向上伸出:接口标准使传感器、换能器更加智能
你能听到吗?这是数千个受够了的传感器和换能器制造商在无休止的现场总线争论中做最后的奔跑的声音。许多人开始使用越来越智能的设备和普通通信，这些设备可以接入网络并在互联网上运行以完成工作。
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你能听到吗?这是数千个受够了的传感器和换能器制造商在无休止的现场总线争论中做最后的奔跑的声音。许多人开始使用越来越智能的设备和普通通信，这些设备可以接入网络并在互联网上运行以完成工作。
当然，这是吹牛。然而，IEEE P1451，提出的智能传感器接口标准，是坚实的接地在堑壕。它的开发者设计它是为了解决特定的问题;根据实际应用进行持续演示和调整;并将更新、更深奥的问题和解决方案分配给后续工作组。
历史与进化
P1451由IEEE仪器与测量学会(I&M, Los Angeles, california) TC9传感器技术委员会和美国国家标准与技术研究所(NIST, Gaithersburg, Md)的成员于1993- 1994年发起，旨在通过使用标准通信接口来缓解传统传感器集成问题。
尽管不同的网络和现场总线已经并将继续拥有不同的协议和要求，但1500 - 2000家中小型传感器和传感器制造商及其用户中的许多人都希望有一个通用的接口。这是现场总线标准组织长期以来所承诺的，但到目前为止还没有让许多用户满意。
NIST传感器集成小组组长、I&M传感器技术委员会(sensor Technology Committee)主席李康(Kang Lee)说，用户和传感器制造商会问使用哪种网络最好，我们无法推荐哪种网络。“不过，我们可以通过设计智能传感器的通用接口来帮助解决他们的问题。”
马克沁公司(Maxim, Sunnyvale, california)前TC9联席主席和智能MEMs产品总经理Janusz Bryzek表示，最初的概念是设计一个有驱动器空间的换能器外壳。这意味着换能器可以插入通用的P1451驱动程序，这将取代对特定驱动程序的需求。
布里泽克博士说:“通过实现P1451连接，我们估计，一旦驱动程序可用，用户就可以节省90-95%的时间来开发他们以前需要的软件。”
螺母、螺栓和ted
在最初的组织工作之后，P1451的开发人员根据目标将自己分为两个工作组，最终分为四个工作组。1451.2小组开发了智能传感器接口模块(stim)，其中包括由惠普(HP, Palo Alto, california)捐赠的传感器电子数据表(TEDS)。布里泽克博士说，惠普还提出了对物理单元使用数字编码的标准化概念，这也将有助于传感器连接到互联网。同时，1451.1小组开始为支持网络的应用程序处理器(NCAP)信息模块定义标准。
1451.2集团董事长、惠普分布式测量和控制业务项目经理沃勒(Jay Warrior)说，我们发现可以用很少的电子数据表定义独立于网络的硬件接口。“一旦这些都到位，就可以将任何传感器或执行器插入DeviceNet、LonWorks或基于sds的网络中。”
ted通过在70个基于软件的字段中定义设备特征来实现公共接口。这为传感器、传感器和其他设备提供了一种向网络展示自己的通行证。TEDS还设置了帮助设备读取公共接口的格式，允许自动识别使用特征。网络设备可以读取传感器上的ted数据，而不需要在安装或更换设备时手动进行代码键控、配置或校准数据。ted不仅改善了通信，还帮助网络跟踪设备并保护数据。
沃瑞尔博士补充说，1451.2是由1451.1的映射来辅助的，例如，1451.1可以表示需要发送消息，但允许由每个网络特有的一小块驱动软件来处理实现。这意味着使用1451.1的公共对象模型的设备负责将消息传递到网络，但它们是按照网络使用的任何方法传递的。
Lee先生强调P1451不是另一种现场总线。相反，它是传感器制造商根据单一的通用接口开发传感器接口的一种方式。
使用智能
为了创建1451.2，开发人员定义了两个部分，一个是包含STIM和TEDS的传感器部分，另一个是可以容纳嵌入式控制器的网络部分。惠普分布式测量和控制部门的业务开发专家Rick Van Ness表示，TEDS允许最终的智能设备独立于传统网络，因此用户可以插入他们选择的电子支持网络，如Profibus、DeviceNet、LonWorks、SDS或其他。
李先生估计1451.2可以帮助满足80%的传感器制造商的需求。李开复说，我们从传感器和网络开始，但这可能会扩展到企业层面。“我们希望任何人都能看到他们的传感器在做什么。”
包括输入
随着P1451的全面发展，TC9开发人员不断地对其进行演示和更新，添加了新的输入。Lee先生说，这种开放性和P1451中内置的TEDS扩展特性使其成为一种有用的生活标准，而不仅仅是一份纸上谈兵的规范。制造商可以直接向IEEE申请TEDS扩展，并建议将未来的传感器功能添加到整个TEDS规范中。Lee举例说，人们甚至可以在ted设备上安装一份完整的操作手册。
“推动P1451计划的是那些想要使用网络，但又对使用哪种网络没有特殊要求的人，”沃瑞尔博士说。用户和开发者都不希望在每个项目上做那么多返工。”
TC9的包容性也帮助开发人员保持1451.2的关注点相对狭窄，这使其最终在1997年获得批准。这种包容性也帮助TC9在1995年成立了P1451.3工作组，用于处理带有传感器集群的应用程序，以获得高速同步数据。TC9还成立了用于模拟传感器的混合模式(数字TEDS和模拟信号)通信应用的P1451.4工作组。例如，波音公司(Boeing Corp.， Seattle, Wa.)的工程师正在帮助开发1451.3，因为它可以帮助在多滴网络中使用TEDS。这将使波音公司在测量飞机机翼压力时减少所需的布线。
从芯片到应用
尽管目前还没有几十种基于p1451的产品，但当1451.2在1997年被批准时，TC9包括了30-40家公司的代表。在两家主要公司最近发布了基于1451.2的芯片后，传感器和设备制造商的数量也有望增长，这些芯片可用于构建兼容的产品。
例如，惠普在1999年3月开始推出两个1451.2嵌入式以太网控制器。其中包括4 x 6英寸的BFoot 66501。卡，额外的连接和端口，以及BFoot 10501, 1.6 x 1.8英寸。可以将设备连接到互联网的版本。惠普使用了来自Wind River Systems (Alameda, california)的Tornado等软件开发工具来开发BFoot。
惠普的范内斯说，有几家原始设备制造商在他们的设计中使用了BFoot，而一些客户已经进行了试点安装，并计划在2000年推出产品。他补充说，BFoot被用于军事部署，以打开远程化学探测器;在单回路控制器中，监控建筑物中的冷却器和加热器;还有一些流量计和压力传感器。
传感器和设备制造商也使用来自Analog Devices(诺伍德，马萨诸塞州)的1451.2兼容芯片。该公司于1998年发布了ADuC812芯片，并于今年早些时候推出了ADuC824芯片。Analog Devices的ADuC812具有双12位dac和12位ADC，并配有闪存和8051/8052微控制器内核。
随着芯片制造商的支持，预计P1451的采用将稳步增长。“P1451允许传感器和设备制造商跨越他们的世界和物理世界之间的最后六英寸，”沃瑞尔博士说。“然而，P1451开发人员面临的最大障碍之一是学会更广泛地思考他们如何进行测量的机制。他们必须后退一步，提升一个层次;在更高的抽象层次上思考;还要多想想特定的测量方法对他们的应用有多重要。”
电子开发公司(EDC, Columbia, Md)是一个开创性的开发商，它正在使用P1451来改进其测试系统。EDC最近推出了CogniSense IEEE 1451.1兼容RS-485智能传感器网络系统。它包括EDC 1451.2-NA网络节点，提供NCAP功能，以及EDC 1451.2-SA智能传感器模块，具有接口电子器件，使传感器智能，可以连接到网络节点。EDC的产品也使用惠普的BFoot。EDC最近还成立了Telemonitor Inc.，这是一家专注于基于互联网的远程监控的新公司。“当我们在1997年开始建造智能传感器模块时，1451.2工作组立即解决了我们的问题。我们不再需要担心使用什么网络。EDC总裁约翰逊(Robert Johnson)说，我们必须支持1451.2标准。
EDC正在将1451.2用于以太网到modbus桥接，桥接到一个环路控制器上，该控制器已经管理北卡罗来纳大学的一个远程冷冻水厂一年多了。接口标准使工程师能够远程访问核电站的遗留系统。约翰逊说:“Modbus是一个基于注册的地址控制系统，所以我们把它的地址映射到一个ted系统内的1451.2个数据通道。”
同样，The Modal Shop-A PCB Group Co. (Cincinnati, O.)正在使用P1451的两个部分来帮助它提供振动和声学传感解决方案。它的LanSharc产品是一种STIM，有1451.1和0.2兼容版本和1451.4兼容版本。它们安装在一个包中，可以在一侧接受以太网，另一侧接受模态传感器，以帮助进行声学测量。
莫代尔公司的资深科学家马克•希弗(Mark Schiefer)说，P1451意味着我们不必担心网络的问题，可以专注于测量和减少振动。通用接口为我提供了测量和控制解决方案的基本方法。它在时间、空间和金钱上节省了一个数量级。”
布里泽克博士补充说，Maxim正在开发一种新的硅压力传感器系列，将为设备提供一些基本的TEDS。它们可能会在2000年初推出。
其他生产p1451相关产品的公司包括Endevco(加利福尼亚州圣胡安卡斯皮斯特拉诺)，该公司生产用于模型分析的智能模态测量系统。Smart Modal包括内置基于p1451.4的TEDS的智能等压加速度计和智能等压信号调节器。
Lee补充说，TC9未来可能会专注于其他与以太网相关的应用，并可能致力于标准化一些无线传感器通信。他补充说，有兴趣的人可以打电话到NIST找他。
Warrior博士补充说，1451.2丰富的数据集意味着它不仅可以用于模拟数据，还可以用于向量、坐标集、时间序列和基于光谱的应用程序。
布里泽克博士说:“我相信P1451的努力将带来新一代产品，它将跳过现有一代传感器总线，直接连接互联网，创建全球传感器和执行器网络。”“现场总线将仅限于本地工厂控制，但在全球范围内，无论你走到哪里，都可以看到P1451。据我所知，还没有其他任何系统能够标准化传输这些设备运行所用的物理单元的信息。
用于传感器和执行器的智能传感器接口的IEEE P1451标准的部分
1451.1
什么:支持网络的应用程序处理器(NCAP)信息模型。
功能:定义智能传感器的公共对象模型，并试图找到该模型组件的接口规范。主动定义他们的行为有助于使设备网络中立，更容易配置。
状态:1999年6月被批准为标准。预计于2000年初出版
1451.2
什么:传感器到微处理器的通信协议和传感器电子数据表(TEDS)格式。包括1451.2所列的连接方案。
功能:定义模拟到数字通信接口标准
状态:1997年9月被批准为标准;出版于1998年
P1451.3
什么:分布式多滴系统的数字通信和TEDS格式
功能:寻求使用1451.2作为基线，为使用更高带宽数据的分布式多滴网络系统开发TEDS。
状态:可能在2000年夏天批准。
P1451.4
什么:压电器件的混合模式通信协议和TEDS格式
功能:尝试定义混合模式通信，将使用反向极性，首先允许TEDS数据的数字传输，然后通过相同的两根电线发送模拟传感器信号。
状态:可能在2000年夏天批准
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