基于IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)的智能變送器的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著現(xiàn)場總線技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場中的廣泛應(yīng)用，各大生產(chǎn)廠商推出了支持不同總線的變送器設(shè)備。為了解決各生產(chǎn)廠商的變送器接口互不兼容的問題，電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）提出了1451系列標(biāo)準(zhǔn)。IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)簇規(guī)定了變送器統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)、軟件構(gòu)架及編寫規(guī)范，使變送器具有即插即用、在線標(biāo)定等特點(diǎn)。
　　本文研究目的是研究和分析相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，探討基于IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計智能變送器的技術(shù)實現(xiàn)細(xì)節(jié)，并以遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測為應(yīng)用背景，利用IEEE1

2、451.0、IEEE1451.1、IEEE1451.4和IEEE1451.5標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計一個環(huán)境監(jiān)測演示系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件分為三部分，包括變送器接口模塊（TIM, Transducer Interface Module）、無線變送器接口模塊（WTIM, Wireless Transducer Interface Module）和網(wǎng)絡(luò)適配器（NCAP, Network Capable Application Processor）模塊。WTIM與N

3、CAP模塊微控制器采用ST公司的STM32F103系列芯片，TIM模塊的存儲器使用MAXIM生產(chǎn)的單總線EEPROM芯片DS2431。WTIM及NCAP之間采用IEEE1451.5標(biāo)準(zhǔn)支持的ZigBee協(xié)議通信。本系統(tǒng)采用TI公司所提供的ZigBee解決方案，包括CC2530芯片與Z-Stack2007協(xié)議棧。NCAP模塊采用宏電公司的H7710 DTU(Data Terminal Unit)設(shè)備利用GPRS網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通信，此外，NC

4、AP還集成了CAN、以太網(wǎng)等標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信接口。本系統(tǒng)的軟件部分基于RT-Thread嵌入式實時操作系統(tǒng)設(shè)計，根據(jù)IEEE1451.1標(biāo)準(zhǔn)將變送器數(shù)據(jù)和軟件組件抽象為對象，在實現(xiàn)中采用了面向?qū)ο驝語言的編碼方法，使軟件具有很好的可移植性和可維護(hù)性。
　　本文使用IEEE1451.4中定義的模板描述語言（TDL，Template Description Language），編寫了適合于環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的模板文件，并研究了其在嵌入式系統(tǒng)中的

5、軟件實現(xiàn)方法，在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了依據(jù)模板動態(tài)獲得TEDS(Transducer Electronic Data Sheet)數(shù)據(jù)的方法。本文還對IEEE1451.0標(biāo)準(zhǔn)定義的多種物理通用配置命令集進(jìn)行了研究，并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計實現(xiàn)了WTIM及NCAP主要的軟件組件。最后，用Visual C++2010設(shè)計了上位機(jī)監(jiān)控軟件。實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)具備了基于IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的智能變送器系統(tǒng)的基本特征和主要功能，整套智能變送器系統(tǒng)具有即插即用、