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522001嵌入式系统及单片机国际学术交流会论文集~————————————————————————————————————————一~基于IEEE 1451标准和蓝牙协议的无线网络传感器设计童利标。
徐科军oo 梅涛。
①舍肥工业大学自动化研究所,舍肥.230009②中科院合肥智能机械研究所,合肥,230031摘要采用IEEE 1451标准和蓝牙协议研制智能化无线网络传感器,可使传感嚣以即插即用的方式连接到数字网络上。
本文概述IEEE 145l传感器标准和蓝牙技术,给出一种基于IEEE 145l标准和蓝牙协议的无线网络传感嚣的设计方案,并介绍它的应用前景。
关键词IEEE 1451.蓝牙协议。
无线网络传感器引言IEEE和NIST在1997年和1999年颁布了IEEE J451.2和IEEE 1451.1标准,即智能传感器模块标准和网络适配器标准。
这些标准规定了传感器与微处理器相连以及连上网络的硬件和软件接口。
根据这些标准可研制出网络化智能传感器。
但是,在有些场合,使用有线电缆传输传感器信息是不方便的,为此,人们提出将 IEEE 1451标准与蓝牙协议结合起来,组成了一个无线网络传感器,以解决原有有线系统的局限。
无线网络传感器将使我们的生活成为真正的信息世界,给人们生活带来了巨大变革。
本文简介了IEEE 1451传感器的体系结构和蓝牙技术,主要阐述了基于IEEE 1451标准和蓝牙协议的无线网络传感器的硬件开发和软件设计方案及其应用前景。
2有关标准和协议简介2.1IEEE 145l标准L1“JIEEE 1451.2标准提供了将传感器和变迭器连接到一个数字系统,尤其是连接到网络的方式。
简单地说, IEEE 1451.2标准通过一个电子数据表格TEDS和一个连接传感器到徽处理器的数字接口,使传感器模块具有即插即用性。
图I示出了一个1451传感器的体系结构。
它包括网络、STIM、NCAP以及连接STIM和 NCAP的接口T11。
行业频道服务用户:密码:网络化智能传感器标准IEEE 1451.2 的TII 协议研究2006-8-7 15:50:21 【文章字体：大中小】一、引言传感器与网络相连，是信息技术发展的一种必然趋势。
然而控制总线网络多种多样，千差万别，内部结构、通信接口、通信协议各不相同，以此来连接各种变送器（包括传感器和执行器），则要求这些传感器或执行器必须符合这些标准总线的有关规定。
由于技术上、成本上的原因，传感器的制造商无法使自己的产品同时满足各种各样的现场总线要求，而这些现场总线本身有各自的优点，针对不同的应用对象，有自身的优势；但它们之间的不兼容性、不可互操作性和各自为战的弊端，给广大用户带来了很大的不便。
一个通用的、普遍接受的传感器接口标准将使制造商、系统集成者和最终用户受益，这就是IEEE 1451 标准产生最直接的原因。
在各方努力下，IEEE 和NIST 在1997 年、1999 年和2003 年先后颁布了IEEE 1451.2、IEEE 1451.1 和IEEE 1451.3 标准，同时3个工作组对标准进行进一步的扩展研究，即IEEE P1451.4、IEEE P1451.4 和IEEE P1451.0。
IEEE 1451.2 标准通过一个变送器电子数据表（Transducer ElectronicData Sheet，简称TEDS），使变送器模块具有即插即用的功能，同时定义了一个连接变送器到微处理器的变送器独立接口（Transducer IndependentInterface，简称TII），并通过网络适配器（NCAP）把传感器和执行器连接到网络。
二、TII 概述变送器独立接口TII 是NCAP 与STIM 之间的硬件接口，它是通过10 根按照SPI 标准串行通讯方式的引脚在一起，如图1 所示，每个管脚的功能分配见表1，管脚信号电平定义见表2，同时给出了每个信号的触发电平和信号逻辑，需要注意的是表中所指出的信号是输入还是输出是相对STIM 而言的。
基于IEEE1451标准接口的智能传感器硬件设计1 引言微处理器带来的数字化革命到虚拟仪器的飞速发展．对传感器的综合精度、稳定可靠性和响应要求越来越高，传统的传感器已不能适应多种测试要求，随着微处理智能技术和微机械加工技术在传感器上的应用，智能传感器(Smart Sen—sor)诞生了。
所谓智能传感器，就是带微处理器、兼有信息检测和信息处理功能的传感器。
智能传感器实现的途径一般有3 种方式：①非集成化实现是将传统的经典传感器、信号调理电路、带数字接口的微处理器组合为一整体，而构成的一个智能传感器系统。
②集成化实现的传感器系统是采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，利用硅作为基本材料制作敏感元件、信号调理电路、微处理单元，并把其集成到一块芯片上构成。
固又称为集成智能传感器。
③混合实现是根据需要，将系统各个集成化环节，如：敏感单元、信号调理电路、微处理单元、数字总线接口，以不同的组合方式集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里。
这里采用非集成化实现的方式。
IEEE1451 是一种新的通用智能化传感器接口标准。
IEEE1451 标准为即插即用智能传感器与现有的各种总线提供了通用的接口标准。
IEEE 标准的提出，为提高全球范围内传感器技术水平提供了坚实的基础，为测试系统的智能化提供了基本前提。
在设计中，基于IEEEl45l.4 标准提出了一种新的接口，使传感器既可以输出模拟信号也可也输出数字信号，使得普通的传感器可以实现智能化。
2 智能传感器的硬件设计硬件设计主要介绍信号调理模块、A／D 转换模块、数据通信模块3 个模块。
传感器采用加速度传感器ADXL250，ADXL250 是ADI 公司推出的低噪。
网络化智能传感器标准IEEE 协议研究TII 的14512
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协议研究IEEE 1451.2 的TII 网络化智能传感器标准用户:
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2006-8-7 15:50:21 【文章字体：大中小】打印收藏关闭
一、引言
传感器与网络相连，是信息技术发展的一种必然趋势。
然而控制总线网络多种多样，千差万别，内部结构、通信接口、通信协议各不相同，以此来连接各种变送器（包括传感器和执行器），则要求这些传感器或执行器必须符合这
些标准总线的有关规定。
由于技术上、成本上的原因，传感器的制造商无法使自己的产品同时满足各种各样的现场总线要求，而这些现场总线本身有各自的
优点，针对不同的应用对象，有自身的优势；但它们之间的不兼容性、不可互操作性和各自为战的弊端，给广大用户带来了很大的不便。
一个通用的、普遍IEEE 接受的传感器接口标准将使制造商、系统集成者和最终用户受益，这就是
1999 在各方努力下，1451 标准产生最直接的原因。
IEEE 年、在和NIST 1997
标准，IEEE 1451.3 和IEEE 1451.1 、IEEE 1451.2年先后颁布了2003 年和
同个工作组对标准进行进一步的扩展研究IEEEP1451.IEEEP1451.4
IEEE P1451.
Transducer ElectronicIEEE 1451.2标准通过一个变送器电子数据表
），使变送器模块具有即插即用的功能，同时定义了DataShee，简TEDS
Transducer Independent个连接变送器到微处理器的变送器独立接口
）把传感器和执行器连接），并通过网络适配器NCA，简InterfacTI网络概述变送器独立接TII二标准串SPI10根按之间的硬件接口TIINCAPSTIM它是通，管脚信所示，每个管脚的功能分配见通讯方式的引脚在一起，如1
，同时给出了每个信号的触发电平和信号逻辑，需要注意的电平定义见表中所指出的信
号是输入还是输出是相STIM而言的。
其中NINT 是允许由STIM 根据ASSERT 的信号接口线，其他的信号线都是由NCAP 控制通讯和信息交换；NSDET 用来判断一个STIM 是否挂接在系统上，NCAK 仅仅是响应NCAP 的动作；对于单个传感器的场合，NTRIG是由NCAP 用来控制读传感器数据或向执行器发送数据的时间，对于多传感器的场合，NTRIG
的功能使用较为复杂。
．
STIMNCAP之间的通讯基本过程可以看作NCA通DINDCLK通某STI，在写数据时NCA保DCLK 并将数据加DIN上，在读数时NCAP保DCL并DOUT上读入数据。
在任一通讯方式中NIO 可以作是用来完成实现数据传输功能触发的片选NCA除了STIM用来做触发响
应外同时用作数据传输响应为了接口简单起见两种功能不同时出现NCAP
的角度来看STIM可以看作是一个存储设备，其中的数据和功能实现可以过相应的功能地址获取，每一个功能地址包括了被访问通道和需要实现的能，每STIM可以255个通道。
如果需要对所有的通道数据进行访问，选择通
TII提供了电源和STIM的一个通用的地NCAP提供最75mA的电流电
50.20VDCSTIIEEE1451.2标准提供了独立NCAP的补充的源，如必要可提供精确的或高压电源给传感器，但是只NCAP可以提供电STIM接口电路TII接口提供NCAPSTI之间的读写时序。
最高级协议是读结构、写结构和触发
下面就TII协议的具体内容作如下说明
三TII协议研
协议规范了触发功能的执行和使用物理TII 执行时的数据传输功能。
NCAP
和STIM 都参与了每个协议，对它们各自特定的任务作了区分，一部分协议被分级定义。
所示。
2如图)读写顺序(之间的数据传输协议STIM 和NCAP
结构是字节序列的传输，字节传输是比特序列的传输。
所有的触发、读结构和写结构的初始状态都伴随着NTRIG、NACK 和NIOE 线闲置。
1．触发
NCAP
触发一般在读传感器之前或写入执行器之后使用，其具体的过程是：
等待通道写通道TEDS 的持续时间，NCAP 发信号触发NTRIG，STIM 发信号触发NACK，然后NCAP 闲置NTRIG 和STIM 闲置NACK，最后NCAP 等待通道读通道TEDS 的持续过程。
2．位传递方法
数据以比特流的形式从NCAP 经DIN 到STIM 传输，从STIM 经DOUT 到NCAP 传输，传输以以下的方式受DCLK 线的控制，其过程为：DCLK 高度空闲，在DCLK的第一个下降沿，将要传输的第一个字节由发送器触发（NCAP 在线路DIN 上，STIM 在线路DOUT 上），在随后的DCLK 上升沿上，比特被接收者锁存，后来的比特传输重复上述步骤。
虽然一个全双工的传输可以同时使用DIN 和DOUT，但这标准并没有使用这一的功能,也就是，当数据从NCAP到STIM 传输时，NCAP 忽略DOUT 线，同样的，当数据从STIM 到NCAP 传输时，STIM 忽略DIN 线。
需要注意的是DCLK 不需要一个常数频率或任务周期。
3．读/写字节传输协议
读字节传输协议是从STIM 到NCAP 传输，写字节传输是从NCAP 到STIM 传输。
所有的数据必须使用比特传输协议并以8 比特组的形式从NCAP 到STIM 传输，只有当NCAP 检测到NACK 线上的传输时，它才会继续写字节传输。
当STIM
已经适当的处理了先前的字节并已准备执行NCAP 时，它才在NACK 线上传输。
与写字
传输不同的是，只有当NCAP 检测到NACK 线上的数据传输时，它就会继续读字节传输。
当STIM 已经适当的处理了先前的字节并已准备NCAP 的执行时，它将在NACK 线上传输。
4．读/写结构传输协议
读结构协议的过程为：NCAP 进入NIOE 线，NCAP 等待直到STIM 进入NACK
用写字节传输协议写通道地址，NCAP 用写字节传输协议写功能地址，NCAP 线，
NCAP 从最高有效位到最低有效位用读字节传输协议读0 个或多个数据字节，NCAP 出NIOE 线，STIM 出NACK（如果已经传输了奇数字节，依据读字节传输协议，NCAK 就已经无效）。
读结构协议与写结构协议类似，其过程为：NCAP进入NIOE 线，NCAP 等待直到STIM 进入NACK 线，NCAP用写字节传输协议写
功能地址，NCAP 用写字节传输协议写通道地址，NCAP 从最高有效位到最低有效位用
读字节传输协议读0 或多个数据字节，NCAP 出NIOE 线，STIM 出NACK
线（如果已经传输了奇数字节，依据字节读传输协议，NCAK 就已经无效）。
NCAK 在高压或在低压结束取决于传输了奇数还是偶数字节，如果在数据传输结构结束
时是低压，那么对闲置的NIOE 线来说，将是一个有效的握手（hand-shake）。
如果NCAK 出NIOE 线时是高压，那么NCAP 就可以确认STIM
已经在重新进入NIOE 线前等待了至少为结束结构检测延迟时间的持续时间，来验证数据传输结构的结束。
当然，NCAP 和STIM 之间的TII 接口数据传输协议还有一些例外的情况，在此就不一一展开了。
四、结论
TII描述了连接STIM和NCAP之间的数字接口，并定义了协议、时序和电气规格等，以确保NCAP和STIM不同连接间流畅的数据交换。
这一通用的、普遍接受的TII接口标准将使传感器具有即插即用的特性，使制造商、系统集成者和最终用户都受益。
本文从TII 接口的物理管脚和信号定义出发，研究分析了触发、TII中读/写字节传输、读/写结构传输等协议，为基于IEEE 1451.2的网络化传感器的实用化做了一点基础工作。
当然，应该看到，网络化智能传感器标准的普遍接受并走向产业化，以及适合我国的网络化智能传感器标准的推出，都还需假以时日，有大量的工作需要来完成。
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