智能网络传感器在物联网与传感器技术中的应用

1.基于IEEE 1451.2的智能网络传感器

由于在IEEE 1451.2标准中仅定义了接口逻辑和TEDS格式，其他部分由传感器制造厂商自主实现，因此，各厂商可根据各自的优势保持各自的性能、质量、特性与价格等方面的竞争力。该标准提供了一个连接智能变送器接口模块（STIM）和NCAP模块的10线的标准接口——变送器独立接口（TII），主要定义两者之间点对点连线、同步时钟的短距离接口，使传感器制造厂商可以把一个传感器应用到多种网络和应用中。

其中，STIM是连接变送器与NCAP模块的标准数字接口，主要提供了对变送器的访问、控制和数据的处理。模块主要包括变送器（传感器或执行器）、信号调理电路和A-D与D-A转换器、电子数据表单、接口电路、嵌入式微控制器和存储器。NCAP模块用来连接STIM和网络，运行网络协议栈和应用固件。

当电源加到STIM上时，变送器自身带有的内部信息，如制造厂商、数据代码、序列号、使用的极限、未定量以及校准系数，可以提供给NCAP模块及系统的其他部分。当NCAP模块读入一个STIM中TEDS数据时，NCAP模块可以知道这个STIM的通信速率、通道数及每个通道上变送器的数据格式（12位还是16位），并且知道所测量对象的物理单位，知道怎样将所得到的原始数据转换为国际标准单位。

在与STIM通信的过程中，NCAP模块一直是主机，通信速率由NCAP模块设定，这会影响STIM中的采样速率，但是避免了释放数据以及对存储器的巨大需求。当STIM连接到NCAP模块时，NCAP模块从TEDS读取有关STIM的信息，之后读取STIM采样的数据。变送器电子数据单（TEDS）分为可以寻址的8个单元部分，其中2个是必须具备的，其他的是可供选择的，主要为将来扩展所用。

基于IEEE 1451.2标准和蓝牙协议的无线智能网络传感器由STIM、蓝牙模块和NCAP模块三部分组成，在STIM和蓝牙模块之间是IEEE 1451.2协议定义的10线TII，蓝牙模块通过TII与STIM相连，通过NCAP模块与互联网相连。NCAP模块通过分配的IP地址与网络（内联网或互联网）相连。其体系结构如图5-8所示。

图5-8 无线智能网络传感器体系结构

与基于IEEE 1451.2标准的有线智能网络传感器相比，上述无线智能网络传感器除增加了两个蓝牙模块外，其余部分相同。

2.基于TCP/IP的智能网络传感器(https://www.xing528.com)

基于TCP/IP的智能网络传感器是把计算机网络的TCP/IP国际标准引入到智能传感器中，即在传感器中嵌入了简化的TCP/IP，使传感器不通过PC或其他专用设备就能直接接入互联网/企业内联网。基于TCP/IP的智能网络传感器体系结构如图5-9所示。

基于TCP/IP的智能网络传感器把TCP/IP作为一种嵌入式应用，即把TCP/IP嵌入到智能传感器的ROM中，使得信号的收发都以TCP/IP方式进行，这样在传感器现场级就具备了TCP/IP功能，测控系统在数据采集、信息发布及系统集成等方面都以企业内联网为依托，使得测控网和信息网统一起来。各种现场信号均可在企业内联网实时发布和共享，任何网络授权用户均可通过IE和Netscape浏览器实时浏览这些现场信息，为决策提供实时数据参考。如果企业内联网与互联网相连，各种现场信息均可在互联网上实时浏览，并可实现在整个互联网/企业内联网上任何位置对现场传感器的在线控制、编程和组态等，这为远程操作开辟了又一崭新道路。

基于TCP/IP的智能网络传感器实现了传感器的信息化，即实现互联网/企业内联网功能，具有划时代的进步意义，将对工业测控、智能建筑、远程医疗、环境和水文监测及农业科技应用等领域带来革命性的影响；它的另一重要意义是使测控系统本身发生了质的飞跃——在现场即可方便地搭建基于互联网/企业内联网的测控系统。

在基于IEEE 1451.2标准和基于TCP/IP的智能网络传感器基础上，可构建网络化测控系统。测控系统实现了网络化后，便能对大型复杂系统进行远程测控，对各种数据及相应的软件进行共享，这是信息时代的必然产物。利用智能网络传感器构建的网络化测控系统基本结构如图5-10所示。

图5-9 基于TCP/IP的智能网络传感器体系结构

图5-10 网络化测控系统基本结构

在图5-10所示的系统结构中，测量服务器主要对各种测量基本功能单元进行任务分配，对基本功能单元采集来的数据进行计算、处理与综合，将数据存储、打印等；测量浏览为Web浏览器或别的软件接口，可以浏览现场测量节点测量、分析、处理的信息和测量服务器收集、产生的信息；智能网络传感器系统中，传感器不仅可以与测量服务器进行信息交换，而且符合IEEE 1451标准的传感器、执行器之间也能相互进行信息交换，以减少网络中传输的信息量，也有利于系统实时性的提高。