基于IEEE 1451標準的智能變送器的設計與實現.pdf

1、隨著現場總線技術在工業(yè)現場中的廣泛應用，各大生產廠商推出了支持不同總線的變送器設備。為了解決各生產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系列標準。IEEE1451標準簇規(guī)定了變送器統(tǒng)一的接口標準、軟件構架及編寫規(guī)范，使變送器具有即插即用、在線標定等特點。
　　本文研究目的是研究和分析相關標準，探討基于IEEE1451標準設計智能變送器的技術實現細節(jié)，并以遠程環(huán)境監(jiān)測為應用背景，利用IEEE1

2、451.0、IEEE1451.1、IEEE1451.4和IEEE1451.5標準設計一個環(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）和網絡適配器（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生產的單總線EEPROM芯片DS2431。WTIM及NCAP之間采用IEEE1451.5標準支持的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)設備利用GPRS網絡與上位機通信，此外，NC

4、AP還集成了CAN、以太網等標準網絡通信接口。本系統(tǒng)的軟件部分基于RT-Thread嵌入式實時操作系統(tǒng)設計，根據IEEE1451.1標準將變送器數據和軟件組件抽象為對象，在實現中采用了面向對象C語言的編碼方法，使軟件具有很好的可移植性和可維護性。
　　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、軟件實現方法，在此基礎上，實現了依據模板動態(tài)獲得TEDS(Transducer Electronic Data Sheet)數據的方法。本文還對IEEE1451.0標準定義的多種物理通用配置命令集進行了研究，并依據標準設計實現了WTIM及NCAP主要的軟件組件。最后，用Visual C++2010設計了上位機監(jiān)控軟件。實驗結果表明，本系統(tǒng)具備了基于IEEE1451標準的智能變送器系統(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、