Chuẩn giao tiếp của bộ chuyển đổi thông minh cho cảm biến

CHỦ ĐỀ 4

: CHUẨN GIAO TIẾP CỦA BỘ
CHUYỂN ĐỔI THÔNG MINH CHO CẢM
BIẾN
Học viên thực hiện :
1, Chu Thế Huy Lớp : KTTT1B
2, Nguyễn Đình Nhất Lớp : KTTT1B
3, Nguyễn Văn Quân Lớp : KTTT1B
Nhiệm vụ cụ thể
Học viên Nhiệm vụ
Chu Thế Huy Lời giới thiệu + mục 2.1+2.2 (Nội dung)
Nguyễn Đình Nhất Mục 2.3+2.4+2.5 (Nội dung)
Kết luận
Nguyễn Văn Quân Mục 2.6+2.7(Nội dung)
1
PHẦN I/ GIỚI THIỆU
Ngày nay cảm biến được sử dụng rất nhiều trong các thiết bị và hệ thống để cung
cấp thông tin dựa trên các thông số đo được hoặc các trạng thái xác nhận điều khiển.
Chúng là các lựa chọn tốt cho việc tăng tính thông minh cho các hệ thống. Vi xử lý có thể
điều khiển các cảm biến thông minh hoặc các thiết bị thực tế. Việc tăng khả năng xử lý có
thể được thực hiện bằng cách một cảm biến thông minh hoàn toàn có thể giao tiếp trực
tiếp qua các thông số bởi một công cụ hoặc một hệ thống. Trong những năm gần đây ,
khái niệm mạng máy tính đã dần được thêm vào các mạng cảm biến. Các bộ chuyển đổi
trong một hệ thống và thông tin giao tiếp của bộ chuyển đổi thông minh qua dữ liệu số
hoặc tương tự thông qua dây cáp rất thuận tiện cho việc đo và điều khiển. Nói cách khác,
tính thông minh và điều khiển trước đây thường tập trung thì nay dần dần được chuyển
sang các mức độ cảm biến. Chúng tạo ra sự thuận tiện , cải thiện hiệu suất hệ thống , dễ
dàng cài đặt , cập nhật và duy trì hệ thống. Do đó, hướng phát triển trong công nghiệp là
tiến tới việc điều khiển với kiến trúc là các mạng cảm biến thông minh.Những công nghệ
này có thể được áp dụng cho khoa học vũ trụ, tự động hóa, tự động trong công nghiệp,

quân sự và bảo vệ đất nước , điều khiển quá trình sản xuất , nhà thông minh và đồ chơi
thông minh , thiết bị tiêu dùng. Những ứng dụng đã được triển khai như:
- Hãng sản xuất máy bay Boeing cần tới hàng trăm mạng cảm biến cho việc theo
dõi và cải thiện hiệu suất máy bay.
- Giảm số lượng nhân viên trên tàu hải quân từ 400 xuống còn 100 ở Mỹ bằng cách
sử dụng hàng ngàn bộ cảm biến được nối mạng mỗi tàu để tăng cường tự động
hóa.
Ngày nay cảm biến được dùng nhiều trong công nghiệp và ngày càng phát triển.
Thị trường cảm biến vô cùng đa dạng và được dự kiến sẽ tăng tới 43 tỷ USD trong năm
2008. Việc phát triển nhanh của cảm biến thông minh và công nghệ mạng sẽ làm cho
mạng chuyển đổi thông minh sẽ rất kinh tế và là giải pháp hấp dẫn cho một loạt các ứng
dụng đo lường và kiểm soát. Tuy nhiên việc tồn tại vô số loại mạng và giao thức không
tương thích dẫn đến nhiều loại giao tiếp cũng như nhiều phần cứng và phần mềm được
yêu cầu phải nỗ lực phát triển để hỗ trợ các mạng khác nhau cũng như cho cả nhà sản
xuất cảm biến và người sử dụng. Lý do là một giao diện cảm biến tùy chỉnh làm việc cho
một mạng cụ thể sẽ không nhất thiết phải làm việc cho một mạng khác. Điều này nghĩa là
nhiều mạng khác nhau sẽ cùng tồn tại để để cung cấp cho nền công nghiệp. Nhà sản xuất
cảm biến không chắc chắn trong mạng đó có hỗ trợ hay hạn chế việc phát triển sản phẩm
cảm biến thông minh hay không. Do đó, điều kiện này đã cản trở việc thông qua phổ biến
rộng rãi các bộ cảm biến thông minh và công nghệ mạng mặc dù có ước muốn , khát
2
vọng để xây dựng và sử dụng chúng. Rõ ràng chuẩn giao tiếp cảm biến là cần thiết để
giúp giảm bớt vấn đề này.
3
PHẦN II/ NỘI DUNG
2.1/Mô hình một bộ chuyển đổi thông minh
Để phát triển tiêu chuẩn cho một giao diện cảm biến , một mô hình chuyển đổi
thông minh đầu tiên cần được xác định. Theo quy định tại IEEE Std 1.451,2-1.997 một
bộ chuyển đổi thông minh là một bộ chuyển đổi cung cấp các chức năng ngoài các chức
năng cần thiết là tạo ra một đại lượng chính xác số lượng cảm biến hoặc kiểm soát chất

lượng . Chức năng này thường được đơn giản hóa bằng cách tích hợp bộ chuyển đổi vào
các ứng dụng trong môi trường mạng .Vì vậy, chúng ta hãy xem xét các khả năng thực
hiện các chức năng của một bộ chuyển đổi thông minh . Một bộ chuyển đổi thông minh
nên có:
● tính thông minh nên gần hơn với việc đo kiểm và điều khiển.
● khả năng tính toán cơ bản
● khả năng giao tiếp dữ liệu và thông tin trong chuẩn dữ liệu số .

Dựa trên tiền đề này , một mô hình chuyển đổi thông minh được thể hiện trong
Hình 1 . Nó áp dụng cho cả cảm biến và thiết bị truyền động . Đầu ra của cảm biến là có
điều kiện và có quy mô , sau đó chuyển đổi sang dạng số thông qua bộ chuyển đổi tương
tự - số (A/D) . Các tín hiệu cảm biến số sau đó có thể dễ dàng được xử lý bởi một vi xử lý
bằng cách sử dụng một thuật toán ứng dụng điều khiển kỹ thuật số . Đầu ra, sau khi được
chuyển đổi sang tín hiệu tương tự thông qua một bộ chuyển đổi số- tương tự (D/A), sau
đó có thể được sử dụng để kiểm soát một thiết bị truyền động . Bất kỳ các thông số đo
hoặc tính toán được có thể được thông qua bất kì thiết bị nào hoặc máy chủ trong giao
thức mạng.
Figure : Mô hình bộ chuyển đổi thông minh
4
Figure : Chức năng các khối
Figure : Mô hình bộ chuyển đổi thông minh tích hợp mạng
Các mô đun khác nhau của mô hình chuyển đổi thông minh có thể được nhóm lại
thành các nhóm chức năng được chỉ ra trong Hình 2 . Các bộ chuyển đổi và tín hiệu điều
kiện và các mô đun chuyển đổi có thể được nhóm lại thành một xây dựng khối giao tiếp
bộ chuyển đổi thông minh( STIM ). Tương tự như vậy, các thuật toán ứng dụng và các
mô đun giao tiếp mạng có thể được nhóm vào một khối gọi là khối xử lý ứng dụng mạng
( NCAP) . Với các khối chức năng, phân vùng khả năng tương tác mạng có thể đạt được
theo cách thức sau đây :
+ STIMs từ các nhà sản xuất cảm biến khác nhau có thể cắm nóng [ plug and play] với
các NCAPs từ một mạng cảm biến khác đã được cung cấp.

+ STIMs từ một nhà sản xuất cảm biến có thể cắm nóng với NCAPs được cung cấp bởi
các nhà cung cấp cảm biến và mạng khác nhau.
+ STIMs từ các nhà sản xuất khác nhau có thể tương thích với NCAPs từ các loại mạng
được cung cấp khác nhau.
Sử dụng phương pháp phân vùng , một con đường được mở ra cho các sản xuất
cảm biến muốn xây dựng STIMs với cảm biến của họ , nhưng không có ý định trở thành
5
nhà cung cấp lĩnh vực mạng. Tương tự, áp dụng đối với những nhà xây dựng mạng cảm
biến mà không muốn trở thành nhà sản xuất cảm biến.
Khi công nghệ ngày càng phát triển và vi điều khiển trở nên nhỏ hơn so với kích
thước của bộ chuyển đổi , việc tích hợp bộ chuyển đổi mạng thông minh sẽ khả thi về
kinh tế để thực hiện rồi đưa ra thị trường. Trong trường hợp này , tất cả các mô đun kết
hợp vào một khối duy nhất như thể hiện trong Hình 3. Vì vậy, giao diện giữa STIM và
NCAP không phải là tiếp xúc để truy cập bên ngòai và phân chia. Kết nối với bộ chuyển
đổi được thực hiện duy nhất thông qua kết nối mạng.Tích hợp bộ chuyển đổi thông minh
là cách tiếp cận đơn giản hóa việc sử dụng bộ chuyển đổi bằng cách chỉ đơn thuần là cắm
thiết bị vào một mạng cảm biến.
2.2/Mạng chuyển đổi thông minh (mạng cảm biến)
Cho tới nay cảm biến đã được kết nối với thiết bị, hệ thống máy tính bằng các
phương pháp điểm - điểm hoặc phương pháp ghép kênh . Những kỹ thuật này liên quan
đến một số lượng lớn các dây cáp, mà là rất cồng kềnh và tốn kém để thực hiện và duy trì
. Với sự ra đời của mạng máy tính, nhà sản xuất bộ chuyển đổi và người sử dụng cũng
đang tìm cách áp dụng công nghệ mạng cho các bộ chuyển đổi để theo dõi, đo lường, và
các ứng dụng điều khiển . Các mạng cảm biến thông minh cung cấp các tính năng và lợi
ích sau đây :
● Cho phép truyền thông ngang hàng và kiểm soát, phân bố cảm biến.
● Giảm tối thiểu chi phí bằng cách đi dây đơn giản.
● Sử dụng cáp đúc sẵn thay vì việc tùy chỉnh cáp nên thuận lợi cho việc xây dựng
và bảo trì.
● Thuận lợi cho mở rộng và cấu hình lại.

● Cho phép có thời gian (time-stamping) của các dữ liệu cảm biến .
● Cho phép chia sẻ các thông số đo được bởi cảm biến và các dữ liệu điều khiển.
● Cung cấp kết nối Internet, có nghĩa là toàn bộ hoặc ở bất cứ đâu, truy cập thông
tin cảm biến .
2.3/ Thành lập các tiêu chuẩn IEEE 1451
Như đã thảo luận trước đó, một chuẩn giao tiếp cảm biến thông minh là cần thiết
trong công nghiệp . Theo quan điểm này , Ủy ban về Công nghệ cảm biến của tổ chức
IEEE cung cấp một loạt các dự án để thành lập một họ tiêu chuẩn IEEE1451. Những tiêu
chuẩn này chỉ định một tập hợp các giao tiếp chung để kết nối bộ chuyển đổi tới thiết bị,
6
bộ vi xử lý, hoặc các trường mạng. Chúng bao gồm dữ liệu số, chế độ trộn, phân phối đa
điểm và giao tiếp không dây để đáp ứng nhu cầu của các thành phần khác nhau của ngành
công nghiệp. Một khái niệm quan trọng trong chuẩn IEEE 1451 là dữ liệu điện của bộ
chuyển đổi (TEDS), có chứa thông tin nhà thông tin liên quan đến sản xuất cảm biến
chẳng hạn như tên nhà sản xuất , các loại cảm biến , số serial , và hiệu chuẩn định dạng
dữ liệu số cho TEDS. TEDS có nhiều lợi ích :
● Kích hoạt tính năng tự xác định các bộ cảm biến hoặc cơ cấu truyền động. Một
cảm biến , thiết bị truyền động được trang bị với IEEE 1451 TEDS có thể xác định
và mô tả chính nó tới các máy chủ hoặc mạng thông qua việc gửi TEDS .
● Cung cấp tài liệu dài hạn tự nó- TEDS trong cảm biến có thể được cập nhật và
lưu trữ với thông tin chẳng hạn như vị trí của cảm biến , hiệu chuẩn lại ngày, bộ
ghi sửa chữa , và các dữ liệu liên quan đến bảo trì .
● Giảm lỗi của con người - tự động truyền dữ liệu TEDs tới mạng hoặc hệ thống
loại bỏ việc ghi các thông số cảm biến bằng tay , mà có thể gây ra lỗi do điều kiện
khácnhau. .
● Dễ cài đặt , nâng cấp và bảo trì các cảm biến - điều này giúp giảm chi phí vòng
đời bởi vì chỉ cần một người có ít kinh nghiệm thực hiện nhiệm vụ bằng cách đơn
giản là cắm nóng (plug and play).
2.4/ Mục tiêu của chuẩn IEEE 1451
Mục tiêu của chuẩn IEEE 1451 là:

● Phát triển mạng và nhà cung cấp –độc lập với bộ chuyển đổi.
● Xác định TEDS và các chuẩn dữ liệu.
● Hỗ trợ chung bộ chuyển đổi dữ liệu, kiểm soát, thời gian, cấu hình, và các mô
hình chuẩn.
● Cho phép bộ chuyển đổi phải được cài đặt, nâng cấp, thay thế , và di chuyển với
cách thực hiện đơn giản là cắm nóng.
● Dễ loại bỏ lỗi, hướng dẫn sử dụng nhập dữ liệu, và các bước cấu hình hệ thống.
● Dễ dàng kết nối các cảm biến và thiết bị truyền động bằng dây hoặc không dây .
7
2.5/ Tiêu chuẩn IEEE 1451
Mô hình bộ chuyển đổi thông minh IEEE 1451
Mô hình bộ chuyển đổi thông minh theo IEEE1451 song song với mô hình chuyển
đổi thông minh thảo luận trong Hình 2. Ngoài ra , IEEE 1451 bao gồm các TEDS. Các
mô hình cho mỗi tiêu chuẩn IEEE 1451.X được thảo luận sau đây .
IEEE P1451.0 Chức năng chung
Một số tiêu chuẩn trong họ IEEE 1451 chia sẻ các đặc điểm nhất định, nhưng
không có chức năng thông thường, giao thức truyền thông , và các định dạng TEDS tạo
điều kiện thuận lợi cho khả năng tương tác giữa các tiêu chuẩn này. Tiêu chuẩn IEEE
1451.0 quy định tính phổ biến và đơn giản hóa việc tạo ra các tiêu chuẩn trong tương lai,
với các lớp vật lý khác nhau sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng tương tác trong họ.
Dự án này định nghĩa một tập hợp các chức năng phổ biến cho họ bộ chuyển đổi
thông minh tuân theo tiêu chuẩn P1451. Chức năng này là độc lập với các phương tiện
truyền thông vật lý. Nó bao gồm các chức năng cơ bản cần thiết để kiểm soát và quản lý
các bộ chuyển đổi thông minh , giao thức truyền thông phổ biến , và các định dạng
phương tiện truyền thông độc lập TEDS . Các sơ đồ khối cho IEEE P1451.0 được thể
hiện trong Hình 4 . P1451.0 định nghĩa các đặc điểm chức năng , nhưng nó không xác
định bất kỳ giao diện vật lý nào.
Mô hình bộ chuyển đổi thông minh theo IEEE 1451.1
Tiêu chuẩn IEEE 1451.1 xác định một mô hình đối tượng phổ biến cho các thành
phần của một bộ chuyển đổi mạng thông minh và các thông số kỹ thuật giao diện phần

mềm cho các thành phần này. Một số thành phần là khối NCAP , khối chức năng , và
khối chuyển đổi.
Một mô hình đối tượng mạng chuyển đổi thông minh cung cấp hai giao diện.
1. Giao diện tới khối chuyển đổi để tóm tắt các chi tiết của việc thực hiện chuyển
đổi trong một mô hình lập trình đơn giản . Điều này làm cho bộ cảm biến hoặc
thiết bị truyền động giống như một đầu vào / đầu ra (I/O).
2. Giao diện với khối NCAP và cổng đưa ra các chi tiết của việc triển khai giao
thức mạng khác nhau đằng sau một tập nhỏ các phương pháp thông tin liên lạc .
8
Các chức năng cụ thể được thể hiện rõ trong các khối chức năng . Để thực hiện
các việc mong muốn , các khối chức năng giao tiếp với các khối khác cả trong và ngoài
bộ chuyển đổi thông minh . Mô hình mạng độc lập phổ biến có hai ưu điểm sau :
• Thành lập một mức cao của khả năng tương tác giữa các bộ cảm biến / cơ cấu
truyền động và mạng lưới , vì thế cho phép khả năng cắm nóng.
• Đơn giản hóa sự hỗ trợ của các giao thức mạng điều khiển cảm biến / thiết bị
truyền động .
Figure : Sơ đồ khối cho chuẩn IEEE P1451.0
Figure : Khái niệm của IEEE 1451.1
Khái niệm của IEEE 1451.1 được thể hiện trong Hình 5 , trong đó sử dụng ý tưởng
của một " bảng nối đa năng " hoặc " lồng thẻ " để giải thích các chức năng của NCAP.
9
NCAP tập trung tất cả các hệ thống và phương tiện truyền thông . Truyền thông mạng có
thể được xem như là một cổng thông qua NCAP , và giao diện truyền thông hỗ trợ cả hai
máy khách và máy chủ và lựa chọn mô hình truyền thông . Máy chủ của khách hàng
được kết nối chặt chẽ, mô hình thông tin liên lạc điểm-điểm, nơi một đối tượng cụ thể ,
khách hàng , giao tiếp một -một với một đối tượng máy chủ cụ thể, các máy chủ . Mặt
khác , các thông tin liên lạc mô hình đăng ký phổ biến cung cấp một cơ chế dễ dàng đối
với các thông tin liên lạc mạng giữa các đối tượng , đối tượng gửi, đối tượng nhà sản
xuất, không cần phải được nhận thức của các đối tượng nhận được , các đối tượng thuê
bao .

Giao tiếp của IEEE 1451 được thể hiện trong Hình 6. Bộ chuyển đổi đặc điểm kỹ
thuật có giao tiếp hợp lý xác định làm thế nào các bộ chuyển đổi giao tiếp với các đối
tượng khối NCAP thông qua các bộ chuyển đổi mạng.The giao thức thì bất kỳ giao tiếp
được định nghĩa thế nào các đối tượng khối NCAP giao tiếp được với bất kỳ giao thức
mạng nào thông qua các cổng .
Figure : Giao tiếp logic của IEEE 1451
IEEE 1.451.2 Giao tiếp từ bộ chuyển đổi tới vi xử lý
Tiêu chuẩn IEEE 1451.2 định nghĩa một TEDS - định dạng dữ liệu của nó , và
giao tiếp kỹ thuật số và các giao thức truyền thông giữa STIM và NCAP . Một sơ đồ khối
và sơ đồ hệ thống chi tiết của IEEE 1451 được thể hiện trong Hình 7 và Hình 8, tương
ứng. STIM bao gồm các bộ chuyển đổi và TEDS , được lưu trữ trong một bộ nhớ trong
10
gắn liền với bộ chuyển đổi. TEDS bao gồm các lĩnh vực mà nó mô tả như loại , thuộc
tính, hoạt động, và hiệu chuẩn của bộ chuyển đổi. Yêu cầu bắt buộc đối với các TEDS chỉ
là 179 byte . Phần còn lại của các thông số kỹ thuật TEDS là tùy chọn. Một bộ chuyển
đổi tích hợp với TEDS cung cấp một tính năng rất độc đáo làm cho có thể tự mô tả của
bộ chuyển đổi tới hệ thống hoặc mạng . Kể từ khi các dữ liệu liên quan đến sản xuất
trong TEDS luôn luôn được đi kèm với bộ chuyển đổi , và những thông tin này được
truyền tới cho một NCAP hoặc máy chủ , lỗi con người gắn liền với việc nhập các thông
số cảm biến vào máy chủ được loại bỏ . Bởi vì tính năng đặc biệt này của TEDS , nâng
cấp các bộ chuyển đổi với một độ chính xác cao hơn và khả năng mở rộng hoặc thay thế
bộ chuyển đổi cho mục đích bảo trì chỉ đơn giản là việc cắm nóng.
Tám loại khác nhau của TEDS được quy định trong tiêu chuẩn. Hai trong số đó là
bắt buộc và sáu là tùy chọn .Chúng được liệt kê trong Bảng 1. TEDS được chia thành hai
loại. Loại đầu tiên của TEDS chứa dữ liệu mà máy tính có thể đọc, nọ được sử dụng bởi
NCAP. Loại TEDS thứ hai chứa dữ liệu mà con người có thể đọc được. Loại thứ hai có
thể được đại diện bởi nhiều ngôn ngữ bằng cách sử dụng mã hóa khác nhau cho mỗi ngôn
ngữ .
TEDS Meta chứa các dữ liệu mô tả STIM . Nó chứa tiêu chuẩn sửa đổi , số phiên
bản của TEDS , số lượng các kênh trong STIM , và thời gian lâu nhất cần thiết để truy

cập các kênh . Thông tin này sẽ cho phép NCAP để truy cập thông tin kênh . Ngoài ra,
TEDS Meta bao gồm các nhóm kênh để mô tả mối quan hệ giữa bộ chuyển đổi . Mỗi bộ
chuyển đổi được đại diện bởi một kênh.
Mỗi kênh trong STIM chứa một kênh TEDS. Kênh TEDS liệt kê các thông số thời
gian thực tế cho mỗi kênh riêng . Nó cũng liệt kê loại bộ chuyển đổi , định dạng của từ dữ
liệu ở đầu ra của các kênh, các khối vật lý, giới hạn phạm vi trên và dưới, sự nhập nhằng
hoặc độ chính xác , có hoặc không phải là một hiệu chuẩn TEDs được cung cấp và hiệu
chuẩn được thực hiện.
11
Figure : Sơ đồ khối của IEEE1451
Figure : Chi tiết sơ đồ khối của bộ chuyển đổi thông minh IEEE1451
12
Table : Các loại TEDs
Hiệu chuẩn TEDs bao gồm tất cả các thông tin cần thiết cho các dữ liệu cảm biến
để được chuyển đổi từ ADC đổi nguyên gốc dữ liệu đầu ra vào các đơn vị vật lý quy định
tại kênh TEDS. Nếu thiết bị truyền động được bao gồm trong STIM , nó cũng chứa các
thông số chuyển đổi dữ liệu trong các đơn vị vật lý vào các định dạng đầu ra thích hợp để
hoạt động các thiết bị truyền động . Nó cũng chứa các khoảng thời gian hiệu chuẩn và
ngày hiệu chuẩn mới nhất. Điều này cho phép hệ thống để xác định khi một hiệu chuẩn là
cần thiết . Một thuật toán hiệu chuẩn chung được quy định trong tiêu chuẩn này.TEDS
mở rộng chung là cung cấp để cho phép các nhóm ngành công nghiệp cung cấp TEDS bổ
sung trong một định dạng mà máy có thể được đọc.
Meta TEDS xác định dạng dữ liệu con người có thể đọc mà hệ thống có thể lấy từ
STIM cho mục đích hiển thị . TEDS này có chứa các thông tin như nhà sản xuất , số mô
hình và số serial của STIM , và mã ngày .
Kênh xác định TEDS là tương tự như các Meta xác định TEDs . Khi bộ chuyển
đổi từ các nhà sản xuất khác nhau được xây dựng trong một STIM, thông tin này sẽ rất
hữu ích cho việc xác định các kênh . Xác định kênh TEDS cung cấp thông tin về mỗi
kênh , trong khi các Meta xác định TEDS cung cấp thông tin cho STIM .
Xác định hiệu chuẩn TEDS cung cấp các chi tiết hiệu chuẩn trong STIM . Thông

tin này bao gồm những người thực hiện hiệu chuẩn và tiêu chuẩn đã được sử dụng
Người sử dụng TEDs cụ thể không được định nghĩa chi tiết theo tiêu chuẩn này.
Nó cho phép người sử dụng chèn các thông tin như vị trí lắp đặt , thời gian nó đã được
cài đặt , hoặc bất kỳ văn bản mong muốn nào khác .
Mô đun STIM có thể chứa một sự kết hợp của bộ cảm biến và thiết bị truyền động
lên đến 255 kênh , tín hiệu điều kiện/xử lý , chuyển đổi AD,chuyển đổi DA, và logic kỹ
thuật số để hỗ trợ các giao diện bộ chuyển đổi độc lập (TII) . Hiện nay, nhóm làm việc
13
P1451.2 đang xem xét một bản cập nhật tiêu chuẩn bao gồm một giao diện nối tiếp phổ
biến , chẳng hạn như RS232 , ngoài việc TII kết nối cảm biến và thiết bị truyền động .
Hệ thống phân bố đa điểm IEEE 1451.3
IEEE 1451.3 định nghĩa một bus cho bộ chuyển đổi để kết nối khối chuyển đổi tới
một NCAP trong phân bố đa điểm. Sơ đồ khối chỉ ra trong Hình 9. Giao tiếp vật lý cho
bus chuyển đổi dựa theo đặc điểm mạng điện thoại (Home PNA). Cả nguồn và dữ liệu
đều chạy trên một đôi dây. Những khối đa chuyển đổi được gọi là những khối bus chuyển
đổi (TBIM) có thể được kết nối tới một NCAP thông qua một bus. Mỗi TBIM có chứa
các bộ chuyển đổi, tín hiệu điều kiện/xử lý, A/D, D/a và logic số để cung cấp bus và có
thể là một ma trận chuyển đổi lớn cho việc đồng bộ truy cập tới 128Mbps với Home
PNA3.0 và tới 240 Mbps nếu mở rộng. TEDS được định nghĩa trong XML.
Figure : Sơ đồ khối của IEEE1451.3
Giao tiếp bộ chuyển đổi hỗn hợp IEEE 1451.4
IEEE 1451.4 định nghĩa một giao tiếp bộ chuyển đổi hỗn hợp (MMI ), được sử
dụng để kết nối các mô-đun bộ chuyển đổi , bộ chuyển đổi hỗn hợp ( MMT ), tới một
công cụ, máy tính , hoặc một NCAP . Sơ đồ khối của hệ thống được thể hiện trong
Hình10 . Giao tiếp bộ chuyển đổi dạng vật lý dựa trên giao thức một dây bán dẫn
Maxim/Dallas nhưng nó cũng hỗ trợ lên đến 4 dây cho các loại cảm biến cầu . Đó là một
kết nối đơn giản chi phí thấp cho các bộ cảm biến tương tự với một TEDS rất nhỏ - 64 bit
bắt buộc và 256 bit giao tiếp chế độ hỗn hợp tùy chỉnh.Nõ hỗ trợ một giao tiếp số cho đọc
và ghi TEDS bởi công cụ hoặc NCAP . Sau khi chuyển đổi TEDS được hoàn thành thiết
bị chuyển mạch đưa vào chế độ tương tự, nơi mà các tín hiệu cảm biến tương tự được gửi

thẳng đến các công cụ và NCAP , được trang bị với A / D để đọc các dữ liệu cảm biến .
14
Giao tiếp chuyển đổi không dây IEEE P1451.5
Truyền thông không dây đang phát triển mạnh, và công nghệ không dây có chi phí
thấp để triển khai trên toàn thế giới. Liên kết truyền thông không dây có thể thay thế các
hệ thống cáp tốn kém để kết nối cảm biến . Nó có thể giảm đáng kể chi phí lắp đặt bộ
cảm biến . Ngày nay công nghiệp muốn áp dụng công nghệ không dây cho các bộ cảm
biến , tuy nhiên , có một vấn đề cần giải quyết là khả năng tương tác giữa các cảm biến
không dây, thiết bị và dữ liệu . Để giải quyết vấn đề này nhóm làm việc IEEE P1451.5
đang tiến hành xác định một tiêu chuẩn giao tiếp cảm biến để truyền thông tin mà sẽ tận
dụng công nghệ truyền thông không dây và các giao thức hiện có. Một sơ đồ khối của
IEEE P1451.5 được thể hiện trong Hình11 . Các nhóm làm việc tìm kiếm xác định các
định dạng thông điệp không dây, dữ liệu / mô hình quản lý , mô hình bảo mật , và TEDS
được mở rộng để đáp ứng nhu cầu chi phí thấp để cảm biến tinh vi hay hỗ trợ các nhà sản
xuất thiết bị . Nó cho phép tối thiểu 64 bộ cảm biến cho mỗi điểm truy cập. An toàn nội
tại không phải là yêu cầu, nhưng các tiêu chuẩn sẽ cho phép nó. Các giao thức giao tiếp
vật lý đang được xem xét bởi nhóm làm việc như IEEE 802.11 (WiFi),
IEEE802.15( Bluetooth ) và IEEE 802.15.4 ( ZigBee ) .
Họ IEEE 1451
Hình12 tóm tắt họ các tiêu chuẩn IEEE 1451 . Mỗi P1451.X IEEE được thiết kế để
làm việc với chuẩn khác. Tuy nhiên, chúng cũng có thể làm việc riêng. Ví dụ IEEE
1451.1 có thể làm việc mà không có bất kỳ giao tiếp phần cứng IEEE 1451.X nào.
Tương tự như vậy, IEEE1451.X cũng có thể được sử dụng mà không cần IEEE 1451.1,
nhưng phần mềm với chức năng tương tự nên cung cấp dữ liệu cảm biến / thông tin cho
mỗi mạng .
Figure : Sơ đồ khối IEEE 1451.4
15
Figure : Sơ đồ khối bộ chuyển đổi không dây IEEE P1451.5
Figure : Họ các tiêu chuẩn IEEE 1451
Lợi ích của IEEE 1451

IEEE 1451 định nghĩa một tập hợp các giao tiếp chuyển đổi thông thường, sẽ giúp
giảm chi phí thiết kế các cảm biến thông minh và các thiết bị truyền động bởi vì các nhà
thiết kế sẽ chỉ phải thiết kế theo một giao tiếp kỹ thuật số đã được chuẩn hóa. Như vậy ,
chi phí tổng thể để thiết kế một mạng cảm biến sẽ giảm.
Kết hợp các TEDS với các cảm biến sẽ kích hoạt tính năng tự mô tả cảm biến và thiết bị
truyền động , loại bỏ khả năng lỗi do cấu hình thủ công.
Các nhà sản xuất cảm biến
16
Nhà sản xuất cảm biến có thể được hưởng lợi từ tiêu chuẩn bởi vì họ chỉ phải thiết
kế theo một chuẩn duy nhất . Đặc điểm kỹ thuật chuẩn và định dạng dữ liệu có thể giúp
thiết kế và phát triển các sản phẩm đa cấp dựa trên TEDS với một công sức tối thiểu.
Phát triển phần mềm ứng dụng
Ứng dụng có thể hưởng lợi từ tiêu chuẩn bởi vì mô hình chuyển đổi chuẩn cho
việc kiểm soát và định dạng dữ liệu có thể hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho đo lường
và các ứng dụng điều khiển . Tiêu chuẩn này cũng cung cấp hỗ trợ cho nhiều ngôn ngữ
thuận lợi cho phát triển quốc tế.
Tích hợp hệ thống
Tích hợp hệ thống cảm biến có thể được hưởng lợi từ IEEE 1451 vì hệ thống cảm
biến trở nên dễ dàng hơn để cài đặt , bảo trì , sửa đổi và nâng cấp . Bộ chuyển đổi được
thay thế nhanh chóng và hiệu quả bằng cách cắm nóng . Nó cũng có thể cung cấp một
phương tiện để lưu trữ thông tin cài đặt chi tiết trong TEDS . Tài liệu về phần cứng và
phần mềm được thực hiện thông qua TEDS . Ưu điểm hơn cả là khả năng lựa chọn cảm
biến và mạng dựa trên kết quả đạt được.
Người sử dụng
Người sử dụng có thể có lợi từ một giao tiếp tiêu chuẩn bởi vì cảm biến sẽ được dễ
dàng để sử dụng bằng cách cắm nóng. Dựa trên thông tin cung cấp trong TEDS phần
mềm có thể tự động cung cấp cho các đơn vị vật lý , đọc các chữ số được định nghĩa
trong TEDS, hướng dẫn cài đặt chi tiết, xác định vị trí của cảm biến.
Cách cắm nóng bộ cảm biến
IEEE 1451 cho phép cắm nóng một bộ chuyển đổi vào mạng như minh họa trong

Hình 13. Trong ví dụ này, IEEE 1451.4 bộ chuyển đổi tương thích từ các công ty khác
nhau được hiển thị để làm việc với một mạng lưới cảm biến . IEEE 1451 cũng cho phép
cắm nóng một bộ chuyển đổi vào để kiểm tra xem có tương thích với hệ thống hay không
như thể hiện trong Hình 14. Trong ví dụ này, IEEE 1451.4 tương thích với các bộ chuyển
đổi như một máy gia tốc, điện trở nhiệt, một tế bào tải , và một biến áp tuyến tính được
hiển thị để làm việc với một hệ thống dựa trên LabVIEW . 2.
2.6/Ví dụ cho ứng dụng của IEEE 1451.2
Mạng cảm biến dựa trên IEEE 1451.2 bao gồm các bộ cảm biến , STIM , và
NCAP được thiết kế và được xây dựng trong như thể hiện trong Hình 15. Có tổng cộng
bốn STIM và các nút mạng NCAP như thể hiện trong Hình15 . Các cảm biến nhiệt điện
trở được sử dụng để đo nhiệt độ. Chúng đã được hiệu chỉnh trong phòng thí nghiệm IEEE
1451.2 tuân thủ hiệu chuẩn TEDS gồm bốn STIM và NCAP. Thermistors được gắn trên
động cơ trục chính nhà ở, và động cơ ổ trục được gia công 3 trục thẳng đứng được thể
hiện trong Hình16. Mỗi NCAP được xây dựng trong một web server, một trong web tùy
17
chỉnh được xây dựng bằng cách sử dụng các công cụ web với NCAP. Do đó, giám sát từ
xa tình trạng máy sẽ được thực hiện dễ dàng thông qua mạng Ethernet hoặc Internet,
bằng cách sử dụng một trình duyệt web có sẵn.Biểu đồ nhiệt độ hàng ngày của trục chính
động cơ của máy được thể hiện trong Hình 17. Nhiệt độ tăng chỉ ra may đang làm việc và
nhiệt độ giảm chỉ ra là máy được làm mát sau khi ngừng sử dụng.
Figure : Cắm nóng bộ chuyển đổi vào mạng
Figure : Dò tìm bộ chuyển đổi trong IEEE1451
18
Figure : Màn hình hiển thị NCAP
2.7/Ứng dụng IEEE1451- Mạng cảm biến cơ sở
Một hệ thống đo lường và điều khiển phân tán có thể dễ dàng thực hiện dựa trên
tiêu chuẩn IEEE 1451. Một mô hình ứng dụng của IEEE 1451 được thể hiện trong
Hình1 . Ba NCAP / STIM được sử dụng để minh họa điều khiển phân tán ,điều khiển từ
xa hoặc giám sát và điều khiển truyền động. Trong giả thiết đầu tiên , một cảm biến và bộ
truyền động được kết nối tới STIM NCAP # 1 , và một phần mềm ứng dụng chạy trong

NCAP có thể thực hiện một chức năng kiểm soát tại một địa điểm phân tán, chẳng hạn
như việc duy trì một nhiệt độ ổn định cho bồn tắm . NCAP báo cáo dữ liệu đo được , xử
lý thông tin , và điều khiển trạng thái một trạm giám sát từ xa hoặc máy chủ .Nó sẽ giúp
giải phóng máy bằng các bộ vi xử lý tập trung ,điều khiển hoạt động vòng kín. Trong giả
thiết hai , duy nhất các cảm biến được kết nối tới NCAP#2- có thể điều khiển từ xa hoặc
thực hiện chức năng giám sát chẳng hạn như theo dõi mức độ rung của các vòng bi trong
tuabin. Trong giả thiết 3, dựa trên các dữ liệu nhận được từ hoạt động của NCAP#2,
NCAP#3 kích hoạt báo động khi độ rung vòng bi vượt quá mức nguy hiểm. Như minh
họa trong các ví dụ này, IEEE 1451 - dựa trên mạng cảm biến có thể dễ dàng tạo điều
kiện thuận lợi cho các thông tin liên một-một và các chức năng điều khiển phân tán.
19
Figure : Trung tâm máy ba trục thẳng đứng
Figure : Biểu đồ nhiệt độ
Figure : Khối ứng dụng của IEEE 1451
20
PHẦN III/ KẾT LUẬN
Chuẩn giao tiếp bộ chuyển đổi thông minh IEEE1451 được định nghĩa để cho
phép nhà sản xuất bộ chuyển đổi xây dựng các bộ chuyển đổi với hiệu suất khác nhau
tương thích trong một hệ thống mạng .Chuẩn IEEE 1451 đã cung cấp các giao tiếp phổ
biến và công nghệ cho phép kết nối các bộ chuyển đổi tới vi xử lý trong cả mạng có dây
và mạng không dây.Chuẩn hóa TEDS cho phép tự mô tả của cảm biến-một công cụ rất
hữu ích cho công việc bảo trì hoạt động. Mạng Internet phát triển tạo ra một cơ hội tốt
cho các nhà sản xuất cảm biến và cung cấp mạng để khai thác quá trinhg duyệt web và
công nghệ cảm biến thông minh. Kết quả là người dùng được hưởng lợi rất nhiều từ việc
phát triển và triển khai nhiều ứng dụng mới.
21