基于IEEE1451智能传感器的远程监测系统设计（二）

IEEE1451.4标准的核心是TEDS，TEDS包含了传感器的相关信息，其信息有：厂商信息、模块编号、版本信息、产品序列号、灵敏度、测量范围、物理单位、传输功能、输出范围、校准信息以及用户数据等［6-7］。TEDS被存储在EEPROM中，系统一旦上电或接受了请求，TEDS 就上载到系统。TEDS简化了传感器的安装，一个被损坏的传感器可以直接被替换而不需要更改任何设置。

TEDS包含一个64 bit的信息，称为“Basic TEDS”，每一个传感器必须包含一个Basic TEDS。表1为Basic TEDS包含的内容。

由于TEDS存储器大小的限制，Basic TEDS的信息应该被压缩到符合存储器的要求。典型的系统存储器存储信息的单位为8 bit或者16 bit。但是TEDS可以做到按1 bit来存储有效信息。这就要求谨慎小心地解析数据来获得所需要的信息，给编程提出了更高的要求。此外，还可以根据不同的传感器类型，选择不同的模板来设计标准模板TEDS。最后可以根据用户需要添加一些用户自定义信息。本系统所使用的温度传感器的TEDS如表2所示。

4 WTIM 设计

WTIM 部分可以通过MMI 接口将传感器的TEDS 读出， 并将其通过无线设备发送给NCAP， 并且通过IEEE1451.0 标准定义的通用API 函数来控制可读取传感器和执行器的运行状态。WTIM 状态图如图3 所示。

在WTIM一上电时即进入初始化状态，随后马上进入PREREG状态。在PREREG状态中TIM要通过完成向NCAPREG的任务，之后进入NCAPREG状态。进入NCAPREG状态意味着WTIM已经与一个NCAP进行了连接，但是并没有被设置与TIM完成数据交互。当NCAP设置WTIM与TIM进行数据交互时，它就会发送一个开放命令和一个或多个写命令，然后WTIM进入OPEN状态。在OPEN状态中，WTIM就可以和NCAP、TIM进行数据交互了。OPEN状态可以被关闭命令终止。如果多次通信失败，则表明TIM当前没有通道可用，WTIM将由OPEN状态转为NCAPREG状态。如果TIM没有被注册，则WTIM状态由NCAPREG状态转为PREREG状态，进行TIM注册。

5 NCAP设计

符合IEEE1451.5标准的NCAP支持接入多个同一技术标准的WTIM。当首次上电NCAP进入初始化状态时，马上进入UNREGDOT5状态。根据设计要求，NCAP应该包含一个符合ZigBee技术标准的协调器，在UNREGDOT5状态意味着协调器并没有建立一个有效的ZigBee网络。之后NCAP将进行网络的注册和建立，这时NCAP就会进入DOT5REG状态。DOT5REG状态说明NCAP已经建立了一个网络，但是并没有和WTIM建立连接，因此也就不存在与TIM进行数据交互。NCAP网络注册状态图如图4所示。

当一个NCAP 建立的网络有一个或多个WTIM 注册时， 它就会进入TIMREG 状态。在这一状态NCAP 会完成对所有TIM 的注册。为了完成与TIM 的数据交互，NCAP 会发送一条开放命令和一条或多条写命令， 随后NCAP 进入OPEN 状态。在OPEN 状态， 即可以和WTIM进行数据交互。OPEN 状态可以被关闭命令结束。因为NCAP 维持各个WTIM 相互独立， 所以NCAP 可以在任

何时刻发现和连接节点。NCAP 运行状态图和顺序图分别如图5、图6 所示。

在国外对于智能传感器的研究起步比较早，到目前为止已有相当一部分投入到应用中，如在远程监控和控制、分布测量和控制系统中的应用和在协作式测量和控制中的应用。而国内对于IEEE1451标准族的研究还处于起步状态，一些高等院校也在进行针对IEEE1451标准族的研究，但是目前绝大部分的研究工作还是停留在对标准本身的解释和阐述，并没有将其应用在实际的工程中。而且主要集中于对IEEE1451协议中较早版本的研究，明显落后于国外的研究现状。

本文将IEEE145标准族中的四种标准通过组合使用，设计完成了一套完整的环境监测系统，这对于IEEE1451标准的推广有一定的现实意义。