傳感器接口標準最新進(jìn)展
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事實(shí)上，業(yè)界的某些評論已經(jīng)過(guò)分夸大了IEEE 1451智能變送器接口標準的消亡。該標準被束之高閣，直到開(kāi)發(fā)者開(kāi)始使用最近批準通過(guò)的IEEE 1451.4部分。這一部分標準中增加了存儲元件以使傳感器更加智能化，還通過(guò)變送器電子數據表格(Transducer Electronic Data Sheets, TEDS)增加了自識別功能。這種簡(jiǎn)便的方法使變送器電子數據表格可用于大量現存的模擬傳感器接口，且添加了即插即用功能，并確保了精確和經(jīng)濟的解決方案和應用。簡(jiǎn)言之，P1451不再是“一個(gè)尋找問(wèn)題的解決方案”（P代表整個(gè)標準目前處于提交狀態(tài)）。
這一標準滿(mǎn)足了中小型傳感器和變送器制造商長(cháng)久以來(lái)的期望——尋求一個(gè)通用的傳感器接口，但卻長(cháng)期承擔著(zhù)不同網(wǎng)絡(luò )、現場(chǎng)總線(xiàn)、協(xié)議和需求造成的歷史負擔。1451標準最初的概念是為了讓變送器外殼有空間安裝驅動(dòng)器，允許變送器可插入P1451類(lèi)的驅動(dòng)器，減少了專(zhuān)門(mén)驅動(dòng)的需要，據說(shuō)能節省90%~95%以前用于軟件開(kāi)發(fā)的時(shí)間。
一些歷史背景
1451是1994年由電氣與電子工程師學(xué)會(huì )（IEEE）儀器與測量分會(huì )和美國國家標準與技術(shù)協(xié)會(huì )（NIST）發(fā)起，目的是希望用標準通信接口解決傳統傳感器集成的問(wèn)題。目前，P1451已經(jīng)發(fā)展成擁有7個(gè)工作組，其中4個(gè)是正式批準的。
最近，P1451.3工作組定義了用于集群傳感器應用和確保高速、同步數據傳輸的標準。同時(shí)，P1451.4工作組完成了模擬變送器的混合模式通信的應用，例如數字電子表格和模擬信號。
約兩年以前，美國國家儀器公司（NI）報道說(shuō)它意識到了1451.4潛在的價(jià)值，并開(kāi)始與IEEE工作組更積極地合作。NI的激勵和IEEE的批準通過(guò)成為1451.4復蘇的動(dòng)力。
圖1：Watlow公司和美國國家儀器公司報道說(shuō)，目前在絕大多數的溫度下智能熱電偶比熱電阻(RTDs)要精確得多，而智能熱電阻也可以達到參考精度。
通過(guò)給模擬變送器增加即插即用功能，其可將其添加到數字儀器和測量系統的網(wǎng)絡(luò )中。IEEE 1451.4目前正有一個(gè)良好的機會(huì )，依靠簡(jiǎn)化變送器的安裝、網(wǎng)絡(luò )的建設與系統的維護和更新來(lái)加快聯(lián)網(wǎng)傳感器的應用。1451. 4正通過(guò)建立一個(gè)通用系統達成上述目標，該系統的信息數字網(wǎng)絡(luò )需要辨識、標志、接口和使用來(lái)自模擬傳感器的信號。
1451.4工作組副主席，美國國家儀器公司經(jīng)理David Potter解釋說(shuō)1451.4是一項實(shí)用的技術(shù)標準，它使變送器電子數據表格與模擬測量相兼容?！坝捎谠谧兯推髂M接口增加了自識別功能，該標準具有令任何測量系統，模擬的或數字的，更易于安裝、配置和維護的潛力。當傳感器連接到數據采集設備或任何儀表板，就會(huì )得到大量的關(guān)于安裝范圍、濾波和其他一些參數。如果這些信息已經(jīng)保存在一塊存儲芯片中，那么你就可以自動(dòng)進(jìn)行安裝與校正?！?
1451.4標準還利用嵌入在傳感器中的電可擦除、可編程、只讀存儲器芯片(EEPROM)實(shí)現即插即用功能詳細資料的存儲與通信。制造商可以由Internet獲取芯片的標志符。一個(gè)完整的變送器電子數據表格可能包含一個(gè)具體類(lèi)型傳感器的類(lèi)型識別和屬性?xún)热?，如加速計、麥克風(fēng)、應變儀、熱電偶和其他類(lèi)別傳感器。變送器電子數據表格中還可以包含傳感器的全部校準數據。
對某個(gè)具體傳感器的要求是，模板描述文件應當在網(wǎng)站上給出并發(fā)布。該標準考慮到在一些現存的傳感器中不能嵌入如EEPROM的存儲器，因此在Internet上提供了虛擬變送器電子數據表格。美國國家儀器公司和他的合作伙伴提供了龐大的虛擬變送器電子數據表格庫，可以在網(wǎng)址www.ni.com/sensors免費下載。作為美國國家儀器公司合作伙伴計劃的一部分，目前大約有25家公司提供符合1451.4標準的傳感器。
圖2：Chris
Watlow公司的“衣架”
對測試和測量用戶(hù)而言，1451.4標準可以大幅度提高熱電偶的精度。例如，典型的J型熱電偶是由兩種不同等級和相對精度的金屬組成，但是，Watlow公司最近發(fā)現在它生產(chǎn)的熱電偶上增加1451.4的單線(xiàn)存儲器，提高了校準性能和曲線(xiàn)線(xiàn)性化程度，測量誤差從1.5℃到0.5 ℃降低了三倍，使之比美國國家標準化組織的熱電偶更加精確又如，一個(gè)典型的K型熱電偶通常使用在600℃時(shí)有±2.6℃的不確定度，但是通過(guò)加入符合1451.4標準的智能傳感器和更好的原材料，根據Watlow公司戰略市場(chǎng)經(jīng)理Chris Seymour的說(shuō)法，可將在 600℃時(shí)的不確定度降低到0.6℃。同時(shí)他補充說(shuō)，一個(gè)A級的熱電阻（RTD）工作在600℃時(shí)通常有±1.4℃的不確定度，而1451.4將其改造為智能熱電阻后，其不確定度可以小到0.2℃。
Murphy在2004年ISA展會(huì )上展示了Watlow公司的Infosense-P型即插即用熱電偶、熱電阻和電熱調節器如何與符合1451.4標準的芯片和變送器電子數據表格配合使用，用于校準一個(gè)典型的“衣架（coat hanger）”，并使其比傳統的溫度傳感器更精確。
“我們主要是向OEM供貨，這要求精度和可重復性，他們之前不得不購買(mǎi)精度在0.5%~1.0%誤差范圍的傳感器，現在我們可以將所有的校準信息存放于一片存儲器中”，Seymour說(shuō)?！拔覀儸F在能實(shí)時(shí)地了解一個(gè)傳感器的工作狀態(tài)，因為它其中的數字元件可以告訴我們其模擬側的運行狀態(tài)。在這個(gè)情況下，我們的OEM客戶(hù)能夠生產(chǎn)出在較高溫度下工作，并比熱電阻技術(shù)更精確的熱電偶，而后者要昂貴得多?！?
Seymour補充說(shuō)采用符合1451.4標準的芯片意味著(zhù)：為了獲得更好的精度、提高壽命、降低溫漂，Watlow公司也可以在其熱電偶使用新型混合材料，例如高溫合金?，F在，芯片中有所有的電壓/電阻數據表，能告訴儀器它可能是什么類(lèi)型的傳感器?！耙郧坝脩?hù)不得不購買(mǎi)校準表，但很容易被丟棄。而現在，擁有了變送器電子數據表格后，就不可能將信息與芯片分離開(kāi)了”，Seymour又說(shuō)?！岸?，最初的標準是傳感器必須線(xiàn)性運行，變化也必須是線(xiàn)性的，因為所有的儀器都是模擬的?，F在，我們有數字電子技術(shù)，我們可以跟蹤記錄任何我們想要的功能，包括收集有關(guān)未來(lái)傳感器工作故障的數據”。
IEEE P1451 標準
P1451.0——通用功能、通信協(xié)議和變送器電子數據表(TEDS)格式。
功能：標準草案的目的是開(kāi)發(fā)一套用于IEEE1451智能變送器標準的通用功能、命令和TEDS。
狀態(tài)：標準草案制定中；有希望2005年投票。
1451.1——網(wǎng)絡(luò )應用處理器（NCAP）信息模型。
狀態(tài)：1999年6月被批準為標準；目前正在修訂。
1451.2——變送器-微處理器通信協(xié)議和TEDS格式。
狀態(tài)：1997年9月被批準為標準；目前正在修訂，加入UART接口。
1451.3——分布式多點(diǎn)系統數字通信和TEDS格式。
狀態(tài)：2003年11月作為標準被批準。
1451.4——混合模式通信協(xié)議和TEDS格式。
功能：定義采用反轉極性的混合模式通信，在相同的兩條線(xiàn)路上以數字方式傳送TEDS數據，發(fā)送模擬變送器信號。
狀態(tài)：2004年5月被批準為標準，有望2004年11月公布。
P1451.5——無(wú)線(xiàn)傳感器通信與TEDS格式。
功能：減少電纜和安裝成本；降低電纜/局域網(wǎng)壓降；改進(jìn)基于條件監測的數據采集；有助于預維護。
狀態(tài)：標準草案制定中；有希望2005年投票。
P1451.6——用于本質(zhì)安全和非本質(zhì)安全應用的高速、基于CANopen協(xié)議的變送器網(wǎng)絡(luò )接口。
狀態(tài)：標準草案制定中。
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