) 時 進(jìn) 行 一 次 性 的 自 檢 ， 而 自 檢 項(xiàng) 目 又 不能 包 括 系 統(tǒng) 的 所 有 關(guān) 鍵 部 位 ， 那 就 難 以 保 證 運(yùn) 行 過 程 中智 能 傳 感 器 始 終 處 于 最 優(yōu) 工 作 狀 態(tài) 。 因 此 ， 大 部 分 智 能傳 感 器 都 在 運(yùn) 行 過 程 中 周 期 性 地 插 入 自 檢 操 作 ， 稱 作 周期 性 自 檢 。

13、 在 這 種 自 檢 中 ， 若 自 檢 項(xiàng) 目 較 多 ， 一 般 應(yīng) 把檢 查 程 序 編 號 ， 并 設(shè) 置 標(biāo) 志 和 建 立 自 檢 程 序 指 針 表 ， 以此 尋 找 子 程 序 入 口 。 周 期 性 自 檢 完 全 是 自 動 的 ， 在 測 控的 間 歇 期 間 進(jìn) 行 ， 不 干 擾 傳 感 器 的 正 常 工 作 。 除 非 檢 查到 故 障 ， 周 期 性 自 檢 并 不 為 操 作 者 所 覺 察 。 (3)鍵 控 自 檢 鍵 控 自 檢 是 需 要 人 工 干 預(yù) 的 檢 測 手 段 。 對 那 些 不 能在 正 常 運(yùn) 行 操 作 中 進(jìn) 行 的 自 檢 項(xiàng) 目

14、 ， 可 通 過 操 作 面 板 上的 “ 自 檢 按 鍵 ” ， 由 操 作 人 員 干 預(yù) ， 啟 動 自 檢 程 序 。 例如 ， 對 智 能 傳 感 器 插 件 板 上 接 口 電 路 工 作 正 常 與 否 的 自檢 ， 往 往 通 過 附 加 一 些 輔 助 電 路 ， 并 采 用 鍵 控 方 式 進(jìn) 行 。該 種 自 檢 方 式 簡 單 方 便 ， 人 們 不 難 在 測 控 過 程 中 找 到 一個 適 當(dāng) 的 機(jī) 會 執(zhí) 行 自 檢 操 作 ， 且 不 干 擾 系 統(tǒng) 的 正 常 工 作 。 智 能 傳 感 器 內(nèi) 部 的 微 處 理 器 ， 具 有 強(qiáng) 大 的 邏 輯 判

15、斷能 力 和 運(yùn) 行 功 能 ， 通 過 技 術(shù) 人 員 靈 活 的 編 程 ， 可 以 方 便地 實(shí) 現(xiàn) 各 種 自 檢 項(xiàng) 目 。 3.自 診 斷 傳 感 器 故 障 診 斷 的 早 期 主 要 采 用 硬 件 冗 余 的 方 法(hardware redundancy)。 硬 件 冗 余 方 法 是 對 容 易 失 效 的傳 感 器 設(shè) 置 一 定 的 備 份 ， 然 后 通 過 表 決 器 方 法 進(jìn) 行 管理 。 硬 件 冗 余 方 法 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 不 需 要 被 測 對 象 的 數(shù) 學(xué) 模型 ， 而 且 魯 棒 性 非 常 強(qiáng) 。 其 缺 點(diǎn) 是 設(shè) 備 復(fù) 雜 ， 體 積 和

16、重 量 都 很 大 ， 而 且 成 本 較 高 。 圖10-15 傳感器故障診斷的解析冗余方法原理圖 解 析 冗 余 方 法 的 大 致 步 驟 如 下 。 模 型 設(shè) 計 。 根 據(jù) 被 控 對 象 的 特 征 、 傳 感 器 的 類 型 、故 障 類 型 以 及 系 統(tǒng) 的 要 求 等 等 ， 建 立 相 應(yīng) 的 被 控 對 象 的數(shù) 學(xué) 模 型 。 設(shè) 計 與 傳 感 器 故 障 相 關(guān) 的 殘 差 。 在 相 同 的 控 制 量作 用 下 ， 傳 感 器 輸 出 信 號 和 由 模 型 所 得 值 之 差 ， 稱 為 殘差 。 在 沒 有 傳 感 器 故 障 時 ， 殘 差 為 零 。

17、 當(dāng) 傳 感 器 有 故 障時 ， 殘 差 不 再 為 零 ， 即 殘 差 中 包 含 了 傳 感 器 故 障 信 號 。 進(jìn) 行 統(tǒng) 計 檢 驗(yàn) 和 邏 輯 分 析 。 用 統(tǒng) 計 檢 驗(yàn) 和 邏 輯 分析 方 法 可 以 診 斷 某 些 類 型 的 傳 感 器 故 障 。 一 、 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 及 其 特 點(diǎn) 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 是 指 在 現(xiàn) 場 級 就 實(shí) 現(xiàn) 了 TCP/IP協(xié) 議 (這里 ， TCP/IP協(xié) 議 是 一 個 相 對 廣 泛 的 概 念 ， 還 包 括 UDP、HTTP、 SMTP、 POP3等 協(xié) 議 )的 傳 感 器 ， 這 種 傳 感 器 使得 現(xiàn) 場 測

18、 控 數(shù) 據(jù) 能 就 近 登 臨 網(wǎng) 絡(luò) ， 在 網(wǎng) 絡(luò) 所 能 及 的 范 圍內(nèi) 實(shí) 時 發(fā) 布 和 共 享 。10-3 網(wǎng)絡(luò)傳感器 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 就 是 采 用 標(biāo) 準(zhǔn) 的 網(wǎng) 絡(luò) 協(xié) 議 ， 同 時 采 用 模塊 化 結(jié) 構(gòu) 將 傳 感 器 和 網(wǎng) 絡(luò) 技 術(shù) 有 機(jī) 地 結(jié) 合 在 一 起 的 智 能傳 感 器 。 它 是 測 控 網(wǎng) 中 的 一 個 獨(dú) 立 節(jié) 點(diǎn) ， 其 敏 感 元 件 輸出 的 模 擬 信 號 經(jīng) A/D轉(zhuǎn) 換 及 數(shù) 據(jù) 處 理 后 ， 能 由 網(wǎng) 絡(luò) 處 理裝 置 根 據(jù) 程 序 的 設(shè) 定 和 網(wǎng) 絡(luò) 協(xié) 議 封 裝 成 數(shù) 據(jù) 幀 ， 并 加 上目

19、的 地 址 ， 通 過 網(wǎng) 絡(luò) 接 口 傳 輸 到 網(wǎng) 絡(luò) 上 。 反 之 ， 網(wǎng) 絡(luò) 處理 器 又 能 接 收 網(wǎng) 絡(luò) 上 其 他 節(jié) 點(diǎn) 傳 給 自 己 的 數(shù) 據(jù) 和 命 令 ，實(shí) 現(xiàn) 對 本 節(jié) 點(diǎn) 的 操 作 。 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 如 圖 10-46所 示 。 圖10-46 網(wǎng)絡(luò)傳感器的基本結(jié)構(gòu) 網(wǎng) 絡(luò) 化 智 能 傳 感 器 是 以 嵌 入 式 微 處 理 器 為 核 心 ， 集 成了 傳 感 單 元 、 信 號 處 理 單 元 和 網(wǎng) 絡(luò) 接 口 單 元 的 新 一 代 傳 感器 。 與 其 他 類 型 傳 感 器 相 比 ， 該 傳 感 器 有 如 下 特

20、 點(diǎn) 。 嵌 入 式 技 術(shù) 和 集 成 電 路 技 術(shù) 的 引 入 ， 使 傳 感 器 的 功耗 降 低 、 體 積 小 、 抗 干 擾 性 和 可 靠 性 提 高 ， 更 能 滿 足 工 程應(yīng) 用 的 需 要 。 處 理 器 的 引 入 使 傳 感 器 成 為 硬 件 和 軟 件 的 結(jié) 合 體 ，能 根 據(jù) 輸 入 信 號 值 進(jìn) 行 一 定 程 度 的 判 斷 和 制 定 決 策 ， 實(shí)現(xiàn) 自 校 正 和 自 保 護(hù) 功 能 。 非 線 性 補(bǔ) 償 、 零 點(diǎn) 漂 移 和 溫 度補(bǔ) 償 等 軟 件 技 術(shù) 的 應(yīng) 用 ， 則 使 傳 感 器 具 有 很 高 的 線 性 度和 測 量 精

21、 度 。 同 時 ， 大 量 信 息 由 傳 感 器 進(jìn) 行 處 理 還 減 少了 現(xiàn) 場 設(shè) 備 與 主 控 站 之 間 的 信 息 傳 輸 量 ， 使 系 統(tǒng) 的 可 靠性 和 實(shí) 時 性 提 高 。 網(wǎng) 絡(luò) 接 口 技 術(shù) 的 應(yīng) 用 使 傳 感 器 能 方 便 地 接 入 網(wǎng) 絡(luò) ，為 系 統(tǒng) 的 擴(kuò) 充 和 維 護(hù) 提 供 了 極 大 的 方 便 。 同 時 ， 傳 感 器可 就 近 接 入 網(wǎng) 絡(luò) ， 改 變 了 傳 統(tǒng) 傳 感 器 與 特 定 測 控 設(shè) 備 間的 點(diǎn) 到 點(diǎn) 聯(lián) 接 方 式 ， 從 而 顯 著 減 少 了 現(xiàn) 場 布 線 的 復(fù) 雜 程度 。 二 、 網(wǎng) 絡(luò) 傳

22、 感 器 發(fā) 展 概 況 將 傳 感 器 與 網(wǎng) 絡(luò) 緊 密 結(jié) 合 在 一 起 成 為 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 ，是 解 決 工 業(yè) 控 制 領(lǐng) 域 布 線 復(fù) 雜 和 抗 干 擾 性 差 問 題 ， 實(shí) 現(xiàn)生 產(chǎn) 現(xiàn) 代 化 的 必 然 選 擇 ， 也 是 實(shí) 現(xiàn) 社 會 現(xiàn) 代 化 如 家 庭 管理 智 能 化 ， 城 市 管 理 智 能 化 ， 電 網(wǎng) 、 公 路 、 鐵 路 管 理 智能 化 等 的 必 然 選 擇 。 20世 紀(jì) 80年 代 末 到 90年 代初 ， 現(xiàn) 場 總 線 是 連 接 智 能 化 現(xiàn)場 設(shè) 備 和 控 制 室 之 間 全 數(shù) 字 式 、開 放 的 、 雙 向

23、的 局 部 通 信 網(wǎng) 絡(luò) ?，F(xiàn) 場 總 線 的 不 斷 發(fā) 展 和 基 于 現(xiàn)場 總 線 通 信 協(xié) 議 的 智 能 傳 感 器的 廣 泛 應(yīng) 用 ， 使 智 能 傳 感 器 通信 技 術(shù) 進(jìn) 入 局 域 網(wǎng) 階 段 。圖10-47 基于HART協(xié)議的智能溫度傳感器結(jié)構(gòu) 隨 著 現(xiàn) 場 總 線 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 涌 現(xiàn) 出 很 多 種現(xiàn) 場 總 線 ， 比 較 有 影 響 的 有 Dupline、 Lonworks、Profibus、 HART、 CAN和 FF等 ， 它 們 各 有 特 點(diǎn)和 優(yōu) 勢 ， 在 不 同 領(lǐng) 域 有 不 同 的 應(yīng) 用 價 值 。 (二 )網(wǎng) 絡(luò) 傳 感

24、器 通 用 接 口 標(biāo) 準(zhǔn) IEEE1451.1標(biāo) 準(zhǔn) 采 用 通 用 的 A/D或 D/A轉(zhuǎn) 換 裝 置 作 為傳 感 器 的 I/O接 口 ， 將 所 用 傳 感 器 的 模 擬 信 號 轉(zhuǎn) 換 成 標(biāo) 準(zhǔn)規(guī) 定 格 式 的 數(shù) 據(jù) ， 連 同 存 儲 器 傳 感 器 電 子 數(shù) 據(jù) 表(TEDS)與 標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī) 定 的 處 理 器 目 標(biāo) 模 型 網(wǎng) 絡(luò) 適 配 器(NCAP)連 接 ， 使 數(shù) 據(jù) 可 按 網(wǎng) 絡(luò) 規(guī) 定 的 協(xié) 議 登 臨 網(wǎng) 絡(luò) 。 這是 一 個 開 放 的 標(biāo) 準(zhǔn) ， 它 的 目 的 不 是 開 發(fā) 另 一 種 控 制 網(wǎng) 絡(luò) ，而 是 在 控 制 網(wǎng) 絡(luò) 與 傳

25、 感 器 之 間 定 義 一 個 標(biāo) 準(zhǔn) 接 口 ， 使 傳 感器 選 擇 與 控 制 網(wǎng) 絡(luò) 的 選 擇 分 開 ， 從 而 使 用 戶 選 擇 需 要 的 傳感 器 而 不 受 限 制 ， 實(shí) 現(xiàn) 真 正 意 義 上 的 即 插 即 用 。 圖10-48 基于IEEE1451.2的網(wǎng)絡(luò)傳感器結(jié)構(gòu) 其 中 STIM由 符 合 標(biāo) 準(zhǔn) 的 變 送 器 自 身 帶 有 內(nèi) 部 信 息 包括 制 造 商 、 數(shù) 據(jù) 代 碼 、 序 列 號 、 使 用 的 極 限 、 未 定 量 及校 準(zhǔn) 系 數(shù) 等 組 成 。 當(dāng) 電 源 接 通 時 ， 這 些 數(shù) 據(jù) 可 提 供 給NCAP及 系 統(tǒng) 其 他

26、部 分 。 當(dāng) NCAP讀 入 一 個 STIM中 TEDS數(shù) 據(jù) 時 ， NCAP可 知 道 這 個 STIM的 通 信 速 度 、 通 道 數(shù) 及每 個 通 道 上 變 送 器 的 數(shù) 據(jù) 格 式 ， 并 知 道 所 測 物 理 量 的 單位 及 怎 樣 將 所 得 到 的 原 始 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 為 國 際 標(biāo) 準(zhǔn) 單 位 。 變 送 器 的 電 子 數(shù) 據(jù) 表 TEDS是 IEEE1451.2標(biāo) 準(zhǔn) 的 核 心 ，用 于 詳 細(xì) 描 述 它 所 支 持 的 傳 感 器 和 執(zhí) 行 器 的 類 型 、 操 作及 屬 性 。 TEDS分 為 可 尋 址 的 8個 單 元 ， 其 中 只 有

27、 Meta TEDS與 Channel TEDS是 必 備 的 ， 其 他 的 可 選 ， 但 主 要 是為 將 來 擴(kuò) 展 用 。 Meta TEDS主 要 描 述 TEDS自 身 的 信 息 與數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) ， 以 及 它 支 持 的 通 道 數(shù) 和 通 道 極 限 時 間 參 數(shù) 等 。Channel TEDS主 要 描 述 通 道 的 物 理 單 位 、 對 象 范 圍 的 上下 限 、 函 數(shù) 模 型 、 校 準(zhǔn) 模 型 及 定 時 信 息 。 目 前 設(shè) 計 基 于 IEEE1451.2標(biāo) 準(zhǔn) 的 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 已 十 分 方便 ， 特 別 是 STIM和 NCAP模 塊

28、， 硬 件 可 用 專 用 的 集 成 芯片 如 EDI1520等 ， 軟 件 模 型 可 用 IEEE1451.2標(biāo) 準(zhǔn) 的 STIM軟 件 模 塊 如 STIM模 塊 、 TH模 塊 和 TEDS模 塊 等 。 (三 )網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 的 發(fā) 展 形 式 1.從 有 線 形 式 到 無 線 形 式 在 一 些 特 殊 測 控 環(huán) 境 下 使 用 有 線 形 式 傳 輸 傳 感 器 信 息是 不 方 便 的 。 為 此 ， 可 將 IEEE1451.2標(biāo) 準(zhǔn) 與 藍(lán) 牙 技 術(shù) 結(jié)合 起 來 設(shè) 計 無 線 網(wǎng) 絡(luò) 化 傳 感 器 ， 以 解 決 有 線 系 統(tǒng) 的 局 限性 。 藍(lán) 牙

29、 技 術(shù) 是 指 Ericsson、 IBM、 Intel、 Nokia和Toshiba等 公 司 于 1998年 5月 聯(lián) 合 推 出 的 一 種 低 功 率 短 距離 的 無 線 連 接 標(biāo) 準(zhǔn) 。 它 是 實(shí) 現(xiàn) 語 音 和 數(shù) 據(jù) 無 線 傳 輸 的 開放 性 規(guī) 范 ， 其 實(shí) 質(zhì) 是 建 立 通 用 的 無 線 空 中 接 口 及 其 控 制軟 件 的 公 開 標(biāo) 準(zhǔn) ， 使 不 同 廠 家 生 產(chǎn) 的 設(shè) 備 在 沒 有 電 線 或電 纜 相 互 連 接 的 情 況 下 ， 能 近 距 離 (10 cm 100 m)范 圍內(nèi) 具 有 互 用 、 互 操 作 的 性 能 。 藍(lán) 牙

30、 技 術(shù) 具 有 工 作 頻 段 全球 通 用 、 使 用 方 便 、 安 全 加 密 、 抗 干 擾 能 力 強(qiáng) 、 兼 容 性好 、 尺 寸 小 、 功 耗 低 及 多 路 多 方 向 鏈 接 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 基 于IEEE1451.2標(biāo) 準(zhǔn) 的 藍(lán) 牙 協(xié) 議 的 無 線 網(wǎng) 絡(luò) 傳 感 器 結(jié) 構(gòu) 框 圖如 圖 10-49所 示 。 圖10-49 基于IEEE1451.2和藍(lán)牙協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)傳感器結(jié)構(gòu) 2.從 現(xiàn) 場 總 線 形 式 到 互 聯(lián) 網(wǎng) 形 式 基 于 現(xiàn) 場 總 線 的 智 能 傳 感 器 只 實(shí) 現(xiàn) 了 某 種 現(xiàn) 場 總 線通 信 協(xié) 議 ， 還 未 實(shí) 現(xiàn) 真 正 意 義 上 的 網(wǎng) 絡(luò) 通 信 協(xié) 議 。 只 有讓 智 能 傳 感 器 實(shí) 現(xiàn) 網(wǎng) 絡(luò) 通 信 協(xié) 議 (IEEE802.3、 TCP/IP等 )，使 它 能 直 接 與 計 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 通 信 ， 才 能 實(shí) 現(xiàn) 在 網(wǎng)絡(luò) 上 任 何 節(jié) 點(diǎn) 對 智 能 傳 感 器 的 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 遠(yuǎn) 程 訪 問 、 信 息實(shí) 時 發(fā) 布 與 共 享 ， 及 對 智 能 傳 感 器 的 在 線 編 程 與 組 態(tài) 。 圖10-50 基于以太網(wǎng)IEEE802.3協(xié)議的傳感器結(jié)構(gòu) 圖10-51 基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)傳感器測控系統(tǒng)