摘要：IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)由IEEE 1451.1、1451.2、P1451.3和P1451.4組成。它定義了一套連接傳感器到網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口，建立了網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的框架，這使得傳感器制造商有能力支持多種網(wǎng)絡(luò)。然而，IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用中存在著一些困難。本文簡要介紹IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容和發(fā)展過程，分析限制該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的一些原因，討論IEEE 1451.x標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系，給出一個(gè)用于機(jī)器人手爪的基于IEEE 1451.1標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的例子。 一、引言 為了解決傳感器與各種網(wǎng)絡(luò)相連的問題，以Kang Lee為首的一些有識(shí)之士在1993年就開始構(gòu)造一種通用智能化傳感器的接口標(biāo)準(zhǔn)。在1993年9月，IEEE第九屆技術(shù)委員會(huì)即傳感器測(cè)量和儀器儀表技術(shù)協(xié)會(huì)決定制定一種智能傳感器通訊接口的協(xié)議，在1994年3月，美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)局NIST和IEEE共同組織了一次關(guān)于制定智能傳感器接口和制定智能傳感器連接網(wǎng)絡(luò)通用標(biāo)準(zhǔn)的研討會(huì)，從這以后已連續(xù)舉辦了4次會(huì)議，討論這種標(biāo)準(zhǔn)建立方面的細(xì)節(jié)問題，即IEEE 1451傳感器／執(zhí)行器智能變送器接口標(biāo)準(zhǔn)。直到1995年4月，成立了兩個(gè)專門的技術(shù)委員會(huì)：P1451.1工作組和P1451.2工作組。P1451.1工作組主要負(fù)責(zé)對(duì)智能變送器的公共目標(biāo)模型進(jìn)行定義和對(duì)相應(yīng)模型的接口進(jìn)行定義；P1451.2工作組主要定義TEDS和數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)，包括STIM和NACP之間的通訊接口協(xié)議和管腳定義分配。1995年5月即給出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)草案和演示系統(tǒng)。經(jīng)過幾年的努力，IEEE會(huì)員分別在1997年和1999年投票通過了其中的IEEE 1451.2和IEEE 1451.1兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)新成立了兩個(gè)新的工作組對(duì)1451.2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展，即IEEE P1451.3和IEEE P1451.4。IEEE、NIST和波音、惠普等一些大公司積極支持IEEE1451，并在傳感器國際會(huì)議上進(jìn)行了基于IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)的傳感器系統(tǒng)演示。 二、網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)簡介 1、IEEE 1451.2標(biāo)準(zhǔn) 1451.2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一個(gè)連接傳感器到微處理器的數(shù)字接口，描述了電子數(shù)據(jù)表格TEDS（Transducer Electronic Data Sheet）及其數(shù)據(jù)格式，提供了一個(gè)連接STIM和NCAP的10線的標(biāo)準(zhǔn)接口TII，使制造商可以把一個(gè)傳感器應(yīng)用到多種網(wǎng)絡(luò)中，使傳感器具有“即插即用（plug-and-play）”兼容性。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)沒有指定信號(hào)調(diào)理、信號(hào)轉(zhuǎn)換或TEDS的如何應(yīng)用，由各傳感器制造商自主實(shí)現(xiàn)，以保持各自在性能、質(zhì)量、特性與價(jià)格等方面的競(jìng)爭(zhēng)力。 2、IEEE 1451.1標(biāo)準(zhǔn) IEEE 1451.1定義了網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立的信息模型，使傳感器接口與NCAP相連，它使用了面向?qū)ο蟮哪Ｐ投x提供給智能傳感器及其組件。如圖3所示為1451.1標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)模型示意圖。該模型由一組對(duì)象類組成，這些對(duì)象類具有特定的屬性、動(dòng)作和行為，它們?yōu)閭鞲衅魈峁┮粋€(gè)清楚、完整的描述。該模型也為傳感器的接口提供了一個(gè)與硬件無關(guān)的抽象描述。該標(biāo)準(zhǔn)通過采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用編程接口（API）來實(shí)現(xiàn)從模型到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的映射。同時(shí)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)以可選的方式支持所有的接口模型的通信方式，如其它的IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)提供，如STIM、TBIM（Transducer Bus Interface Module）和混合模式傳感器。 1451.1標(biāo)準(zhǔn)支持的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和應(yīng)用提供了很多優(yōu)點(diǎn)，如豐富的通信模型、支持客戶機(jī)/服務(wù)器模型和發(fā)布/訂閱模型、強(qiáng)有力的模型簡化了分布式測(cè)控系統(tǒng)軟件的開發(fā)和系統(tǒng)的復(fù)雜度、模塊化的結(jié)構(gòu)可以容易的定制任意大小的系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線無關(guān)、總線和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)應(yīng)用來說是透明的，等等。 IEEE 1451.1標(biāo)準(zhǔn)是圍繞著面向?qū)ο笙到y(tǒng)技術(shù)建立的，這些系統(tǒng)中的核心是類的概念。一個(gè)類描述功能模塊所共有的特征，這些功能模塊被稱為實(shí)例或?qū)ο蟆；绢惖母拍畋桓郊拥囊?guī)范所擴(kuò)展以用于IEEE 1451.1。這些規(guī)范包括發(fā)布集合（類所產(chǎn)生的事件），訂閱集合（類所相應(yīng)的時(shí)間），狀態(tài)機(jī)（一個(gè)大規(guī)模的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)集）以及一組數(shù)據(jù)類型的定義（提供互用性所必需的一部分特性）。 3、IEEE P1451.3標(biāo)準(zhǔn) IEEE P1451.3提議定義一標(biāo)準(zhǔn)的物理接口指標(biāo)，為以多點(diǎn)設(shè)置的方式連接多個(gè)物理上分散的傳感器。這是非常必要的，比如說，在某些情況下，由于惡劣的環(huán)境，不可能在物理上把TEDS嵌入在傳感器中。IEEE P1451.3標(biāo)準(zhǔn)提議以一種“小總線”（mini-bus）方式實(shí)現(xiàn)變送器總線接口模型（TBIM），這種小總線因足夠小且便宜可以輕易的嵌入到傳感器中，從而允許通過一個(gè)簡單的控制邏輯接口進(jìn)行最大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 IEEE P1451.3允許變送器的制造商以很高的性能價(jià)格比且系統(tǒng)內(nèi)部可操作的特點(diǎn)生產(chǎn)變送器。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)既允許以相對(duì)較低的采樣速率和合適的時(shí)序要求來設(shè)計(jì)和生產(chǎn)簡單的設(shè)備，同時(shí)，在另一方面，也可兼容高達(dá)幾兆帶寬和小到納秒的時(shí)序要求的設(shè)備。也就是說，這兩種不同頻譜的設(shè)備能夠和平的共處于同一條總線上。圖4所示為IEEE P1451.3的物理連接表示。在圖4中，一條單一的傳輸線既被用作支持變送器的電源，又用來提供總線控制器與變送器總線接口模型TBIM的通信。這條總線可具有一個(gè)總線控制器和多個(gè)TBIM。網(wǎng)絡(luò)適配器（NCAP）包含了總線的控制器和支持很多不同終端、NCAP和變送器總線的網(wǎng)絡(luò)接口。如果變送器總線存在于網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部，總線控制器只能在NCAP中；否則，它應(yīng)該設(shè)在主機(jī)或其它的設(shè)備中。一個(gè)變送器總線接口模型TBIM可以有一到多個(gè)不同的變送器。 所有TBIM都包含有五個(gè)通信函數(shù)，如表1所示。這些通信函數(shù)將在一個(gè)物理傳輸媒介上最少利用其中兩個(gè)通信通道。通信通道將與啟動(dòng)變送器的電源共享這個(gè)物理媒介。對(duì)高功耗的變送器來說，通過通信電纜共享也許是不夠的，這時(shí)可提供外電源來驅(qū)動(dòng)變送器。 最簡單的系統(tǒng)只含有總線管理通信通道，它被用作所有的通信通道?？偩€通信通道置于一個(gè)固定的頻率，或至少是一個(gè)小頻率，保證每一個(gè)總線控制器都能使用。對(duì)最簡系統(tǒng)來說，TBIM通信函數(shù)、同步函數(shù)、觸發(fā)函數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)都共享同樣的通信通道。 IEEE P1451.3中定義了幾種TEDS。它們可以多種方式來劃分。一些TEDS是機(jī)器可讀且被用作允許總線控制器決定設(shè)備的特點(diǎn)；而其它TEDS是基于文本的用來說明設(shè)備如何操作的。三種機(jī)器可讀的TEDS對(duì)系統(tǒng)操作是必需的，其它的TEDS都是可選的。 對(duì)某些存貯器容量特別小或特殊環(huán)境不允許TEDS存貯于TBIM中的，可把TEDS置于遠(yuǎn)程服務(wù)器上，這種遠(yuǎn)程的TEDS在IEEE P1451.3中稱作虛擬TEDS。三種必需的TEDS是通信TEDS、模型總體TEDS和變送器特定的TEDS。 通信TEDS定義了TBIM的通信能力。每一個(gè)TBIM中只有一個(gè)通信TEDS。模型總體TEDS定義了TBIM的總體特征。每一個(gè)TBIM中只有一個(gè)模型總體TEDS。變送器特定的TEDS描述了每個(gè)變送器的特點(diǎn)。在TBIM中，每一個(gè)變送器都有一個(gè)變送器特定的TEDS。一般情況下，這些TEDS的容量是很小的，只有幾百個(gè)字節(jié)大小。但是，TBIM的存貯器的大小需求依賴于TBIM中變送器的數(shù)量。此外，IEEE P1451.3工作組正在考慮一些可選的TEDS。所有IEEE 1451.2中允許的TEDS都有可能包括在內(nèi)。這些可選的TEDS中最常使用的是標(biāo)定TEDS。這個(gè)TEDS提供了必要的常數(shù)來轉(zhuǎn)換原始的傳感器數(shù)據(jù)為工程單位的格式或者轉(zhuǎn)換工程單位格式到執(zhí)行器所需要的格式。一些其它的TEDS正在考慮，如傳輸函數(shù)TEDS能用來描述針對(duì)不同的輸入頻率時(shí)變送器的特點(diǎn)；數(shù)字濾波TEDS用來定義設(shè)置內(nèi)部數(shù)據(jù)濾波以得到理想的頻率響應(yīng)的系數(shù)等等。 4、IEEE P1451.4標(biāo)準(zhǔn) NIST和IEEE工作組已部分完成了連接傳感器和執(zhí)行器到通信網(wǎng)絡(luò)，控制和測(cè)試系統(tǒng)的統(tǒng)一方法。IEEE 1451.1、IEEE 1451.2和IEEE P1451.3標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)可數(shù)字方式讀的具有網(wǎng)絡(luò)處理能力的傳感器和執(zhí)行器。IEEE P1451.4 標(biāo)準(zhǔn)主要致力于基于已存在的模擬量變送器連接方法提出一個(gè)混合模式智能變送器通信協(xié)議，它同時(shí)也為具有智能特點(diǎn)的模擬量變送器接口到合法的系統(tǒng)指定了TEDS格式。 這個(gè)提議的接口標(biāo)準(zhǔn)將與IEEE 1451.X網(wǎng)絡(luò)化變送器接口標(biāo)準(zhǔn)相兼容。 IEEE P1451.4提議定義一允許模擬量傳感器（如壓電傳感器、變形測(cè)量儀）以數(shù)字信息模式（或混合模式）通訊的標(biāo)準(zhǔn)，目的是傳感器能進(jìn)行自識(shí)別和自設(shè)置。此標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)建議數(shù)字TEDS數(shù)據(jù)的通訊將與使用最少量的線－遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于IEEE 1451.2標(biāo)準(zhǔn)所需的10根線的傳感器的模擬信號(hào)共享。一個(gè)IEEE 1451.4的變送器包括一個(gè)變送器電子數(shù)據(jù)表格TEDS和一個(gè)混合模式的接口MMI。如圖5所示為IEEE P1451.4的混合模式變送器（傳感器和執(zhí)行器）和接口的關(guān)系圖。 作為IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)成員之一，IEEE P1451.4定義了一個(gè)混合模式變送器接口標(biāo)準(zhǔn)，如為控制和自我描述的目的，模擬量變送器將具有數(shù)字輸出能力。它將建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)允許模擬輸出的混合模式的變送器與IEEE 1451兼容的對(duì)象進(jìn)行數(shù)字通信。 每一個(gè)IEEE P1451.4兼容的混合模式變送器將至少由一個(gè)變送器、變送器電子數(shù)據(jù)表格TEDS和控制和傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)入不同的已存在的模擬接口的接口邏輯。見圖6。變送器的TEDS很小但定義了足夠的信息，可允許一個(gè)高級(jí)的1451對(duì)象來進(jìn)行補(bǔ)充。 IEEE P1451.4工作組提議的這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)允許模擬量變送器可與一個(gè)IEEE 1451對(duì)象進(jìn)行數(shù)字通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將定義通信協(xié)議和接口，以及變送器TEDS格式。這里的TEDS將以IEEE 1451.2的TEDS為基礎(chǔ)。但標(biāo)準(zhǔn)沒有指定變送器的設(shè)計(jì)，信號(hào)調(diào)理或TEDS的特別使用。 為了進(jìn)行自我識(shí)別、自我描述和設(shè)置，有必要制訂一個(gè)允許模擬量變送器以數(shù)字方式通信這樣的標(biāo)準(zhǔn)。由于缺乏一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，一些變送器的廠家各自介紹了一些不同的實(shí)現(xiàn)方案，但都存在著接受的限制，不為公眾所認(rèn)可。一個(gè)獨(dú)立的開放定義的標(biāo)準(zhǔn)將使?jié)撛诘挠脩簟⒆兯推骱拖到y(tǒng)生產(chǎn)廠家和系統(tǒng)集成商減少?zèng)_突與矛盾，使具有IEEE 1451.4接口和協(xié)議的產(chǎn)品之間互相兼容。這必將加速這項(xiàng)技術(shù)的誕生和被大家所接受。 IEEE P1451.4的TEDS是IEEE 1451.2標(biāo)準(zhǔn)定義的TEDS的一個(gè)子集，其目的是盡量減小TEDS存貯器的大小。IEEE P1451.4的TEDS設(shè)計(jì)的主要要素有：幫助用戶的相關(guān)信息、即插即用功能、支持所有的變送器類型、開放性以滿足個(gè)別需求和與IEEE 1451.2兼容。IEEE P1451.4的TEDS將包括以下內(nèi)容： （1） 識(shí)別參數(shù)，如生產(chǎn)廠家、模塊代碼、序列號(hào)、版本號(hào)和數(shù)據(jù)代碼； （2） 設(shè)備參數(shù)，如傳感器類型、靈敏度、傳輸帶寬、單位和精度； （3） 標(biāo)定參數(shù)，如最后的標(biāo)定日期、校正引擎系數(shù)； （4） 應(yīng)用參數(shù)，如通道識(shí)別，通道分組，傳感器位置和方向。 通過努力，IEEE P1451.4工作組將建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，允許模擬量輸出的混合模式變送器與高級(jí)的IEEE 1451對(duì)象進(jìn)行數(shù)字通信。其中一個(gè)可能的實(shí)現(xiàn)如圖7所示。 三、IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用探討 自IEEE和NIST組織制定網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1451以來，美國一些大公司積極參與IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)的制定，并在多次國際傳感器博覽會(huì)上進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的演示和實(shí)驗(yàn)，具體內(nèi)容詳見參考文獻(xiàn)［10］，并有部分公司推出了網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器系統(tǒng)開發(fā)工具。幾年過去了，基于IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品問世不多?；萜展驹?000年初曾推出了支持IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)的BFOOT11501、66501和66502系列NCAP芯片，但到2000年底就宣布不再生產(chǎn)了，也就是說，目前的市場(chǎng)還沒有完全接受并推廣使用這個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)。國外是如此，而國內(nèi)有一些關(guān)于IEEE 1451傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)的綜述文章見于期刊，但關(guān)于基于IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的應(yīng)用研究成果還未見報(bào)道，也沒有大公司宣布支持IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)要真正得到市場(chǎng)的認(rèn)可是需要一定時(shí)間的。但出現(xiàn)目前這種狀況，我們認(rèn)為除了標(biāo)準(zhǔn)本身的問題外，也有一些其它的因素。作者一直跟蹤學(xué)習(xí)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，本文在這里提出對(duì)IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用化的幾點(diǎn)考慮，供大家參考。 1、現(xiàn)場(chǎng)總線廠商和傳感器制造商的支持不可或缺 自八十年代提出現(xiàn)場(chǎng)總線的概念以來，由于最初沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，國外一些企業(yè)，特別是美國、日本的一些大公司相互聯(lián)合在一起，紛紛制定出各自的總線標(biāo)準(zhǔn)，并推出了自己的產(chǎn)品。目前在市場(chǎng)上較為流行的現(xiàn)場(chǎng)總線主要有CAN（控制局域網(wǎng)絡(luò)）、LONWORKS（局部操作網(wǎng)絡(luò)）、PROFIBUS（過程現(xiàn)場(chǎng)總線）、HART（可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通訊）、FF（基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線）等。由于這些企業(yè)本身在相應(yīng)行業(yè)領(lǐng)域的壟斷地位，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中都取得了很大的成功，從而導(dǎo)致目前市場(chǎng)上多種現(xiàn)場(chǎng)總線并存的現(xiàn)象。由于這些企業(yè)本身的優(yōu)勢(shì)不同，使用對(duì)象的差異，使得不同總線在各自領(lǐng)域中都有自身的優(yōu)勢(shì)。從商業(yè)上看, 各大現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)廠商都不愿放棄已有的產(chǎn)品和市場(chǎng), 短期內(nèi)不愿尋求統(tǒng)一。作為針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線之間這種不可互操作現(xiàn)實(shí)而制定的IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)，在各大現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)廠商仍各自為政，不愿推廣使用這種標(biāo)準(zhǔn)的情況下，自然難有作為。 2、澄清對(duì)IEEE 1451.X之間關(guān)系的認(rèn)識(shí) IEEE 1451.2和IEEE 1451.1標(biāo)準(zhǔn)頒布以來，很多人都非常的困惑，把網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器系統(tǒng)分成兩個(gè)模塊，即STIM和NCAP。而這兩個(gè)模塊都需要有微處理器，這就意味著要有兩套系統(tǒng)來分別作為STIM和NCAP的開發(fā)工具，無疑，這增加了標(biāo)準(zhǔn)推廣使用的難度。英國某大學(xué)曾把AD公司的AduC812作為一個(gè)STIM，把惠普公司的BFOOT66501作為NCAP，研制了一套網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器系統(tǒng)，用于對(duì)氣象的檢測(cè)，通過嵌入式WEB服務(wù)器的方式遠(yuǎn)程監(jiān)控氣象的變化，取得了成功。但隨著BFOOT系列支持1451標(biāo)準(zhǔn)的芯片的停產(chǎn)，到目前為止，還沒有支持或兼容1451標(biāo)準(zhǔn)的NCAP芯片再出現(xiàn)，這其中關(guān)鍵的一點(diǎn)就是IEEE 1451.2定義的10根線的TII標(biāo)準(zhǔn)接口。也正是因?yàn)橛辛诉@個(gè)統(tǒng)一的硬件接口，傳感器模塊STIM才能即插即用。 還有一種認(rèn)識(shí)就是IEEE 1451.X標(biāo)準(zhǔn)必須放在一起使用，這也增加了標(biāo)準(zhǔn)使用或?qū)嵱没碾y度。 在去年的無線網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器工作組會(huì)議上，制定1451標(biāo)準(zhǔn)的專家專門針對(duì)這個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)問題作了新的闡述，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的部分內(nèi)容進(jìn)行了更新。其中的關(guān)鍵點(diǎn)是：如何使用IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)以及IEEE 1451.X之間的關(guān)系。 IEEE 1451.X標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)可以使它們工作在一起，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器系統(tǒng)，但也可以各個(gè)IEEE 1451.X單獨(dú)應(yīng)用；IEEE 1451.1標(biāo)準(zhǔn)可以獨(dú)立于其它1451.X（1451.2、P1451.3和P1451.4）硬件接口標(biāo)準(zhǔn)而單獨(dú)使用；而1451.X也可不需1451.1而單獨(dú)使用，但是，必須要有一個(gè)相似1451.1所具有的軟件結(jié)構(gòu)，它能夠提供物理參數(shù)數(shù)據(jù)、應(yīng)用功能函數(shù)和通信功能來把1451.X設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)1451.1的功能。 3、基于1451.1標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器系統(tǒng) IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)定義了傳感器或執(zhí)行器的軟硬件接口標(biāo)準(zhǔn)，為傳感器或執(zhí)行器提供了標(biāo)準(zhǔn)化的通訊接口和軟硬件的定義，使不同的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)之間可以通過應(yīng)用IEEE 1451定義的接口標(biāo)準(zhǔn)互連，可以互操作，解決了不同網(wǎng)絡(luò)之間的兼容性問題，使傳感器的廠家、系統(tǒng)集成商和最終用戶有能力以低成本去支持多種網(wǎng)絡(luò)和變送器家族，并且通過簡化連線，降低了系統(tǒng)總的消耗。但如何使IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)盡可能實(shí)用化，國內(nèi)目前仍處于一種比較混亂的狀態(tài)，沒有一個(gè)比較清楚的認(rèn)識(shí)。基于對(duì)IEEE 1451.X之間的關(guān)系新的認(rèn)識(shí)，作者認(rèn)為可以有多種不同的實(shí)現(xiàn)方案。我們研制了一種面向INTERNET的基于IEEE 1451.1的網(wǎng)絡(luò)化智能機(jī)器人手爪傳感器系統(tǒng)。 針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的特點(diǎn)，我們選用了嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊NetBox作為NCAP的研制平臺(tái)。它的微處理器是Intel的高性能、32-bit、嵌入式微處理器386EX。NetBox模塊上設(shè)置了有多種通訊接口，包括直接可連接的以太網(wǎng)10BASE-T接口、標(biāo)準(zhǔn)的RS232C接口，可擴(kuò)展的RS422/RS485接口以及完善靈活的精簡總線接口，可與大多數(shù)的AD、DA、DIO、定時(shí)器、雙口RAM等器件直接相連，而不需要任何接口邏輯電路等。我們研制了數(shù)據(jù)采集電路，把機(jī)器人手爪的多傳感器數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)采集到到系統(tǒng)中，利用CGI（通用網(wǎng)關(guān)接口）原理，把NETBOX作為NCAP（網(wǎng)絡(luò)適配器），并以嵌入式WEB服務(wù)器的方式連接到INTERNET，使人們遠(yuǎn)程即可通過瀏覽器訪問這個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)中運(yùn)用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)機(jī)器人手爪的多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行了融合，獲取機(jī)器人手爪當(dāng)前的工作狀態(tài)，為整個(gè)機(jī)器人的控制、安全操作和行走提供決策的依據(jù)。圖8是系統(tǒng)總體框圖，它由傳感器、數(shù)據(jù)采集電路和NETBOX網(wǎng)絡(luò)模塊組成。 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們采用了IEEE 1451.1標(biāo)準(zhǔn)中的一些先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： （1）電子數(shù)據(jù)表格TEDS技術(shù)，它可以充分描述傳感器的類型、行為、性能屬性和相關(guān)的參數(shù)，比如，傳感器生產(chǎn)商的名稱、傳感器的類型和序列號(hào)等等，從而使傳感器具有了自我描述能力和自我識(shí)別能力； （2）校正引擎技術(shù)，使傳感器內(nèi)部具有自動(dòng)修正誤差和自我補(bǔ)償能力； （3）支持TCP/IP協(xié)議，使系統(tǒng)只要在任何一個(gè)具有一定IP地址的INTERNET終端節(jié)點(diǎn)上，做到即插即用。 四、前景展望 IEEE 1451傳感器代表了下一代傳感器技術(shù)的發(fā)展方向。網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1451的提出將有助于解決由于目前市場(chǎng)上多種現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)并存的現(xiàn)象。相信，隨著IEEE P1451.3、IEEE P1451.4標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)制定、頒布和執(zhí)行，基于IEEE 1451的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器技術(shù)已經(jīng)不再停留在論證階段或?qū)嶒?yàn)室階段，越來越多成本低廉具備網(wǎng)絡(luò)化功能的智能傳感器/執(zhí)行器涌向市場(chǎng)，正在并且將要更廣泛地影響著人類生活。網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器將對(duì)工業(yè)測(cè)控、智能建筑、遠(yuǎn)程醫(yī)療、環(huán)境及水文監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)信息化、航空航天及國防軍事等領(lǐng)域帶來革命性影響，其廣闊的應(yīng)用前景和巨大的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益不久將展現(xiàn)于世。